船用组合抗冲击防护结构及其应用制造技术

本发明专利技术提供的是一种船用组合抗冲击防护结构及其应用。其组成包括内壳板、夹层板，连接于内壳板、夹层板之间的支撑结构；所述的夹层板是由夹层板内边板、夹层板外边板和连接于夹层板内边板与夹层板外边板之间的半圆管夹芯组成的；所述的支撑结构包括固定在内壳板上的梯形纵向骨材，固定在夹层板内边板上的横向骨架，连接于梯形纵向骨材与夹层板内边板之间的纵桁。本发明专利技术具有抗冲击性能好、结构总体重量轻、制造工艺简单、易于拆修更换等优点。可广泛用于各种类型船舶的防护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种船舶结构，具体地说是一种船舶抗冲击防护结构。(二)
技术介绍
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 的碰撞力载荷以及军船在战时的爆炸冲击载荷等。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。在强冲击载荷作用下，船用防护结构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作用的目的。已有船用吸能防护结构， 包括用于核动力船、巨型油轮和液化天然气运输船，其设置都是相似的，或是利用普通 的船体结构，或是采用专门吸能元件结构，以提高结构的防护性能。众多船用防护结构 中，以六角形蜂窝结构应用最多，但六角形蜂窝结构工艺性差，价格昂贵。与此同时， 己有的新型防护结构设计的不足之处是都需要增加一定的结构重量，如果不增加结构重 量而采用上述新型防护结构，往往无法体现出更好的吸能效果，甚至不如传统结构形式， 这就限制了这些新型防护结构形式的推广使用。与本专利技术申请相关的公开报道可以参考1、"爆炸载荷作用下的船用吸能防护结 构"(《海军工程大学学报》)；2、"浅埋地下防护结构构件及缓冲隔层作用研究" (西南交通大学硕士论文)；3、"水下接触爆炸载荷作用下舰船防护结构的仿真和实 验研究"(《船舶力学》)；4、申请号为6,851,892,名称为"Marine impact-absorbing structure"的美国专利文件等。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗冲击性能好、结构总体重量轻、制造工艺简单、易于 拆修更换的船用组合抗冲击防护结构。本专利技术的目的还在于提供一种船用组合抗冲击防 护结构的其应用方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术的船用组合抗冲击防护结构的组成包括内壳板、夹层板，连接于内壳板、夹 层板之间的支撑结构；所述的夹层板是由夹层板内边板、夹层板外边板和连接于夹层板内边板与夹层板外边板之间的半圆管夹芯组成的；所述的支撑结构包括固定在内壳板上 的梯形纵向骨材，固定在夹层板内边板上的横向骨架，连接于梯形纵向骨材与夹层板内 边板之间的纵桁。夹层板内外边板厚度总和在12 20mm之间，且外边板厚度略大于内边板；半圆管 厚度在4 6mm之间；半圆管的半径在400-450mm之间；梯形纵向骨材、纵桁及横向 板材壁厚在7~12mm之间；内壳板厚度在10~16mm之间。本专利技术的船用组合抗冲击防护结构布设于舷侧结构水线附近及船底结构处。 抗冲击防护结构的防护机理是在外部强冲击载荷作用下，牺牲部分非主要构件来 吸收能量，起到保护船舶内部结构和重要舱室设备的目的。已有的研究成果表明强冲 击载荷作用下，双层防护结构中外板和纵桁是吸能比最高的构件。本专利技术的防护结构设 计即基于改变外板和纵向骨材的结构形式来提高防护结构抗冲击性能的。船舶抗冲击防护结构设计原则为在保证结构总体重量变化不大的前提下，使防护 结构除内壳板外的其它结构通过有效的塑性变形吸收尽可能多的冲击能量，具体要满足如下要求(1) 外壳板应能够有效地将冲击载荷平稳地传递到尽可能大的范围内，以降低强 冲击载荷造成的局部损伤效应，充分发挥外壳板的吸能潜力；(2) 中间支撑结构应具有足够的刚度支撑外部板壳，避免出现由于结构失稳而造 成抵抗力下降，且不能由于刚度过大造成冲击载荷在有效削减之前传递到内壳板上；(3) 中间支撑结构应通过合理的结构形式设计，使其在传递剩余冲击载荷的过程 中，尽可能均匀地将载荷分摊到内壳板上，以减小对内壳板的冲击烈度，同时在一定程 度上发挥内壳板的吸能作用。