CN102417015A - 一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，包括安装基座、安装基管、吸能波纹板、捕波器，安装基座固定在船底外板上，安装基管安装在安装基座上，捕波器布置在安装基座旁，吸能波纹板固定在捕波器上，吸能波纹板的顶端与安装基管的顶端相连。本发明基于霍普金森飞片原理，利用压缩应力波在钢材与空气的交界面反射成拉伸波的特性，采用内置分离式船体结构防护装置将外板内侧和内底板与空气的交界面反射的拉伸波用捕波器截获，大大削弱冲击载荷能量，在载荷与结构的初始作用阶段即削弱冲击能量；结构简单，维修方便，可拆卸，容易实现复用；使用范围广，可针对特定船舶设计，可用于底部和舷侧。

Description

一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置
技术领域
本发明涉及的是一种船舶领域的抗冲击防护装置。 
背景技术
船舶在航行过程中不可避免的会受到各种冲击载荷的作用，如碰撞、搁浅事故中的碰撞力载荷等。为了保护船舶内部重要舱室及人员设备，使其在受到强冲击载荷后仍能维持正常工作，在这些部位设置抗冲击防护结构是十分必要的。 
传统的船体结构防护装置，在强冲击载荷作用下，一般是通过其主要构件发生一定的塑性变形来吸收能量，从而达到减小防护结构内部所受冲击载荷来实现其防护目的，即在冲击载荷作用的后期响应实现防护。但其缺点是安装后不能拆卸，遭到打击后，防护结构被破坏掉，难以维修，不能复用。与此同时，已有的新型防护结构设计往往是以增加整体结构重量为代价来提升抗冲击性能，这就限制了这些新型防护结构形式的推广使用。 
发明内容
本发明的目的在于提供可靠性高、成本较低、具有优良防护性能、使用范围广的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置。 
本发明的目的是这样实现的： 
本发明一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：包括安装基座、安装基管、吸能波纹板、捕波器，安装基座固定在船底外板上，安装基管安装在安装基座上，捕波器布置在安装基座旁，吸能波纹板固定在捕波器上，吸能波纹板的顶端与安装基管的顶端相连。 
本发明还可以包括： 
1、还包括缓冲防护板，所述的安装基管顶端安装限位螺母和缓冲橡胶螺帽，缓冲防护板安装在船底内板上并与安装基管和吸能波纹板相对。 
2、所述的安装基管底部安装过载保护销钉。 
3、所述的捕波器的厚度为外板厚度的3～5倍。 
4、所述的吸能波纹板为肋骨结构，捕波器与吸能波纹板组成的结构将安装 基座和安装基管包围，捕波器圆台下表面直径取为吸能波纹板肋骨结构的间距。 
本发明的优势在于：本发明基于霍普金森飞片原理，利用压缩应力波在钢材与空气的交界面反射成拉伸波的特性，采用内置分离式船体结构防护装置将外板内侧和内底板与空气的交界面反射的拉伸波用捕波器截获，大大削弱冲击载荷能量，在载荷与结构的初始作用阶段即削弱冲击能量；结构简单，维修方便，可拆卸，容易实现复用；使用范围广，可针对特定船舶设计，可用于底部和舷侧。 
附图说明
图1：为本发明的防护装置示意图； 
图2：I区域局部放大图； 
图3：II区域局部放大图； 
图4：III区域局部放大图。 
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 
结合图1～4，本发明具体内容和实现方法如下： 
(1)防护系统的组成 
防护系统整体分为九个部件，即安装基管(附图中①)、吸能波纹复合结构(附图中②)、捕波器(附图中③)、安装基座(附图中④)、过载保护销钉(附图中⑤)、固定顶丝(附图中⑥)、限位螺母(附图中⑦)、缓冲橡胶螺帽(附图中⑧)、缓冲防护板(附图中⑨)。安装基座与船体板架之间采用焊接连接，捕波器与吸能波纹板之间采用固定顶丝焊接相连接，安装基管底部与安装基座之间采用过载销钉相连接，安装基管顶部与限位螺母、缓冲橡胶螺帽相连接。 
(2)防护原理及工作过程 
本发明是一种根据霍普金森飞片原理设计的被动分离式防护结构。在船体外板受到外部冲击载荷作用初始阶段，该防护装置将外板内侧和内底与空气的交界面反射的拉伸波用捕波器截获，捕波器吸收外板冲击波能量受力沿垂向运动，同时带动与其相连的吸能波纹板一起运动，吸能波纹板在压缩过程中吸收冲击波能量。当捕波器与吸能波纹板运动至安装基管顶端时，与安装基座相连的过载保护销钉限制二者的运动。如果冲击波能量过大，安装基管底端过载保 护销钉断裂，安装基管顶端限位螺母连接及保护整个装置，除安装基座以外整个防护装置向上运动，运动至内底等板架结构时，安装基管顶端缓冲橡胶螺帽与板架碰撞发生变形，再次减小冲击波能量。 
(3)防护装置安装 
在船体板架安装基座处进行打磨，将安装基座焊接在船体板架上，焊接后将焊缝打磨平整，同时将安装基管用销钉连接在安装基座底端。 
将捕波器与吸能波纹板用固定顶丝焊接连接，以安装基座为中心，将二者布设在安装基座周围，其中吸能波纹板顶端与安装基管顶端用螺栓连接，用以固定捕波器与吸能波纹板。 
(4)防护装置尺寸计算： 
捕波器厚度应考虑船舶外板厚度，具体值根据应力波理论和工艺性要求计算得到，一般取外板厚度的3～5倍；捕波器元台下表面直径取为肋骨间距。捕波器与船体板架连接应考虑应力波传递的连续性，通过表面处理改善结合效果，使二者结合处保证阻抗连续与匹配。吸能波纹板尺寸、吸能波纹板内部填充芯材和过载保护销钉应考虑极限载荷设计。 
防护系统整体分为九个部件，即安装基管(附图中①)、吸能波纹复合结构(附图中②)、捕波器(附图中③)、安装基座(附图中④)、过载保护销钉(附图中⑤)、固定顶丝(附图中⑥)、限位螺母(附图中⑦)、缓冲橡胶螺帽(附图中⑧)、缓冲防护板(附图中⑨)。 
对于船舶所受冲击载荷一般主要是碰撞和搁浅事故中的碰撞力载荷。根据船体结构布置特点及船舶所受冲击载荷的形式，一般舷侧结构水线附近及船底结构处最容易受到冲击载荷的直接作用，在此处采用抗冲击防护装置是必要的。 
由于该发明为一种新型船体抗冲击防护结构形式，并未涉及具体某型船舶，因此应用范围很广。但是，针对不同吨位、不同船型的船体，防护结构的布置区域与构件尺寸可以根据国际公约、准则及船级社的相关规范做以合理的调整。 
这里以某10万吨级油船舷侧部位抗冲击防护结构布置为例进行进一步说明： 
1、估算冲击载荷大小 
根据船舶行驶主要海区海况、地形资料及相关规范要求，估算船舶可能受到冲击载荷的大小。 
2、确定抗冲击防护结构布置区域 
根据冲击载荷主要的作用区域及具体船体结构相对较为薄弱的部位和重要内部舱室设备及人员要求，合理的布置抗冲击防护结构的防护区域。 
3、确定抗冲击防护结构构件尺寸 
根据步骤1中计算的冲击载荷及船体具体结构布置形式，在相关规范指导下，合理确定防护装置的具体构件尺寸。 
4、防护装置组装过程 
先将安装基座焊接在船体板架上，在安装基座底端用销钉连接安装基管，然后组装捕波器与吸能波纹板，以安装基座、安装基管为中心，将捕波器和吸能波纹板沿安装基管安装在基座、基管四周，最后在安装基管顶端安装限位螺母和缓冲橡胶螺帽固定整个装置。安装前均对船体板架做打磨处理。 
5、试验中装置安装过程 
在船体板架安装基座处进行打磨，将安装基座焊接在船体板架上，焊接后将焊缝打磨平整，同时将安装基管用销钉连接在安装基座底端。 
将捕波器与吸能波纹板用固定顶丝焊接连接，以安装基座为中心，将二者布设在安装基座周围，其中吸能波纹板顶端与安装基管顶端用螺栓连接，用以固定捕波器与吸能波纹板。 
在焊接基座与船体外板，捕波器与吸能波纹板时，为防止变形过大对其它元件造成挤压破坏，需注意进行变形控制，即先采用四周点焊，再采用对称堆焊的方法进行焊接，并在焊接过程中酌情施焊，最大程度减少变形。 
6、后期处理 
将焊接引起的外表面突起打磨平整，避免应力波传递的不连续性。如果载荷过大导致过载保护销钉断裂，可以更换销钉，重新安装整个装置，达到重复使用的效果。 

