船舶工程技術(shù)論文范文
船舶工程技術(shù)論文范文
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船舶工程技術(shù)論文范文篇一
船舶工程中的力學(xué)問題
【摘 要】本文主要分析了船舶工程中的力學(xué)問題，通過探討其中的力學(xué)理論，進(jìn)一步分析了船舶工程中需要關(guān)注的力學(xué)要點，以期可以為船舶工程的建造提供參考。
【關(guān)鍵詞】船舶工程;力學(xué)問題
中圖分類號：F407文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
一、前言
在船舶工程的建造中，有很多需要關(guān)注的問題，其中，船舶工程建造的力學(xué)問題就是一個關(guān)鍵問題，所以，分析船舶工程的力學(xué)理論和要點非常有必要，這是提高船舶建造水平的重點。
二、工程力學(xué)的發(fā)展
1、工程力學(xué)的特點
工程力學(xué)雖然還處在萌芽階段，很不成熟，而且繼承有關(guān)老學(xué)科的地方較多，但作為力學(xué)的一個新分支，確有一些獨具的特點。工程力學(xué)著重于分析問題的機理，并借助建立理論模型來解決具體問題。只有在進(jìn)行機理分析而感到資料不夠時，才求助于新的實驗。
工程力學(xué)注重從微觀到宏觀，以往的技術(shù)科學(xué)和絕大多數(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)，都是或從宏觀到宏觀，或從宏觀到微觀，或從微觀到微觀，而工程力學(xué)則建立在近代物理和近代化學(xué)成就之上，運用這些成就，建立起物質(zhì)宏觀性質(zhì)的微觀理論，這也是工程力學(xué)建立的主導(dǎo)思想和根本目的。
雖然工程力學(xué)引用了近代物理和近代化學(xué)的許多結(jié)果，但它并不完全是統(tǒng)計物理或者物理化學(xué)的一個分支，因為無論是近代物理還是近代化學(xué)，都不能完全解決工程技術(shù)里所提出的各種具體問題。工程力學(xué)所面臨的問題往往要比基礎(chǔ)學(xué)科里所提出的問題復(fù)雜得多，它不能單靠簡單的推演方法或者只借助于某一單一學(xué)科的成就，而必須盡可能結(jié)合實驗和運用多學(xué)科的成果。
2、研究內(nèi)容和方向
工程力學(xué)主要研究平衡現(xiàn)象，如氣體、液體、固體的狀態(tài)方程，各種熱力學(xué)平衡性質(zhì)和化學(xué)平衡的研究等。對于這類問題，工程力學(xué)主要借助統(tǒng)計力學(xué)的方法。工程力學(xué)的研究工作，目前主要集中三個方面：高溫氣體性質(zhì)，研究氣體在高溫下的熱力學(xué)平衡性質(zhì)(包括狀態(tài)方程)、輸運性質(zhì)、輻射性質(zhì)以及與各種動力學(xué)過程有關(guān)的弛豫現(xiàn)象;稠密流體性質(zhì)，主要研究高壓氣體和各種液體的熱力學(xué)平衡性質(zhì)(包括狀態(tài)方程)、輸運性質(zhì)以及相變行為等;固體材料性質(zhì)，利用微觀理論研究材料的彈性、塑性、強度以及本構(gòu)關(guān)系等。
工程力學(xué)研究方向主要有：非線性力學(xué)與工程、工程穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)、應(yīng)力與變形測量理論和破壞檢測技術(shù)、數(shù)值分析方法與工程應(yīng)用、工程材料物理力學(xué)性質(zhì)、工程動力學(xué)與爆破。
三、船舶工程中的主要力學(xué)問題
1、船舶的穩(wěn)定性
當(dāng)船的水面線以下部分產(chǎn)生的浮力等于船(及載物)之重量時，船將浮于水面。對船舶首要的要求是它能浮于水面而且在風(fēng)浪作用下不傾倒和進(jìn)水，也就是對船提出了穩(wěn)定性的要求。船舶的傾斜(或傾倒)分側(cè)傾和縱傾兩種，其分析方法是一樣的。以側(cè)傾為例，當(dāng)側(cè)向風(fēng)浪使得船受到一側(cè)傾力矩的作用而使船有側(cè)傾趨勢時，例如產(chǎn)生了一個傾角滬，這時候浮力中心位置會朝傾倒的一方偏移，因而浮力與重力作用線之間有了一段距離拭樹，稱創(chuàng)司為穩(wěn)定性力臂。
