《無人艇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例》3000字

PAGE25無人艇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u127381.1概述 1274001.2主要量度 1286811.3基本結(jié)構(gòu)用途 2278401.3.1外板 2145541.3.2甲板 375471.3.3尾封板 396571.3.4船底結(jié)構(gòu) 3306661.3.5舷側(cè)結(jié)構(gòu) 3229491.3.6甲板結(jié)構(gòu) 488581.3.7艙壁結(jié)構(gòu) 4225531.3.8上層建筑 4129821.4主要構(gòu)件及船底組合型材最小板厚校核 4279101.5骨材最小剖面模數(shù)校核 6279831.5.1艇體各部分壓力計(jì)算 6301381.5.2骨材最小剖面模數(shù)W計(jì)算 10153211.6二維結(jié)構(gòu)圖 1366011.7三維結(jié)構(gòu)圖 161.1概述此無人艇為航行于沿海遮蔽航區(qū)的滑行艇，可按任務(wù)需求在三體與單體之間變換船體形態(tài)。主要功能是在沿海進(jìn)行安保巡邏，情報(bào)偵查和信號中繼，為鋁合金結(jié)構(gòu)。根據(jù)任務(wù)需求及有關(guān)規(guī)范，進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)。1.2主要量度總長6.027m設(shè)計(jì)水線長5.527m型寬1.746m型深1.170m設(shè)計(jì)吃水0.420m設(shè)計(jì)排水量2.118t肋距0.500m1.3基本結(jié)構(gòu)用途船舶的結(jié)構(gòu)承擔(dān)著各種各樣重要的功能。從根本上來說，這是為了保持設(shè)計(jì)的船體結(jié)構(gòu)并防止船舶在承受各種外部內(nèi)部載荷時(shí)導(dǎo)致進(jìn)水。船體的各部分結(jié)構(gòu)，或者說整個(gè)結(jié)構(gòu)，也可以作為專門結(jié)構(gòu)用于提供隔音、防火、分隔船艙，亦或是用于安裝或承載機(jī)械設(shè)備。船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終是為了確保在船舶在設(shè)定的航區(qū)環(huán)境中航行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的功能[11]。1.3.1外板外板是構(gòu)成船體底部、舭部及舷側(cè)的外殼板。其作用是構(gòu)成船體的水密外殼，使艦船具有漂浮及運(yùn)載能力。外板參與船體的總縱強(qiáng)度，承受外部水壓力并傳遞各種橫向載荷[12]，保證船體的局部強(qiáng)度和剛性。1.3.2甲板甲板與外板和艙壁板共同組成各種用途的艙室。上甲板通常是強(qiáng)力甲板，參與船體的總縱強(qiáng)度，同時(shí)與甲板骨架一起承受并傳遞各種橫向載荷。此無人艇上甲板板厚取4mm。1.3.3尾封板此無人艇尾部為傾斜的尾封板，船外機(jī)將懸掛于尾封板上，根據(jù)《小型海船入級規(guī)范》2.3.1.2之要求，當(dāng)尾封板上安裝推進(jìn)裝置時(shí)，尾封板的厚度應(yīng)不小于舷側(cè)板厚度的1.2倍。此艇尾封板厚度為10mm，滿足上述要求。1.3.4船底結(jié)構(gòu)船底有單層底和雙層底之分，按骨架形式歸類則有縱骨架式和橫骨架式。船底位于船體的最下部，是保證船體總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度的重要板架結(jié)構(gòu)[13]，其承受包括總縱拉壓應(yīng)力和局部橫向載荷等多種受力。此無人艇船底板厚取5mm。1.3.5舷側(cè)結(jié)構(gòu)舷側(cè)分為單層舷側(cè)、雙層殼舷側(cè)和多層殼舷側(cè)，若按骨架形式分類則有橫骨架式、縱骨架式。舷側(cè)結(jié)構(gòu)與船底及甲板連接以保證整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛性。