某雙體鋁合金艇結(jié)構(gòu)強度規(guī)范計算

簡開勇 江智聰 王宇桐

摘? ? 要：本文介紹了按照中國船級社《沿海小船入級與建造規(guī)范》2005（簡稱“規(guī)范”）及其修改通報，對某鋁合金雙體船進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，確定其構(gòu)件大小及相關(guān)信息。按照結(jié)構(gòu)計算的一般順序介紹了船體結(jié)構(gòu)規(guī)范計算的全過程及計算中的注意事項，為相關(guān)技術(shù)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計中提供參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金艇;規(guī)范計算;雙體船

中圖分類號：U663.10 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： In This paper， according to CCS Rules for the Construction and Classification of Coastal Small Crafts （2005） （hereinafter referred to as "Rules"） and its notice of amendment， the structural calculation of an aluminum alloy catamaran boat is made to determine the size of its components and relevant information. According to the general order of the structural calculation， this paper introduces the whole process of hull structural calculation according to the Rules and the matters needing attention in the calculation.

Key words： Aluminum alloy boat; Calculation according to CCS Rules; Catamaran boat

1? ? ?前言

由于復(fù)合材料機(jī)艙存在防火問題，中國船級社在2018年對玻璃鋼、碳纖維等復(fù)合材料艇的建造設(shè)置了很多的限制，如果不能證明用于建造該艇的材料可以防火，船級社不再受理這類船的圖紙審批工作。因此很多原來制造玻璃鋼艇的船廠逐步轉(zhuǎn)向了制造鋁合金艇。由此可以看出鋁合金艇在未來的小艇市場上將會有很大的需求量。本文介紹某雙體鋁合金艇的結(jié)構(gòu)規(guī)范計算過程，可為鋁合金艇設(shè)計及制造提供參考。

2? ? ?船型概述及計算過程

2.1? ?船型參數(shù)

必須指出，計算中應(yīng)注意表1中有義波高H1/3和對應(yīng)的航速VH的數(shù)據(jù)選取，因為該組數(shù)據(jù)對本艇的航速實施了限定。例如：在有義波高為3 m時，船舶對應(yīng)的航速限定為12 kn，如果航速超過該限定值，就不能保證船在該航速下航行是安全的。

由于加速度acg的值直接影響到船體各個構(gòu)件的大小，如果超速則有可能船體的強度不能滿足安全航行要求。因此，為了保證船舶的航行安全，在各有義波高下的航速均不能超過表1給出的限定值。但是設(shè)計方在設(shè)定限速曲線的時候，必須參考船舶的設(shè)計輸入條件，設(shè)計輸入中船東會指定本船在什么工況下必須達(dá)到多大的航速，限速曲線必須以此為前提，在滿足這個前提下進(jìn)行設(shè)計。

2.3? ?載荷計算

在確定重力加速度acg的值后，需計算船體各個部位的載荷。而在計算構(gòu)件載荷之前，需要對構(gòu)件進(jìn)行布置。本文的計算是基于基本結(jié)構(gòu)圖（圖1）進(jìn)行的。

圖1? 基本結(jié)構(gòu)圖

本船為雙體船，根據(jù)規(guī)范將全船的載荷分為：（1）船底波浪沖擊壓力;（2）連接橋底的壓力;（3）舷側(cè)波浪沖擊壓力;（4）甲板計算壓力;（5）艙壁計算壓力;（6）上層建筑和甲板室的計算壓力。計算時，將全船分為4個不同區(qū)域（艙段）進(jìn)行計算：尾～#7舵機(jī)艙;#7～#25機(jī)艙;#25～#29空艙;#29～首首尖艙。

需要注意：在計算船底波浪沖擊壓力Ps時，縱向壓力分布系數(shù)Kl1的取值為：舯前Kl1 =1、尾端Kl1 =0.5、尾端與船中之間用線性內(nèi)插法取值。由于是分艙段進(jìn)行計算，艙在縱向有一定的長度，Kl1是取艙段中部的值，即是一個平均值。因為如果取首部的值則載荷計算值會偏大構(gòu)件就會偏保守;而取尾部的值載荷計算值偏小構(gòu)件就會不安全。同樣，連接橋的縱向壓力分布系數(shù)Kl2也是一樣道理。

2.4? ?板材計算

《沿海小船入級與建造規(guī)范》中，對板的厚度給出了兩個公式：最小板厚（g）及計算板厚（h）取兩個公式計算的最大值;另外，計算需要注意的是σsw的取值，應(yīng)為鋁合金材料的焊后強度，本船采用的鋁合金板材材料牌號為5083-H116，其焊前屈服強度為215 N/mm2、焊后為125 N/mm2。

2.5? ?型材計算

《沿海小船入級與建造規(guī)范》對主要骨材和次要骨材連同帶板的剖面模數(shù)給出了統(tǒng)一的公式（9），而區(qū)分主要骨材和次要骨材的主要方式就是系數(shù)K的取值，不同位置的構(gòu)件給出了不同的系數(shù)。

同時規(guī)范對桁材和縱骨的端部有效剪切面積，給出了限定值的計算公式（10）、（11）。本船所采用的鋁合金型材材料牌號為6082-T6，其焊前屈服強度為250 N/mm2、焊后為115 N/mm2。

根據(jù)計算得出的載荷結(jié)合構(gòu)件大小的計算公式，可以計算出全船的構(gòu)件理論值，參照理論值再選取一個合適的構(gòu)件尺寸再進(jìn)行實際值的計算，實際值超過理論值就表示實取的構(gòu)件滿足規(guī)范設(shè)計的要求。

2.6? ? 主機(jī)基座計算

《沿海小船入級與建造規(guī)范》中沒有給出主機(jī)基座計算公式，本艇的計算是根據(jù)<2.3.4.2>有關(guān)章節(jié)進(jìn)行計算。但該公式只規(guī)定了組合型材的腹板和面板的厚度與腹板高度和面板高度及材料的屈服強度之間的關(guān)系，并不能作為強度校核的計算公式。由于本艇是鋁合金材質(zhì)，沒有其他的規(guī)范可供參考，只能參照該公式進(jìn)行粗略計算。

2.7? ?尾軸架計算

《沿海小船入級與建造規(guī)范》中也沒有給出尾軸架的計算公式，本艇的尾軸架是參考《海上高速船入級與建造規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計和計算。采用雙臂尾軸架，材料為船用鋁合金牌號為5083-H116、材料的抗拉強度Rm=305 N/mm2。

3? ? ?計算結(jié)果

船體各部位構(gòu)建件尺寸，如表2所列：

4? ? ?結(jié)束語

本文根據(jù)中國船級社《沿海小船入級與建造規(guī)范》對某雙體鋁合金艇進(jìn)行規(guī)范計算，列出了計算的過程及注意事項，為今后的設(shè)計工作提供一個參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國船級社.? 沿海小船入級與建造規(guī)范[S].? 北京：人民交通出版社， 2005.

[2] 中國船級社.《海上高速船入級與建造規(guī)范[S]，北京：人民交通出版社，2015.