當(dāng)穩(wěn)心高于重心且浮力與拭司的乘積構(gòu)成的恢復(fù)力矩大于傾倒力矩時，就是穩(wěn)定的;否則就是不穩(wěn)定的，會使船傾倒。船舶的穩(wěn)定性分析就是要分析浮心與穩(wěn)心隨著傾角的變化而變化的穩(wěn)定性力臂曲線，分析什么傾角會引起傾倒以及設(shè)計船型時如何盡量增大允許的傾角。
2、船舶的推進(jìn)和阻力分析
提高船舶航行的速度和操縱的靈活性，是船舶設(shè)計尤其是軍用船艇追求的目標(biāo)。船舶的推力來自船的推進(jìn)器給水施加作用力從而獲得水的反作用力。目前較先進(jìn)的推進(jìn)器是由柴油機(或由核能帶動的動力)帶動的水下軸流式螺旋槳(比槳槽與明輪先進(jìn))，因為螺旋漿的阻力最小，效率最高。船舶的推力最大值是一定的，當(dāng)速度提高時，阻力也不斷提高，直到阻力達(dá)到推力值時，速度再也提高不上去，因此任何一艘船都有極限速度。如航母等排水型船航速25-30節(jié)(注：1節(jié)=1nmile/h)，滑行艇(如導(dǎo)彈快艇等)30-50節(jié)，水翼艇40、70節(jié)，氣墊船40-140節(jié)，地效翼艇40-300節(jié)。船舶的阻力是制約速度提高的主要原因，阻力來自水阻和氣阻，水阻主要是旋渦分離阻力、摩擦阻力和興波阻力。旋渦分離阻力是由于高速行駛的船舶尾部渦旋與船尾分離以及推進(jìn)螺旋槳尾端空化而造成的前后壓力差產(chǎn)生的。這種阻力只在高速和赫性流體中才存在。
3、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物在波流作用下的水動力學(xué)問題
此類問題的研究目標(biāo)是分析船舶與海洋結(jié)構(gòu)在波浪與海流昨用下的響應(yīng)和安全性問題。研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
(1)波浪理論
為了估計作用于結(jié)構(gòu)物的波浪力(力矩)的載荷，主要采用正弦波理論和斯托克斯有限振幅波理論。前者計算簡單，可應(yīng)用于譜分析計算;后者考慮了波浪的非線性，主要應(yīng)用于設(shè)計波法計算。
(2)水動力和運動方程的研究
水動力問題主要研究結(jié)構(gòu)整體或局部構(gòu)件在波浪等載荷作用下，由于加速度引起的慣性力、慣性力矩，由于運動引起的阻尼力、阻尼力矩以及與位移有關(guān)的恢復(fù)力、恢復(fù)力矩;波浪力和力矩;海流作用力和力矩。主要用于建立準(zhǔn)確的水彈性運動方程。
(3)結(jié)構(gòu)物的運動
主要是指船體和浮式結(jié)構(gòu)物在浪、流作用下的三種運動(垂振、縱搖和橫搖)以及與波高平方成正比的二階力造成的結(jié)構(gòu)物的長周期運動。
(4)在生存條件下結(jié)構(gòu)物的安全性
除了上面講到的船體穩(wěn)定性外，尚有結(jié)構(gòu)的耐波性、抗振動和抗疲勞破壞等性能。
對于以上問題的研究方法大致分為分析法、計算法、實驗法3種。分析法有設(shè)計波法、設(shè)計譜法、非線性時域分析法和隨機線性響應(yīng)法，用來探討結(jié)構(gòu)物在波浪中的性能。設(shè)計波法是用假想的等效規(guī)則波(如上文提到的正弦波)代替實際不規(guī)則的波，只要保證基波周期和振幅一致即可。設(shè)計譜法是采用譜分析的方法，從長期海浪統(tǒng)計資料中求出最大波的有效波高與周期來確定設(shè)計譜，再求出結(jié)構(gòu)的響應(yīng)譜進(jìn)而確定響應(yīng)的極值。時域分析法是通過系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)和輸入的時間歷程求輸出時間歷程。隨機線性響應(yīng)法基于線性疊加原理和概率統(tǒng)計原理。它是一種非確定性方法，關(guān)鍵是要建立準(zhǔn)確的長期統(tǒng)計的波浪資料或樣本。計算法主要是指有限元法求水動力和運動響應(yīng)或結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。實驗法分構(gòu)件實驗、模型實驗和實體實驗。