此無人艇舷側(cè)板厚取4mm。1.3.6甲板結(jié)構(gòu)按骨架設(shè)置形式可將甲板結(jié)構(gòu)歸類為縱骨架式甲板結(jié)構(gòu)和橫骨架式甲板結(jié)構(gòu)，甲板骨架結(jié)構(gòu)用于支撐甲板板，作用于甲板結(jié)構(gòu)上的力主要有總縱彎曲引起的拉壓應(yīng)力以及部分橫向載荷。此無人艇之骨架形式選定為縱骨架式。1.3.7艙壁結(jié)構(gòu)船體內(nèi)部設(shè)置的縱向艙壁與橫向艙壁將船體內(nèi)部空間分隔成用于各種不同目的的艙室，其中水密艙壁可以保證艇體抗沉性的要求，防撞艙壁可保證艇體橫向強(qiáng)度及剛性，有些也可用于防火和制蕩用途。此無人艇的水密艙壁布置在5號站位，防撞艙壁布置在9號站位，艙壁板厚均取5mm。1.3.8上層建筑上層建筑即上甲板上的圍蔽建筑物。該無人艇上層建筑亦采用鋁合金材質(zhì)，其作用為保護(hù)包括機(jī)械伸縮臂在內(nèi)的部分設(shè)備，并支撐雷達(dá)及天線設(shè)備，其結(jié)構(gòu)相對簡單，板厚取4mm。1.4主要構(gòu)件及船底組合型材最小板厚校核根據(jù)中國船級社2021年出版的《小型海船入級規(guī)范》，此艇最小板厚由下式確定：t（4-1）式中：K0主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如下表所示：表1.1主要構(gòu)件最小板厚校核構(gòu)件名稱K計(jì)算最小板厚計(jì)算板厚取整設(shè)計(jì)選取板厚船底外板1.552.823.05舷側(cè)外板1.402.552.54主甲板板1.402.552.54艙壁板1.162.112.05上層建筑前端壁1.302.362.54側(cè)壁、后壁0.921.671.54頂板0.801.461.54船底組合型材腹板最小板厚tmint(4-2)式中：?為腹板高度，mm;σsw為鋁合金型材焊接后（退火狀態(tài)）的屈服強(qiáng)度，此艇采用5083系列鋁合金，取σ船底組合型材面板最小板厚tmint(4-3)式中：b為面板寬度，mm；σsw船底組合型材最小板厚校核結(jié)果如下表所示：表1.2船底組合型材腹板最小板厚校核結(jié)果型材腹板高度計(jì)算最小腹板厚度計(jì)算厚度取整設(shè)計(jì)腹板厚度船底型材#1601.1315船底型材#2601.1314船底型材#3561.0514表1.3船底組合型材面板最小板厚校核結(jié)果型材面板寬度計(jì)算最小面板厚度計(jì)算厚度取整設(shè)計(jì)面板厚度船底型材#1251.9525船底型材#2251.9524船底型材#3251.95241.5骨材最小剖面模數(shù)校核1.5.1艇體各部分壓力計(jì)算無人艇在波浪中航行時(shí)，其重心處的垂向加速度與所在航區(qū)對應(yīng)的有義波高及該有義波高下航行的航速呈下式關(guān)系[14]：a(4-4)式中：VHH1/3為所在航區(qū)的有義波高，m。此艇服務(wù)于沿海航區(qū)，取HL為船長，m。此艇為6.027m；BWLβ為船體重心處橫剖面的船底升角（°）；Δ為滿載排水量，t；g為重力加速度，取9.81m取值：VH=10kn；H最終通過計(jì)算得a(1)船底波浪沖擊壓力PslP(4-5)式中：Kl1為縱向壓力分布系數(shù)。船中前取Kl1=1Δ為滿載排水量，t；A為計(jì)算壓力點(diǎn)的計(jì)算面積，m2N為片體數(shù);β，βacg為設(shè)計(jì)垂向加速度，md為滿載吃水，m。中前：取Kl1=1，尾端：取Kl1=0.5，（2）舷側(cè)計(jì)算壓力PSP(4-6)式中：h為從舷側(cè)板最低點(diǎn)到舷側(cè)處干舷甲板上緣的垂直距離，m；Psl為該處船底的波浪沖擊壓力，KN/中前：取Psl=32.90尾端：取Psl=18.68（3）露天甲板計(jì)算壓力PdP(4-7)式中：C為系數(shù)；沿海航區(qū)C=1.0L為船長，m。甲板計(jì)算壓力得：P（4）水密及防撞艙壁及其扶強(qiáng)材壓力P?P(4-8)式中：h為板的下緣或扶強(qiáng)材跨距中點(diǎn)至上甲板的垂直距離，m。