海上高速船冲击载荷分析

陈荣

摘要：本文针对设计人员对海上高速船冲击载荷计算的疑惑，从冲击载荷的性质着手，对载荷计算方法进行分析，为设计人员对规范的理解提供参考。

关键词：高速船；冲击载荷

随着近几年高速船的迅速发展，对高速船的设计要求越来越高，为了达到高速、节能环保的目的，减轻结构重量是主要手段之一。目前，国内海上高速船结构设计的主要依据是中国船级社出版的《海上高速船入级与建造规范》（以下简称“规范），在追求结构尺寸最小化的同时，必须保证结构强度满足规范要求，这样就要对结构进行优化，做到既节省材料、减轻结构重量，又不违背规范要求，要做到这点的前提是对规范条款和计算方法有清晰的理解和恰当运用。最近，在理解和运用规范时，我们发现船底冲击载荷的计算不合理，甚至是有矛盾的。

规范对于船底的冲击压力计算公式如下：

Psl1=1.16Kl1(△/nA)0.3acgdw（50-βx)/(50-β)

式中：Kl1—纵向压力分布系数。舯前取1，尾端取0.5，尾端与船中之间用线性内插法取值；

A—受力点计算面积，m2，对板格，A应不大于2.5S2；对加强筋或桁材A=承载宽度×跨距，且不必小于0.002△/d；

n—片体数，对单体船取1，对各类双体船（包括

dw—波浪中航行时冲击吃水，dw=cd，m，其中，d为满载静浮状态吃水。对于单体、常规双体船、穿浪以体船取c=1.0，对于水面效应船取c=0.75。

我们以板格的计算为例，冲击载荷的大小与板格的计算面积有关，板格的面积越小，冲击载荷越大，可能导致计算板的厚度就越大。如图1 所示，这是一艘总长为27.6 m的铝合金高速双体客船的船底局部结构图，该船满载排水量为100.08 t，重心处垂向加速度的设计值为9.81 m/s2，设计吃水为1.45 m，船体重心处横剖面的船底斜升角和核算横剖面处的船底升角均为24o，纵骨间距为280 mm，实肋板间距为750 mm，按规范计算得板厚为5.84 mm。

规范对板厚的计算公式如下：

t=KC1C2s(P/σsw)0.5

式中：K—查表所得；

C1—有曲率板的折减系数；

C2—板格短边与长边比的修正系数；

β—船体重心处横剖面的船底升角；

由此看出，当通过加密骨材的形式对艇底局部加强时，在加强之前满足规范要求的船底板反而在加强之后不满足规范要求，要满足规范要求则要同时增加板厚，这显然与我们通常理解的加强原理是不相符的。为什么会这样，是规范本身有误，还是我们的理解有误呢？要解决这个问题，我们从高速船的载荷性质中寻找答案。

当高速船在水面上航行时，船体所承受的力，犹如普通排水型船那样。由于重力和浮力在长度方向上分布的不均匀性，船体将要受到总的纵向弯曲力的作用和局部弯曲力的作用。显然，高速船体应当完全满足对排水型船体强度的一般要求。值得指出的是，对一艘高速船来说，当它在水面上高速滑行时，船体上受到的力要比排水航行时大得多，因此按高速船体强度标准设计的船体，满足排水航行时强度的要求应当是不成问题的。

高速船在高速航行时，船底首部区域露在水面之上，由于不断地遭遇波浪，船体的这部份区域就受到巨大冲击力的周期作用。高速船强度计算是基于动载

规范对船底冲击载荷计算所采用的加速度为重心处垂向加速度的百分之一最大值的平均值，板格计算面积对压力的折减统一到了单一的计算公式中。

所以在设计船底结构时，通过加密骨材的形式并不能减小板厚，板格计算面积也不能一味增加，因为规范考虑到太低的设计压力会导致板太薄，使得有可能由于峰压而局部屈服变形，从而限制了板格计算面积不能大于2.5倍板格短边长的平方。