四、船舶力學(xué)計算步驟簡析
為保證結(jié)構(gòu)強度分析的結(jié)果的準(zhǔn)確以及結(jié)果的安全可靠，結(jié)構(gòu)強度力學(xué)分析必須有嚴(yán)格的分析過程。通過結(jié)合自身對各種情況的直接計算經(jīng)驗以及參照通用力學(xué)分析計算過程，直接計算法力學(xué)分析步驟可歸納為如下內(nèi)容：
1、分析結(jié)構(gòu)情況或用途。必須首先明確結(jié)構(gòu)的實際結(jié)構(gòu)情況或者其用途，包括結(jié)構(gòu)所處的區(qū)域，結(jié)構(gòu)的參數(shù)及樣式等，為后續(xù)的模型簡化及材料屬性定義做準(zhǔn)備;
2、分析結(jié)構(gòu)受力情況。分析受力區(qū)域結(jié)構(gòu)的受力情況或者根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途來分析結(jié)構(gòu)的受力，同時對其受力參數(shù)如受力大小，力臂長度等數(shù)據(jù)采集備用;
3、建立并簡化受力模型。這是最重要的步驟，根據(jù)受力結(jié)構(gòu)自身機構(gòu)的實際情況，根據(jù)安全系數(shù)偏大的原則，簡化成的受力分析較簡單的一般力學(xué)模型，如簡支梁，懸臂梁，固支梁等;
4、加載受力并求出結(jié)構(gòu)的剪力圖及彎矩圖。此為正式計算分析過程，根據(jù)受力的情況以及簡化后的力學(xué)模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，計算結(jié)果梁的剪力圖及彎矩圖，并對其中的峰值進(jìn)行計算，得出結(jié)果備用;
5、對危險截面進(jìn)行強度校核。通過彎矩及剪力圖，找出彎矩及剪力圖的突變截面，運用一般的材料力學(xué)方法對該區(qū)域的拉、壓應(yīng)力以及剪切應(yīng)力進(jìn)行計算，再根據(jù)強度理論和一定安全系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度判斷;
6、確定合適的截面或采取適當(dāng)加強措施。根據(jù)上步的判斷結(jié)果，確定該結(jié)構(gòu)是否符合結(jié)構(gòu)強度要求，對于不滿足的要采取一定的加強措施或或者改變結(jié)構(gòu)自身屬性;
7、重新校核或確定方案。對不符合強度要求的結(jié)構(gòu)加強或者改變結(jié)構(gòu)自身屬性后，重新按此程序進(jìn)行強度校核計算。對于滿足強度要求的，計算過程結(jié)束。
五、結(jié)束語
綜上所述，要想進(jìn)一步提高船舶工程力學(xué)的科學(xué)性，一定要首先探討力學(xué)的相關(guān)原理和建造過程中的合理利用問題。同時，采取合理的措施，科學(xué)使用力學(xué)原理，提高船舶建造的質(zhì)量。
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船舶工程技術(shù)論文范文篇二
內(nèi)河船舶的涂裝工程
摘 要：船舶涂裝是船舶建造過程中的一個重要內(nèi)容，不僅可以美化船舶，還可以對船舶起到防腐保護(hù)作用，延長船舶使用壽命，但是一些小型民營船廠對船舶涂裝認(rèn)識不夠，甚至不能用正確的方法來涂裝船舶和檢測涂裝質(zhì)量，本文對船舶涂裝的意義、方法及涂裝檢測進(jìn)行簡要的敘述。
關(guān)鍵詞：船舶涂裝 預(yù)處理 二次除銹 質(zhì)量要求
船舶作為航行于水面的建筑物，其船體結(jié)構(gòu)是由成型鋼板和型材組成，由于其工作性質(zhì)和運行特點，容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕(如大氣腐蝕、水腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕等)，增加了船舶的維護(hù)保養(yǎng)成本，且影響著船舶的使用年限。因此，船舶的涂裝就顯得尤為重要。
船舶鋼材、型材的預(yù)處理
船舶局部的預(yù)涂
