可分离式附加甲板吸能结构及其尺寸设计方法技术

本发明专利技术提供一种可分离式附加甲板吸能结构，包括附加甲板、滑道、控制系统和抬升机构；其中，滑道设置在船首甲板上，滑道的最前端铰接固定；附加甲板由吸能材料制成，可拆卸的连接在滑道上；抬升机构与滑道的后端连接，使得滑道能够在抬升机构的驱动下向上升起而倾斜；控制系统用于受控解开附加甲板与滑道之间的连接并驱动抬升机构抬起滑道，从而使附加甲板在倾斜的滑道上受重力作用滑出船首。本发明专利技术采用附加甲板的设计，平时可作为正常船首使用，不影响船舶作业，在发生船‑船碰撞、船‑桥碰撞在内的多种碰撞事故时，附加甲板伸出船首吸收碰撞能量，减少碰撞事故带来的损失。

【技术实现步骤摘要】
可分离式附加甲板吸能结构及其尺寸设计方法
本专利技术属于船舶航行安全领域，具体涉及一种可分离式附加甲板吸能结构及其尺寸设计方法。
技术介绍
船舶碰撞往往会引起人员伤亡，船只沉没，甚至环境污染等灾难性的后果，许多国家的研究者都试图寻找可以避免船舶发生碰撞事故的方法。目前，由于人为等诸多方面因素的影响，船舶碰撞事故还不可能完全杜绝。研究船舶碰撞问题的目的之一是增强船体结构的耐撞性，从而能够有效抵御各种偶然性载荷(碰撞、搁浅或爆炸等)。在大部分船舶碰撞事故中，船首通常会参与接触变形和能量吸收，因此船首碰撞及其结构改进问题是船舶碰撞的研究重点。当船首-船侧正向垂直碰撞时，由于首部结构的刚度通常远远大于舷侧结构，舷侧结构的损伤明显严重于船首结构。目前国内外对首部结构进行“弱化”的缓冲船首设计是比较流行的设计理念。此外，纵观这些结构改进思想，它们都是以船-船碰撞事故为设计背景，当船舶与桥梁等大型水上结构物发生碰撞或船舶搁浅、撞底时，缓冲船首设计反而会增加首部结构的损伤变形程度，引起船舱进水、船体倾斜等严重后果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种可分离式附加甲板吸能结构及其尺寸设计方法，能够减少船体碰撞时的损失。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：它包括附加甲板、滑道、控制系统和抬升机构；其中，滑道设置在船首甲板上，滑道的最前端铰接固定；附加甲板由吸能材料制成，可拆卸的连接在滑道上；抬升机构与滑道的后端连接，使得滑道能够在抬升机构的驱动下向上升起而倾斜；控制系统用于受控解开附加甲板与滑道之间的连接并驱动抬升机构抬起滑道，从而使附加甲板在倾斜的滑道上受重力作用滑出船首。按上述方案，本结构还包括与附加甲板连接的限位机构，用于在附加甲板滑出船首后到达预定位置。按上述方案，所述的限位机构包括钢缆和卷扬机，钢缆的一端绕在卷扬机上，另一端与所述的附加甲板连接。按上述方案，所述的附加甲板通过轮锁固定在滑道上，轮锁由所述的控制系统控制。按上述方案，所述的附加甲板由正六边形薄壁管竖向放置、铺在夹板内构成，其中薄壁管的首尾端部与夹板上下层链接。按上述方案，所述的附加甲板的临界厚度tcr按以下公式计算：式中，Fmax为碰撞力最大值，σ0为材料的屈服应力，b为附加甲板的宽度。按上述方案，所述的抬升机构为液压推动系统，包括主推杆、液压缸、液压泵和电机；主推杆在液压缸中滑动，主推杆的末端与滑道后端连接；电机带动液压泵从油箱吸取液压介质，液压介质通过管道经节流阀和换向阀进入液压缸，推动活塞带动主推杆升起，液压缸排出的液压介质经换向阀流回油箱；所述的节流阀和换向阀分别由控制系统控制速度和方向。按上述方案，本结构还包括设置在船首最前端的距离传感器，当检测到船首前端有物体与船首之间的间距小于预设的触发阈值时触发控制系统。