高速刚柔艇龙骨受力的分析

摘 要：文章针对刚柔艇高速高强要求日益提高的现状，提出了采用矩形钢管作为龙骨芯材的方案，确定了龙骨芯材安装的具体过程，解决了刚柔艇在高速航行中受冲击力较大的情况下如何保障艇体强度的关键技术。试制结果表明该工艺加强龙骨提高刚柔艇强度，影响艇体速度是可行的，为刚柔艇在高速要求下的设计、制造打下基础。

关键词：高速；矩形龙骨；受力分析；极限工况

引言

目前，针对海上使用的船艇都有一定的局限，海上船艇与内河船艇在抗风浪能力和结构设计等方面有较大的区别，直接从内河转入海上使用时其性能受到很大限制。内陆江河一般风浪较小，流速适应性是重要的设计指标，而海洋风浪较大，三、四级海况占60%以上，抗风浪设计成为重要指标。

普通船艇纵向刚性弱，海上风浪较大，风浪条件下易出现“拱腰”现象，不利于航行速度的提升，在海上使用受限较大。刚柔艇采用刚性材料作为舟底和高强橡胶制作的气囊作为舟舷，可以使横向抗倾覆能力有较大幅度的提高。文章主要讨论在刚柔艇遇到风浪时如何保证纵向强度以保障高速航行。

1 龙骨加强方案

1.1 艇体极限工况刚度变化

一般而言，船体处于中拱弯曲和中垂弯曲的受力，是船体的极限工作载荷[1，3]（图1）。船体结构设计的一个重要原则是保证在这两种极限工况下能够安全航行。由结构力学原理，可将上述两个极限工况，简化为分布载荷下的悬臂梁和简支梁，计算对比加入矩形钢管内芯和常规内芯（木或泡沫塑料）的挠度，可以使我们作出正确的判断。

2 加设矩形钢管龙骨芯材的负面影响及对策

加设矩形钢管后对船舶的负面影响主要有：（1）船体重量有所增加；（2）钢材锈蚀后影响强度；（3）施工工艺难度有所增加。

在上述几项负面影响中，船体增加的重量应控制在合理的范围内针对钢材的锈蚀问题，采取聚氨酯泡沫分段填充工艺，保证钢管内部的水密性。其外表面采用机械除锈、表面钝化和胶液涂装防腐的处理工艺，以避免锈蚀的发生。在施工上，采取宣讲释明施工工艺，提示施工要点和提高工人责任心等方法，多管齐下，保证产品质量。

3 相似船体上使用钢管肋骨的效果

在玻璃钢船体上采用钢质构件进行增强，是复合材料制品提高刚度和改善局部性能的通行做法。在玻璃钢船体中，加设钢质构架也是一种常规工艺。在上世纪80年代，本公司曾在抗洪救灾船及以后的改型游艇上，采用过矩形钢管龙骨构架。上述两种船舶生产量已达近百艘。从上述船艇采用方钢管龙骨起，至今已三十余年，尚未出现用户的负面意见反馈。

4 结束语

文章通过对高速刚柔艇艇体及龙骨受力模式分析及计算，得到以下结论：高速刚柔艇技术要求高，成本控制严，为达到产品性能好、质量优的目标。我们建议高速刚柔艇采用加设矩形钢管龙骨芯材的技术方案。从上述计算分析可以得出：（1）加入矩形钢管龙骨芯材后，艇体的强度和刚度得到明显增强，并有效低降低了船舶的重心，对提高稳性具有正面效果；（2）由于钢材的价格较低，虽增加一定重量，但替换出部分价格较高的材料，可在不增加成本的条件下提高船体的技术性能；（3）技术方案对钢质龙骨芯材的负面影响，提出了有效的应对措施，能够抵消和解决存在的问题。

综上所述，我们认为在高速刚柔艇上采用矩形钢管作为龙骨内芯，其工艺方案和设计思路，在产品性能、施工工艺和成本控制等方面的控制目标来综合考量是可行的。

参考文献

[1]徐向东，崔维成.船体梁与加筋板极限强度可靠性设计（英文）[J].船舶力学，2001（3）.

[2]何福志，万正权.船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析[J].船舶力学，2001（5）.

[3]杨平.船体结构极限强度及破损剩余强度的研究[J].船舶与海洋结构物设计制造，2005.

作者简介：刘永慧（1984，9-），男，汉族，河北高阳人，2006年6月毕业于中北大学，学士，现就职于秦皇岛耀华玻璃钢股份公司，工程师，研究方向：复合材料在建筑、交通、船舶制造、包装器材、防腐工程等方面的应用。