某双体铝合金艇结构强度规范计算
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作者:简开勇 江智聪 王宇桐
摘 要：本文介绍了按照中国船级社《沿海小船入级与建造规范》2005（简称“规范”）及其修改通报，对某铝合金双体船进行结构计算，确定其构件大小及相关信息。按照结构计算的一般顺序介绍了船体结构规范计算的全过程及计算中的注意事项，为相关技术人员在结构设计中提供参考。
关键词：铝合金艇;规范计算;双体船
中图分类号：U663.10 文献标识码：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
由于復合材料机舱存在防火问题，中国船级社在2018年对玻璃钢、碳纤维等复合材料艇的建造设置了很多的限制，如果不能证明用于建造该艇的材料可以防火，船级社不再受理这类船的图纸审批工作。因此很多原来制造玻璃钢艇的船厂逐步转向了制造铝合金艇。由此可以看出铝合金艇在未来的小艇市场上将会有很大的需求量。本文介绍某双体铝合金艇的结构规范计算过程，可为铝合金艇设计及制造提供参考。
2 船型概述及计算过程
2.1 船型参数
必须指出，计算中应注意表1中有义波高H1/3和对应的航速VH的数据选取，因为该组数据对本艇的航速实施了限定。例如：在有义波高为3 m时，船舶对应的航速限定为12 kn，如果航速超过该限定值，就不能保证船在该航速下航行是安全的。
由于加速度acg的值直接影响到船体各个构件的大小，如果超速则有可能船体的强度不能满足安全航行要求。因此，为了保证船舶的航行安全，在各有义波高下的航速均不能超过表1给出的限定值。但是设计方在设定限速曲线的时候，必须参考船舶的设计输入条件，设计输入中船东会指定本船在什么工况下必须达到多大的航速，限速曲线必须以此为前提，在满足这个前提下进行设计。
2.3 载荷计算
在确定重力加速度acg的值后，需计算船体各个部位的载荷。而在计算构件载荷之前，需要对构件进行布置。本文的计算是基于基本结构图（图1）进行的。
图1 基本结构图
本船为双体船，根据规范将全船的载荷分为：（1）船底波浪冲击压力;（2）连接桥底的压力;（3）舷侧波浪冲击压力;（4）甲板计算压力;（5）舱壁计算压力;（6）上层建筑和甲板室的计算压力。计算时，将全船分为4个不同区域（舱段）进行计算：尾～#7舵机舱;#7～#25机舱;#25～#29空舱;#29～首首尖舱。
需要注意：在计算船底波浪冲击压力Ps时，纵向压力分布系数Kl1的取值为：舯前Kl1 =1、尾端Kl1 =0.5、尾端与船中之间用线性内插法取值。由于是分舱段进行计算，舱在纵向有一定的长度，Kl1是取舱段中部的值，即是一个平均值。因为如果取首部的值则载荷计算值会偏大构件就会偏保守;而取尾部的值载荷计算值偏小构件就会不安全。同样，连接桥的纵向压力分布系数Kl2也是一样道理。
2.4 板材计算
《沿海小船入级与建造规范》中，对板的厚度给出了两个公式：最小板厚（g）及计算板厚（h）取两个公式计算的最大值;另外，计算需要注意的是σsw的取值，应为铝合金材料的焊后强度，本船采用的铝合金板材材料牌号为5083-H116，其焊前屈服强度为215 N/mm2、焊后为125 N/mm2。
2.5 型材计算
《沿海小船入级与建造规范》对主要骨材和次要骨材连同带板的剖面模数给出了统一的公式（9），而区分主要骨材和次要骨材的主要方式就是系数K的取值，不同位置的构件给出了不同的系数。
同时规范对桁材和纵骨的端部有效剪切面积，给出了限定值的计算公式（10）、（11）。本船所采用的铝合金型材材料牌号为6082-T6，其焊前屈服强度为250 N/mm2、焊后为115 N/mm2。
根据计算得出的载荷结合构件大小的计算公式，可以计算出全船的构件理论值，参照理论值再选取一个合适的构件尺寸再进行实际值的计算，实际值超过理论值就表示实取的构件满足规范设计的要求。
2.6 主机基座计算
《沿海小船入级与建造规范》中没有给出主机基座计算公式，本艇的计算是根据<2.3.4.2>有关章节进行计算。但该公式只规定了组合型材的腹板和面板的厚度与腹板高度和面板高度及材料的屈服强度之间的关系，并不能作为强度校核的计算公式。由于本艇是铝合金材质，没有其他的规范可供参考，只能参照该公式进行粗略计算。
2.7 尾轴架计算
《沿海小船入级与建造规范》中也没有给出尾轴架的计算公式，本艇的尾轴架是参考《海上高速船入级与建造规范》进行设计和计算。采用双臂尾轴架，材料为船用铝合金牌号为5083-H116、材料的抗拉强度Rm=305 N/mm2。
3 计算结果
船体各部位构建件尺寸，如表2所列：
4 结束语
本文根据中国船级社《沿海小船入级与建造规范》对某双体铝合金艇进行规范计算，列出了计算的过程及注意事项，为今后的设计工作提供一个参考。
参考文献
[1] 中国船级社. 沿海小船入级与建造规范[S]. 北京：人民交通出版社， 2005.
[2] 中国船级社.《海上高速船入级与建造规范[S]，北京：人民交通出版社，2015.
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