所述的可分离式附加甲板吸能结构的使用方法，其特征在于：当船首前端有物体与船首之间的间距小于预设的触发阈值时，控制系统受控解开附加甲板与滑道之间的连接并驱动抬升机构抬起滑道后端，附加甲板在倾斜的滑道上在自身重力作用下滑出船首；碰撞完成后，滑道后端降落回到甲板，回收附加甲板。所述的可分离式附加甲板吸能结构的尺寸设计方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：S1、建立碰撞损伤模型所述的碰撞损伤模型中的模型构成如下：内壳板碰撞损失面积外壳板碰撞损失面积纵桁或横框架损失面积分别为和舷侧结构的撞头部分的中间半径为RC，纵桁或横框架所在平面与撞头的中心线距离λ，双层舷侧结构宽度B，纵骨高度h，撞头触纵骨数n。内、外壳板，损伤区域无限趋近于圆形，损伤面积满足如下关系：若碰撞深度为l，损伤面积表示为：其中，RC为进入舷侧结构的撞头中间部分的半径；当发生接触的纵桁或横框架不处于撞头的中心时，即λ≠0，纵桁或横框架损伤面积表达为：纵骨损伤面积满足如下关系：S2、进行一轮简化，建立吸能模型分别建立以上各结构件的吸能简化公式，则总的碰撞吸能为：式中，ai为各结构件的吸能系数，σ0为材料的屈服应力，ti为各结构件的厚度；附加甲板平均压溃强度Pm为Pm＝σ0(1.571∑bit2+1.000∑tH2+0.500∑t2H)/(λ(2H))式中，H为变形范围内的板长，b为板宽度，λ为有效压溃长度因子；以H为变量求导得令式等于0可以得到再令Pm＝Fmax，式中Fmax为碰撞力最大值，求得附加甲板临界厚tcr的方程：本专利技术的有益效果为：采用附加甲板的设计，平时可作为正常船首使用，不影响船舶作业，在发生船-船碰撞、船-桥碰撞在内的多种碰撞事故时，附加甲板伸出船首吸收碰撞能量，减少碰撞事故带来的损失，并且整体采用电气化控制，确保需要时各装置能有效运转，同时降低了工作人员的危险性。附图说明图1为滑道结构示意图。图2为液压推动系统结构示意图。图3为附加甲板结构示意图。图中：1.主推杆，2.滑道，3.距离传感器，4.换向阀，5.节流阀，6.溢流阀，7.液压泵，8.电机，9.过滤器，10.船首，11.附加甲板，12.抬升机构。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种可分离式附加甲板吸能结构，如图1和图3所示，它包括附加甲板11、滑道2、控制系统和抬升机构12；其中，滑道2设置在船首10甲板上，滑道2的最前端铰接固定；附加甲板11由吸能材料制成，可拆卸的连接在滑道2上；抬升机构12与滑道2的后端连接，使得滑道2能够在抬升机构12的驱动下向上升起而倾斜；控制系统用于受控解开附加甲板11与滑道2之间的连接并驱动抬升机构12抬起滑道2，从而使附加甲板11在倾斜的滑道2上受重力作用滑出船首10。本结构还包括与附加甲板11连接的限位机构，用于在附加甲板11滑出船首10后到达预定位置。所述的限位机构包括钢缆和卷扬机，钢缆的一端绕在卷扬机上，另一端与所述的附加甲板11连接。附加甲板11通过轮锁固定在滑道2上，轮锁由所述的控制系统控制。发生碰撞时为了减少对于穿舷侧的破坏，就需要附加甲板按照可控制的方向发生形变。具体的，所述的附加甲板11由正六边形薄壁管竖向放置、密铺在夹板内构成，其中薄壁管的首尾端部与夹板上下层链接。把外径和壁厚之比大于20的钢管称为薄壁管，用一种具有良好力学性能以及耐腐蚀性的吸能材料制作而成，可以达到良好的吸能效果。附加甲板的临界厚度tcr按以下公式计算：式中，Fmax为碰撞力最大值，σ0为材料的屈服应力，b为附加甲板的宽度。