本专利技术基于以上防护原理及设计原则所提出的防护结构，与传统船体外壳板架有 很大不同，代之以新型夹层板结构，且夹心采用抗冲击性能良好的薄壁半圆管，这样就 满足了结构总体重量限制的要求；中间支撑结构尤其是取代传统船体内壳板上纵向骨架 的梯形骨材结构，在冲击载荷作用下更容易发生变形来吸收能量。本专利技术的主要特点体现在(1) 利用薄壁圆管渐进动态屈曲特性，外部夹层板将冲击载荷有效地传递到周围 区域，大大地增加了外壳板结构塑性变形范围；(2) 中间支撑结构为外部夹层板提供有力的支撑，弥补了夹层板抵抗力不足的缺 陷；同时，此种结构形式设计诱导中间支撑结构在载荷传递的过程中发生更加有效的吸4能变形模式，吸收较多的能量；(3)由于梯形骨材的结构设计形式，载荷被更加均匀地传递到内壳板上，降低了 外部载荷冲击的烈度，从而达到了防护船舶重要舱室和人员设备的目的。相对于已有的防护结构，此专利技术具有以下特点-(1) 抗冲击性能好。由于该防护结构为基于夹层板与梯形纵向骨材的组合抗冲击 结构，具有两者优点的同时，弥补了各自的不足，综合抗冲击性能优越；(2) 结构总体重量轻。由于夹层板结构纵向薄壁半圆管的布置取代了传统外壳板 上的纵向骨材，同时内壳板上的纵骨由梯形纵向骨材取代， 一定程度上减轻了防护结构 的总体重量；(3) 制造工艺简单。夹层板中半圆管易于制造，且夹层板及梯形纵向骨材的使用 使得焊接工作量也大大减小，节省了工时，縮短了建造周期；(4) 易于拆修更换。由于夹层板-梯形纵向骨材组合结构相对独立，便于在造成 冲击破坏后的维修拆换工作，且工作量较小。(四) 附图说明图1是船用抗冲击防护结构横剖面图。图2是船用抗冲击防护结构A-A剖视图。图3是船用抗冲击防护结构B-B剖视图。图4夹层板组成结构图。图5梯形纵向骨材组成结构图。图6抗冲击防护结构的应用布置示意图。具体实施方式 下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述结合图1-图5。本专利技术的船用组合抗冲击防护结构的组成包括内壳板2、夹层板1， 连接于内壳板、夹层板之间的支撑结构；所述的夹层板是由夹层板内边板6、夹层板外 边板7和连接于夹层板内边板与夹层板外边板之间的半圆管夹芯8组成的；所述的支撑 结构包括固定在内壳板上的梯形纵向骨材3，固定在夹层板内边板上的横向骨架5，连 接于梯形纵向骨材与夹层板内边板之间的纵桁4。对于民船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，军船则还包 括战时来自鱼雷、水雷及反舰导弹等爆炸冲击波载荷。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结构设计是必要的。由于该专利技术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。 一般情形下，夹层板内外边板厚度总和在12 20ttim之间，且外边板厚度略大于内边板；薄壁半圆管厚度在4-6mm之间，半圆管的半径在400-450mm之间；梯形纵向骨材、纵桁及横向板材壁厚取7 12mm;內壳板厚度取10 16mm。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船用组合抗冲击防护结构，其组成包括内壳板、夹层板，连接于内壳板、夹层板之间的支撑结构；其特征是：所述的夹层板是由夹层板内边板、夹层板外边板和连接于夹层板内边板与夹层板外边板之间的半圆管夹芯组成的；所述的支撑结构包括固定在内壳板上的梯形纵向骨材，固定在夹层板内边板上的横向骨架，连接于梯形纵向骨材与夹层板内边板之间的纵桁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张阿漫，杨树涛，姚熊亮，郭绍静，戴绍仕，庞福振，王奂钧，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]