船舶碰撞是影響水運建設(shè)的重要因素，雖然船舶設(shè)計理念不斷提升、制造工藝也日趨完善，但是水上特別是海上航道狀況的復(fù)雜性以及各種不確定因素的存在使船舶碰撞事件時有發(fā)生。碰撞事件通常會造成較為嚴(yán)重的后果，如人員傷亡、財產(chǎn)損失、船舶沉陷、水域污染等，當(dāng)前的技術(shù)條件還不可能完全杜絕船舶碰撞狀況的發(fā)生，因此怎樣增強船舶結(jié)構(gòu)的耐撞性，降低碰撞影響，使船舶能夠在發(fā)生碰撞后不至于發(fā)生毀滅性的事故是當(dāng)前船舶設(shè)計研究的重點內(nèi)容。

　　【摘要】在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展背景下，海洋運輸是拓寬經(jīng)濟(jì)來往渠道、促進(jìn)世界市場形成的重要途徑，有效改進(jìn)船舶設(shè)計和制造技術(shù)是提升國家核心競爭力的重要內(nèi)容。船舶碰撞是船舶在水上運行時可能出現(xiàn)的特殊狀況，一旦發(fā)生往往會造成較為嚴(yán)重的后果。通過對船舶進(jìn)行耐撞性結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠最大程度降低碰撞帶來的影響，維護(hù)人員和物質(zhì)財產(chǎn)安全，避免對相關(guān)水域造成污染以及對航道運行造成阻礙。本文基于實踐研究探索了船舶耐撞性新型結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)途徑，以期為我國海洋事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供借鑒。

　　【關(guān)鍵詞】工業(yè)設(shè)計論文,船舶結(jié)構(gòu),耐撞性,雙殼船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)

　　1船舶碰撞類型

　　將計算機處理技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航以及智能化操作等運用到船舶航行中能夠大幅度減少船舶碰撞的發(fā)生率并且提升事故發(fā)生后的救援質(zhì)量，但是由于人為判斷失誤、操作失誤或者機械原因世界范圍內(nèi)每年都會有很多的船舶碰撞事件發(fā)生。研究船舶碰撞類型及施力特征是優(yōu)化船舶耐撞性結(jié)構(gòu)設(shè)計的必經(jīng)之路，按照被船舶撞擊物體種類，可以將碰撞分為兩種類型。

　　1.1船-船碰撞

　　不同船舶之間的碰撞是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的重點問題，由于這種碰撞通常存在雙向動力并且涉及到至少兩艘船舶，因此撞擊強度往往很大，造成的事故也相對慘烈。在船-船碰撞類型中，最危險的狀況是撞擊船的船首部位與被撞船的舷側(cè)結(jié)構(gòu)呈垂直方向碰撞，由于船首結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于舷側(cè)剛度，因此會對被撞船只造成嚴(yán)重的破壞。目前對船-船碰撞的研究主要有方面，即碰撞發(fā)生的外部機理和內(nèi)部機理。

　　1.2船舶擱淺

　　船舶擱淺屬于碰撞的一個特殊類型，其碰撞部位發(fā)生在船舶底部，而被碰撞物體通常為礁石、水底等地表結(jié)構(gòu)。礁石類擱淺通常會引發(fā)船舶底部產(chǎn)生嚴(yán)重的撕裂型破損，而沙灘或者其他軟性地表擱淺則會造成船體失穩(wěn)，這兩種類型分別稱為硬擱淺和軟擱淺。其中對船體本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大破壞的是硬擱淺，一旦發(fā)生通常會引起大面積的變形和破裂。

　　2新型船舶耐撞性結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)

　　對船舶碰撞的研究目的是設(shè)計出具有合理結(jié)構(gòu)的新型船舶，提升其結(jié)構(gòu)的耐撞性。實現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)耐撞性的主要途徑是通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組或者改進(jìn)，使碰撞事故中發(fā)生的能量傳遞機制發(fā)生改變，進(jìn)而對船舶重要結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行最大程度的保護(hù)。

　　2.1雙殼船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計

　　從以上對碰撞類型的闡述中可以發(fā)現(xiàn)，船舶舷側(cè)是影響船舶整體耐撞性的關(guān)鍵部分，同時也是最需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)強化的部位。隨著現(xiàn)今國際社會對大型油輪碰撞安全性的重視，其耐撞性設(shè)計也被提升到了新的高度，其中一種重點領(lǐng)域即是將傳統(tǒng)單殼船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)，從而提升舷側(cè)對碰撞的應(yīng)受度。