本实施例中，所述的抬升机构12为液压推动系统，如图2所示，包括主推杆1、液压缸、液压泵7和电机8；主推杆1在液压缸中滑动，主推杆1的末端与滑道2后端连接；电机8带动液压泵7从油箱吸取液压介质，液压介质通过管道经节流阀5和换向阀4进入液压缸，推动活塞带动主推杆1升起，液压缸排出的液压介质经换向阀4流回油箱；所述的节流阀5和换向阀4分别由控制系统控制速度和方向，改变节流阀5的开口可调节液压缸的运动速度。通过主推杆1的升降以改变滑道2的角度，使得上面的附加甲板11滑出船体。可选的，管路中还设有溢流阀6。优选的，本结构还包括设置在船首10最前端的距离传感器2，当检测到船首10前端有物体与船首10之间的间距小于预设的触发阈值时触发控制系统。可分离式附加甲板吸能结构的使用方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：它包括附加甲板、滑道、控制系统和抬升机构；其中，滑道设置在船首甲板上，滑道的最前端铰接固定；附加甲板由吸能材料制成，可拆卸的连接在滑道上；抬升机构与滑道的后端连接，使得滑道能够在抬升机构的驱动下向上升起而倾斜；控制系统用于受控解开附加甲板与滑道之间的连接并驱动抬升机构抬起滑道，从而使附加甲板在倾斜的滑道上受重力作用滑出船首。

【技术特征摘要】
1.一种可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：它包括附加甲板、滑道、控制系统和抬升机构；其中，滑道设置在船首甲板上，滑道的最前端铰接固定；附加甲板由吸能材料制成，可拆卸的连接在滑道上；抬升机构与滑道的后端连接，使得滑道能够在抬升机构的驱动下向上升起而倾斜；控制系统用于受控解开附加甲板与滑道之间的连接并驱动抬升机构抬起滑道，从而使附加甲板在倾斜的滑道上受重力作用滑出船首。2.根据权利要求1所述的可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：本结构还包括与附加甲板连接的限位机构，用于在附加甲板滑出船首后到达预定位置。3.根据权利要求2所述的可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：所述的限位机构包括钢缆和卷扬机，钢缆的一端绕在卷扬机上，另一端与所述的附加甲板连接。4.根据权利要求1所述的可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：所述的附加甲板通过轮锁固定在滑道上，轮锁由所述的控制系统控制。5.根据权利要求1所述的可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：所述的附加甲板由正六边形薄壁管竖向放置、铺在夹板内构成，其中薄壁管的首尾端部与夹板上下层链接。6.根据权利要求1或5所述的可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：所述的附加甲板的临界厚度tcr按以下公式计算：式中，Fmax为碰撞力最大值，σ0为材料的屈服应力，b为附加甲板的宽度。7.根据权利要求1所述的可分离式附加甲板吸能结构，其特征在于：所述的抬升机构为液压推动系统，包括主推杆、液压缸、液压泵和电机；主推杆在液压缸中滑动，主推杆的末端与滑道后端连接；电机带动液压泵从油箱吸取液压介质，液压介质通过管道经节流阀和换向阀进入液压缸，推动活塞带动主推杆升起，液压缸排出的液压介质经换向阀流回油箱；所述的节流阀和换向阀分别由控制系统控制速度和方向。8.根据权利要求1所述的可分离式...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兵，郭帆，汪博文，蔡乐，汪洋，张金奋，毛喆，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42