當(dāng)前內(nèi)河船舶的建造主要采用整體建造法，造成船體底部楞木的位置在船體完工后無法進(jìn)行涂裝，這就需要在鋪設(shè)船底板前根據(jù)《楞木位置圖》對這些位置進(jìn)行預(yù)涂到位，預(yù)涂部位的涂料的配套方案和膜厚參照《油漆明細(xì)表》對船底部位的要求嚴(yán)格執(zhí)行。預(yù)涂的范圍應(yīng)稍大于船底板與楞木接觸的面積。
船舶的二次除銹
船體建造完工后，由于焊接、切割、機械碰損或自然原因等諸多因素的影響，導(dǎo)致鋼材、型材的表面重新銹蝕，這就需要對這些部位重新進(jìn)行除銹處理，稱之為“二次除銹”。 二次除銹通常采用噴射磨料(噴丸或噴砂)處理和動力工具打磨處理兩種方式，考慮到目前船廠場地和設(shè)備能力所限以及環(huán)境污染的因素，建議采用動力工具打磨處理更為實際。動力打磨工具主要有直柄砂輪機和平面砂磨機兩種。對于焊縫修磨、自由邊的倒角、流水孔、通焊孔以及狹小空間內(nèi)的構(gòu)件可采用直柄砂輪機進(jìn)行處理。對于一些大平面的部位采用平面砂磨機進(jìn)行處理更為有效。原則上對焊縫區(qū)、燒損區(qū)、自然銹蝕區(qū)等部位的打磨處理應(yīng)向外圍延伸30～50mm范圍。另外為保證后續(xù)涂層具有良好的附著力，對于車間底漆完好的區(qū)域也應(yīng)進(jìn)行必要的打毛處理，以去除車間底漆表面的白銹(指含鋅車間底漆而言)。
船舶的二次除銹的等級根據(jù)船體部位和所使用底漆的不同而要求不同，就目前內(nèi)河船舶而言，結(jié)合涂料的配套方案，通常情況下，船體外板、主甲板、貨艙、淡水艙、壓載水艙、錨鏈艙、上建(或甲板室)外表面應(yīng)達(dá)到GB-St3的標(biāo)準(zhǔn)，其他部位如舷艙、隔離空艙、儲物艙、機艙、舵機艙、艏尖艙等應(yīng)達(dá)到GB-St2的標(biāo)準(zhǔn)。對于燃油艙可不作處理。
船舶涂裝前的表面清理
船舶在二次除銹以后，進(jìn)行正式涂裝作業(yè)之前，為了保證涂料與被涂表面之間的附著力，應(yīng)該對被涂表面進(jìn)行清理。表面清理的主要內(nèi)容為：除水、除油、除塵、除垢以及除去其他雜物。其具體要求如下：
除水：可采用棉布擦除，或采用經(jīng)過去油和去水處理的壓縮空氣吹干，以肉眼看不見痕跡為準(zhǔn)。
除油：可采用蘸有溶劑的棉布擦除，允許痕跡存在。
除塵：可采用毛刷刷除或采用經(jīng)過去油和去水處理的壓縮空氣吹凈，允許痕跡存在。
船舶涂裝前的準(zhǔn)備
內(nèi)河船舶由于其被涂表面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用的涂料品種繁多，且在室外作業(yè)環(huán)境變化大的特點，為了獲取質(zhì)量良好的涂層，對船舶的各部位進(jìn)行有效的保護(hù)，這就需要在進(jìn)行涂裝作業(yè)前作好充分的準(zhǔn)備。
涂料開罐前認(rèn)真核對涂料的品種、牌號、顏色、保質(zhì)期、使用的間隔期等內(nèi)容。
涂料由于長期堆放，容易沉底，在使用前應(yīng)進(jìn)行充分的攪拌，直到整罐涂料上下粘度均勻。根據(jù)需要適當(dāng)使用稀釋劑加以稀釋，但稀釋劑量的使用不應(yīng)超出該種涂料規(guī)定的最大值。
當(dāng)前船舶涂料使用的主要是單組份和雙組份兩種，在使用雙組份涂料時應(yīng)特別注意，由于其基料和固化劑分別包裝，使用前應(yīng)分別攪拌均勻，然后按規(guī)定的比例邊攪拌邊混合，直至整體均勻一致，并需按涂料產(chǎn)品說明書的要求進(jìn)行一段時間的預(yù)反應(yīng)(稱之為“熟化”)后方可使用，其對使用時間也有一定的要求，需在規(guī)定的時間內(nèi)用完，否則將失去流動性直至固化。
涂裝作業(yè)前應(yīng)將施工區(qū)域所有的儀表、設(shè)備、電纜、橡膠制品、玻璃、緊固件、銘牌等用塑料布進(jìn)行包扎覆蓋，以防止粘附上涂料，若施工中出現(xiàn)涂料的粘附應(yīng)立即用溶劑擦洗干凈。
船舶涂裝的環(huán)境要求
涂層質(zhì)量的優(yōu)劣除了與上述被涂表面處理的質(zhì)量、涂料的性能、涂層的膜厚有著非常重要的關(guān)系之外，還與涂裝時的周圍環(huán)境，特別是大氣條件有著密切的關(guān)系，所以在進(jìn)行涂裝作業(yè)時應(yīng)遵循下列的要求。