5號站位水密艙壁壓力：P9號站位防撞艙壁壓力：P（5）上層建筑的計(jì)算壓力P：前端壁及扶強(qiáng)材：P=C0.3L+5側(cè)壁、尾端壁及扶強(qiáng)材：P=0.2L+2.5KN頂板：P=3KN式中：L為船長，m;C為系數(shù)；沿海航區(qū)取C=1.0;計(jì)算得：前端壁壓力P=6.81側(cè)壁、尾端壁壓力P=3.71頂板壓力P=3.001.5.2骨材最小剖面模數(shù)W計(jì)算依《規(guī)范》2.1.5.1之要求，骨材彎曲強(qiáng)度的剖面模數(shù)(含帶板)應(yīng)不小于下式計(jì)算之值：W=K(4-12)式中：l為骨材跨距，m。S為骨材間距，m。K為系數(shù)；P為設(shè)計(jì)壓力；σSW為鋁合金骨材焊接后的屈服強(qiáng)度，N（1）船底實(shí)肋板中前取值：K=135;S=0.5m;P=32.90計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=30.35尾端取值：K=135;S=0.5m;P=18.68計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=20.06（2）舷側(cè)實(shí)肋板中前取值：K=150;S=0.5m;P=12.53KN計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=1.73尾端取值：K=150;S=0.5m;P=11.97KN計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=2.67（3）甲板實(shí)肋板取值：K=150;S=0.5m;P=6.11計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=4.81（4）船底縱骨中前取值：K=115;S=0.20m;P=32.90計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=1.72尾端取值：K=115;S=0.20m;P=18.68計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=0.98（5）船底縱桁中前取值：K=135;S=0.21m;P=32.90計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=2.12尾端取值：K=135;S=0.21m;P=18.68計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=1.20（7）舷側(cè)縱骨中前取值：K=130;S=0.175m;P=12.53計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=0.64尾端取值：K=130;S=0.175m;P=11.97計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=0.62（8）甲板縱骨取值：K=130;S=0.383m;P=6.11計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=0.69（9）甲板縱桁取值：K=150;S=0.341m;P=6.11計(jì)算最小剖面模數(shù)得：W=0.71骨材計(jì)算最小剖面模數(shù)（含帶板）與設(shè)計(jì)骨材剖面模數(shù)（含帶板）校核結(jié)果如下表所示，其中帶板有效寬度取骨材跨距[15]：表1.4骨材剖面模數(shù)校核構(gòu)件名稱計(jì)算最小剖面模數(shù)（cm3）設(shè)計(jì)骨材剖面模數(shù)（cm3）船底實(shí)肋板30.35256.80縱桁1.8961.81縱骨1.7245.80舷側(cè)實(shí)肋板2.67165.55縱骨0.6420.84甲板實(shí)肋板1.81148.87縱桁0.7161.57縱骨0.6941.941.6二維結(jié)構(gòu)圖二維甲板結(jié)構(gòu)圖、舷側(cè)結(jié)構(gòu)圖及艙底結(jié)構(gòu)圖如下列所示：圖5.1主船體甲板結(jié)構(gòu)圖圖5.2主船