Claims (9)

1.一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：包括安装基座、安装基管、吸能波纹板、捕波器，安装基座固定在船底外板上，安装基管安装在安装基座上，捕波器布置在安装基座旁，吸能波纹板固定在捕波器上，吸能波纹板的顶端与安装基管的顶端相连。
2.根据权利要求1所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：还包括缓冲防护板，所述的安装基管顶端安装限位螺母和缓冲橡胶螺帽，缓冲防护板安装在船底内板上并与安装基管和吸能波纹板相对。
3.根据权利要求1或2所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的安装基管底部安装过载保护销钉。
4.根据权利要求1或2所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的捕波器的厚度为外板厚度的3～5倍。
5.根据权利要求3所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的捕波器的厚度为外板厚度的3～5倍。
6.根据权利要器1或2所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的吸能波纹板为肋骨结构，捕波器与吸能波纹板组成的结构将安装基座和安装基管包围，捕波器圆台下表面直径取为吸能波纹板肋骨结构的间距。
7.根据权利要器3所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的吸能波纹板为肋骨结构，捕波器与吸能波纹板组成的结构将安装基座和安装基管包围，捕波器圆台下表面直径取为吸能波纹板肋骨结构的间距。
8.根据权利要器4所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的吸能波纹板为肋骨结构，捕波器与吸能波纹板组成的结构将安装基座和安装基管包围，捕波器圆台下表面直径取为吸能波纹板肋骨结构的间距。
9.根据权利要器5所述的一种内置分离式船体结构抗冲击防护装置，其特征是：所述的吸能波纹板为肋骨结构，捕波器与吸能波纹板组成的结构将安装基座和安装基管包围，捕波器圆台下表面直径取为吸能波纹板肋骨结构的间距。
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