气垫船首冲砰击载荷作用下船底结构瞬态响应分析.pdf

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1、第34卷第11期2012年11月舰船科学技术SHIPSClENCEANDTECHNOLOGYV01．34，No．11NOV．，2012气垫船首冲砰击载荷作用下船底结构瞬态响应分析曲鹏．佟福山(哈尔滨工程大学，黑龙江哈尔滨150001)摘要：采用通用有限元计算软件Patran对俄罗斯某小型民用全垫升式气垫船船底结构进行分析，对密加筋式船底结构及纵骨架式船底结构分别建立有限元模型，通过计算两种船底结构在首冲砰击载荷下的瞬态响应特征，对比分析得到抗砰击效果较好的气垫船船底结构，为气垫船的结构设计提供参考。关键词：气垫船；砰击栽荷；加筋板；瞬态响应中图分类号：U674．94

2、3文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)11一0019—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2012．11．004TransientresponseanalysisofhovercraftbottomstructureunderheadslideslammingloadQUPeng，TONGFu-shan(HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Thispapercalculatedthetransientresponsetoslammingloadfo

3、raRussionhovercraftbottomstructure，byanalyzingtwomodelsofplatedgrillageswithsoftwarePatran．Comparedtheconclusions，andwegetabetterstructuretoresisttheslammingload．Theresultscouldbereferenceinhovercraftdesign．Keywords：hovercraft；slammingload；platedgrillage；transientresponse0引言气垫船在高速航行过程中

4、常会出现船首底部出水及上浪等情况，会在船首底部区域产生砰击现象。当波浪冲击船底时气垫船将产生较大的垂向加速度、总纵弯矩，引发严重破坏。尤其当今气垫船技术的发展日渐加快，航速及性能不断提高的同时砰击造成的后果更加明显。目前，大量国内外船舶的损伤报告显示，造成船底局部结构失稳及破坏的主要原因之一即为船体与水面及波浪上浪的砰击载荷。所以，在气垫船的设计过程中对于计算砰击载荷下的结构强度已成为一项安全审核标准¨。。砰击往往是船舶减速的主要原因，根据衡准口。当船舶经过的100个波浪中，发生超过3次或以上砰击时，船长应主动减速避免发生局部结构屈曲甚至破坏。瞬态载荷∞1的产生通常

5、来自于船舶在高速航行状态时底部及水线以下的出水部分与水面发生的碰撞，这种现象对于气垫船等具有较平坦底部的特种船舶效果尤其明显。本文将俄罗斯设计生产的全垫升式气垫船作为母型船，该船底部采用了结构较密的加筋板板格式结构，中国船级社在《内河高速船人级与建造规范》(2002)及《海上高速船入级与建造规范》(2002)修改通报中均提出了密加筋H1的结构形式。目前对于气垫船，纵骨架式和密加筋式2收稿日期：2012—02一01；修回日期：2012—03一01作者简介：曲鹏(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为船舶与海洋工程结构强度与稳定性。·20·舰船科学技术第34卷种结构在

6、砰击载荷作用下的瞬态响应仍缺乏对比分析。1砰击载荷的计算根据Ochi"1提出的砰击载荷为三角分布的对称脉冲载荷理论，砰击发生期间载荷由初始值0达到峰值最后回到0[6]。全垫升式气垫船首冲状态下波浪冲击载荷的确定根据文献[7]确定。首冲时波浪冲击力为P6=acgbA。其中：口。。首冲时船舶重心处垂向加速度，可按下式计算：1．5叱962丽1舢cgo(+v：)了式中：口。。为重心处垂向加速度，经计算a铝=10．58m／S2；7，为计算系数，7，=Ii和，，经计算y，=0．85；A为满载排水量。A=2．47t。计算得首冲时波浪冲击力P。=27．3kN，最终得砰击载荷随时间变

7、化如图1所示。O．007O．0060．0050．004O．003O．0020．00lO^八／、，、，、，、，、，、，、，、，、，、，、，，．V．V．．＼00．010．020．030．040．05O．06图l砰击载荷(MPa)Fig．1Slammingload2气垫船船底结构在首冲砰击载荷下的瞬态动力响应分析为保证这2种船底板结构形式具有实用参考价值，确定结构尺寸。．密加筋式船底结构尺寸如下：根据母型船底部结构资料，材料采用铝镁合金，1l道z70×25×18×2船底纵骨，2道Z400×25×1强纵骨，3道Z50×20×15×1．5肋骨，底部纵骨间距由两侧向中间对称