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文獻標識碼： 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。船舶的推力來自船的推進器給水施加作用力從而獲得水的反作用力。目前較先進的推進器是由柴油機(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)，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，當速度提高時，阻力也不斷提高，直到阻力達到推力值時，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，并對其中的峰值進行計算，得出結(jié)果備用;
5、對危險截面進行強度校核。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)力進行計算，再根據(jù)強度理論和一定安全系數(shù)進行結(jié)構(gòu)強度判斷;
6、確定合適的截面或采取適當加強措施。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《油漆明細表》對船底部位的要求嚴格執(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行處理。對于一些大平面的部位采用平面砂磨機進行處理更為有效。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)達到GB-St3的標準，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)達到GB-St2的標準。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。
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，對船舶的各部位進行有效的保護，這就需要在進行涂裝作業(yè)前作好充分的準備。
涂料開罐前認真核對涂料的品種、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℃以上時方可進行;高性能的涂料在環(huán)境溫度低于0℃時不能進行室外涂裝作業(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)域使用的涂料進行有效的配置，這樣既使涂料的功能達到了最大化，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)域使用的涂料進行細化和明確，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，編制詳細的《油漆明細表》，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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