　　典型的雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)以下主要構(gòu)件：外殼板、內(nèi)殼板、橫框架、舷側(cè)縱桁、舷側(cè)縱骨等。在進(jìn)行船舶碰撞研究時，可以將情況設(shè)定為最嚴(yán)重的狀況，也即是船首撞擊舷側(cè)，將撞頭設(shè)定具有一定的初速度，且為剛性結(jié)構(gòu)，這樣其就具有了強大的撞擊動能，在實際的碰撞事故中，撞頭最有可能撞擊在舷側(cè)縱桁以及橫框架的交界處，在碰撞力傳遞過程中，內(nèi)殼板材料極有可能發(fā)生失效現(xiàn)象，因此內(nèi)殼板的破裂將成為撞擊的最嚴(yán)重后果。

　　通過對設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的撞擊類型進(jìn)行模擬可以得出結(jié)果，也即是被撞擊船只損傷區(qū)域較為明顯，內(nèi)外殼均被擊穿，縱骨破損程度尤為嚴(yán)重，由于與撞頭沒有發(fā)生直接的接觸，縱桁和橫框架破損相對有限，往往會出現(xiàn)小幅度的變形，而這種變形通常是由殼板破裂形成的連帶作用所引起。

　　研究船舶撞擊強度和影響，必須從能量轉(zhuǎn)化角度考慮。簡答來看，船舶碰撞過程也即是船舶航行動能向船舶結(jié)構(gòu)改變的動能轉(zhuǎn)化的過程，在此過程中不可避免地出現(xiàn)摩擦動能、沙漏能以及船舶結(jié)構(gòu)局部功能等，由于這些能量形式對船舶結(jié)構(gòu)形成的影響較小，因此可以忽略不計。舷側(cè)是接受撞擊動能最多的部位，并且這些能量大量釋放到了外殼板上，造成相關(guān)構(gòu)件的嚴(yán)重變形和位移。而內(nèi)殼板由于距離初始撞擊位置有一定距離，因此剛開始接受能力有限，但是在與撞頭接觸之后，其吸收能量的效應(yīng)大副增加�？傮w來講，船舶碰撞過程中，被撞船舶吸收能量具有以下特征，強度大的構(gòu)件并不一定接受最多的能量，而與撞頭最先接觸的構(gòu)件則吸收很多能量，結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形。

　　針對以上分析可以得出改進(jìn)船舶結(jié)構(gòu)耐撞性的設(shè)計方案，主要實施途徑是對船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體上的改進(jìn)，促進(jìn)其碰撞載荷的有效分散。通過分析對比本文提出三種設(shè)計方案：第一是斜縱骨夾層板雙殼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)將雙殼結(jié)構(gòu)改造為夾層板結(jié)構(gòu)，從而增大了其平面變形，使其具有很好的吸能效果；第二種是箱型梁雙殼結(jié)構(gòu)，主要是應(yīng)對船舶滿載水面下部位的撞擊過程；第三是槽形筋雙殼結(jié)構(gòu)，將船舶縱骨改造成為具有槽形截面的型鋼，從而降低了其在發(fā)生撞擊時的彎曲和變形程度。

　　2.2船舶結(jié)構(gòu)抗擱淺功能的實現(xiàn)

　　船舶在航行過程中碰撞到礁石可能引發(fā)擱淺事故，由于這種擱淺對船體本身造成的破壞較為嚴(yán)重，因此又被稱為高能擱淺。船舶如果經(jīng)過橫向加強處理，其主尺度往往會變小，因此發(fā)生硬擱淺的概率不計大型船舶。油輪擱淺造成的危害輻射面較廣，在國際社會引起了廣泛的重視，由于單底大型油輪發(fā)生擱淺的可能性很大，因此目前已經(jīng)呈現(xiàn)出被淘汰的趨勢。

　　對船舶結(jié)構(gòu)抗擱淺功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，必須將擱淺事故發(fā)生過程中船舶底部的結(jié)構(gòu)吸能最大值作為優(yōu)化對象，在設(shè)計環(huán)節(jié)可以應(yīng)用兩種形式，第一是對船舶底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行革新，第二是將原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺度和厚度的優(yōu)化。具體結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化方法可以采取混合離散變量法。但是要注意對傳統(tǒng)船舶底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，其尺寸存在一定的變化范圍；船舶結(jié)構(gòu)的型材以及板材厚度都要去整數(shù)處理；船底結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量要嚴(yán)格按照實際船舶結(jié)構(gòu)不知情況進(jìn)行確認(rèn)；抗擱淺設(shè)計必須考慮船體重量對船舶整體運行性能的影響，在設(shè)計時應(yīng)將重量作為重要的限制因素。

　　3結(jié)論

　　船舶碰撞引起的后果較為嚴(yán)重，并且很難對其進(jìn)行有效的控制，提升船舶耐撞性是降低撞擊事故不利影響的關(guān)鍵措施。通過對撞擊類型以及撞擊能量進(jìn)行研究可以為新型耐撞性船舶結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。對雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)船體進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造能夠最大程度發(fā)揮各構(gòu)件的功能，減少結(jié)構(gòu)變形，從而對船舶起到有效的保護(hù)作用。

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