任何潮濕的表面都不能進(jìn)行涂裝，凡雨、雪、霧天都應(yīng)停止室外作業(yè)。
涂裝作業(yè)應(yīng)在濕度85%以下、環(huán)境溫度高于露點溫度3℃以上時方可進(jìn)行;高性能的涂料在環(huán)境溫度低于0℃時不能進(jìn)行室外涂裝作業(yè)。
施工作業(yè)時需要充足的光線條件，在艙內(nèi)作業(yè)時需配備使用防爆型的照明設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備。
船舶涂裝方式的選擇
目前，船舶涂裝方式主要采用刷涂、輥涂、高壓無氣噴涂三種，各有其優(yōu)點和局限性。刷涂其操作方便靈活、適應(yīng)性強、滲透性好，但是工作強度大、效率低，不適合大面積區(qū)域的施工，建議可作于噴涂作業(yè)難以達(dá)到和難以保證涂層膜厚的地方的預(yù)涂，如型材的反面和邊緣、流水孔和通氣(焊)孔的邊緣、自由邊、各種溝槽及一些狹小的空間。輥涂適合于因某些原因而難以噴涂的大面積的涂裝，其效率低于噴涂而高于刷涂，其還具有長距離作業(yè)的特點，從而一定程度上減少了搭建腳手架的工作量，但其對結(jié)構(gòu)復(fù)雜和不平整的表面的涂裝受到局限，且其涂裝以后難以達(dá)到滿意的膜厚。高壓無氣噴涂目前應(yīng)用最為廣泛，其最顯著的優(yōu)點就是效率高，尤其是大面積區(qū)域的涂裝作業(yè)，這是刷涂和輥涂無法比擬的，對于縮短整個造船周期具有一定的促進(jìn)作用，缺點是對于涂料的損耗相對較大(特別是有一定風(fēng)速的情況下)，一般需要多用20%～25%左右的量，且對于一些狹小的空間、復(fù)雜的表面難以發(fā)揮其優(yōu)勢。以上三種涂裝方式可以根據(jù)施工區(qū)域的特點綜合使用，揚長避短，以獲取最大的效果。
涂料的配套
由于船舶的各部位所處環(huán)境的不同、艙室功能不同，對涂層的要求也就不一樣，這需要我們合理地對各區(qū)域使用的涂料進(jìn)行有效的配置，這樣既使涂料的功能達(dá)到了最大化，又節(jié)約了涂料的使用成本。所以，船舶涂裝前應(yīng)對各區(qū)域使用的涂料進(jìn)行細(xì)化和明確，比如使用的底漆、中間漆、面漆的類型和顏色、涂裝層數(shù)、涂裝方式、涂料的用量、每層干膜厚度要求、稀釋劑的種類等等，編制詳細(xì)的《油漆明細(xì)表》，供施工和檢驗時使用。
涂層質(zhì)量的要求和檢測
涂層質(zhì)量的要求通常分為表面質(zhì)量的要求和內(nèi)在質(zhì)量的要求，二者之間密不可分。涂層表面質(zhì)量的檢測經(jīng)常是根據(jù)經(jīng)驗通過目測進(jìn)行，而涂層內(nèi)在質(zhì)量的檢測需要借助于干膜測厚儀對涂層干膜厚的測定后獲取。
2、涂層內(nèi)在質(zhì)量的要求和檢測
涂層內(nèi)在質(zhì)量主要通過干膜厚來體現(xiàn)。船舶的每種涂料的說明書中對其在理論涂布率的狀態(tài)下達(dá)到的干膜厚度均有明確的描述，這是指必須基本得到保證的膜厚值，但是這并不意味著被涂表面的任何一處的干膜厚度均要達(dá)到或超過這一數(shù)值。因為實際操作中各種因素的影響，所以判斷干膜厚是否達(dá)到規(guī)定的要求，應(yīng)該根據(jù)干膜厚度測定值的分布狀態(tài)分析認(rèn)定，原則上要求：90%以上的檢測點的干膜厚度不小于規(guī)定膜厚，其余檢測點的干膜厚度不小于規(guī)定膜厚的90%。如果在檢測過程中沒有達(dá)到這樣的要求，則必須根據(jù)具體情況作局部或全面的補涂。
涂層的干膜的檢測通常應(yīng)在涂層完全固化以后用干膜測厚儀進(jìn)行直接測定。檢測時，檢測點的選擇要注意分布的均勻性和代表性。對于平整的表面，原則上每10m2隨機檢測一點;對于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的表面，則可以每5m2隨機檢測一點;對于一些狹小的空間、面積較小的區(qū)域，需保證每一自由面應(yīng)有3個以上的檢測點。(作者單位：安徽省皖江船舶檢驗局)
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