基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊裝置設(shè)計(jì)【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化</p><p>　　基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　1.選題的背景與意義</p><p>　　橋墩是水中新建的障礙物，橋位、橋型和凈寬選擇不當(dāng)時，船撞橋事故便會增加．正確地選擇橋位、橋型

2、和凈寬，采用足夠的海事設(shè)施和管理，提高海員素質(zhì)做到安全駕駛，便有可能大幅度減少船撞橋事故的發(fā)生．除了減少船撞橋事故的發(fā)生之外，在萬一發(fā)生船撞橋事故時，將損失減到最少，這就需要在橋墩設(shè)置柔性防撞裝置．[1][2]</p><p>　　橋墩柔性防撞的裝置和過程是橋墩的防撞裝置要柔軟，當(dāng)船萬一撞上橋墩時，防撞裝置稍為后退一點(diǎn)，同時給船頭一個側(cè)向力，撥開船頭，使船的動能大部分保留在船上；同時防撞裝置消耗掉一部分能量．消耗

3、掉的這部分能量是不對船作功的,如果它占的比例大，便減輕了對船的破壞．[1]</p><p>　　鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈是一種專門為防御船撞橋而研制出來的固體摩擦和變形耗能的元件，具有大的耗能比，眾多的耗能防撞圈外面再加上能夠使多圈同期作用的鋼圍，尖形的外鋼圍能夠滑開船頭，使大部分動能保留在船上而不參與交換，便可實(shí)現(xiàn)橋墩柔性防撞．</p><p>　　柔性防撞的物理意義[3]</p>

4、;<p>　　橋墩柔性防撞的物理意義是指初撞時反力小位移大、吸能大、反力作功?。渲谐踝矔r反力小位移大是容易實(shí)現(xiàn)的，用中空的管狀或圈狀的防撞元件便可以了，它的“力一位移”曲線(F-AL 曲線)的數(shù)學(xué)特征是凹曲線， 即二階導(dǎo)數(shù)大于零(Y >0)．但要同時吸能大，就不能用橡皮管、橡皮圈，因?yàn)橄鹌椥院谩⑽苌?，基本上沒有能量耗散．圖1(a)為橡膠廠給用戶提供的碰墊的“力一位移”曲線(只有上升段，而且是用靜載荷作出的)，&

5、lt;/p><p>　　凸曲線為鼓形碰墊，凹曲線為管形碰墊．可以看出中空的管狀或圈狀的防撞元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初撞時反力小位移大．圖1 )是筆者研制的鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈的“力．位移”曲線，包括吸能(上升段)和放能(下降段)兩個部分．</p><p>　　圖1 橡膠碰墊和耗能防撞圈的“力．位移”曲線</p><p>　　圖2是動態(tài)的“力．位移”曲線，圖中的曲線上升和下降段包絡(luò)的

6、面積代表消耗的能，圖2(a)是橡膠鼓形碰墊，可以看出橡膠元件消耗的能很少．</p><p>　　于是研究出鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈，其“力一位移”曲線見圖2(b)，它上升和下降段包絡(luò)的面積很大，能消耗70％~85％左右的能．回程曲線與橫坐標(biāo)包絡(luò)的面積代表回程時作用到船上的功．可以看出鼓形碰墊這部分比例很大；鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈與鼓形碰墊相反，回程作用到船上的功很少</p><p>　　圖2 動

7、態(tài)“力．位移”曲線(圍著的面積代表耗能)</p><p>　　從單個吸能圈到防撞裝置[4]~[7]</p><p>　　現(xiàn)在生產(chǎn)的鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈，大號的每個吸能10，000J~50，000J，</p><p>　　要成百上千個才能實(shí)現(xiàn)橋墩防撞，于是在防撞圈之外作一鋼圍，一方面將船撞上來的力及時分布到各個防撞圈，另一方面將船頭滑開．因此，這一外鋼圍必須強(qiáng)度大、剛

8、性好．圖3是一段外鋼圍連同4個和8個防撞圈組成的1：1分段的動態(tài)“力一位移”圖，4個圈的是單層，8個圈的是雙層．單層的后退400MM左右，雙層的后退800MM左右．說明4個圈在單層鋼圍的作用下得到聯(lián)動，雙層的分段在雙層鋼圍的作用下也得到聯(lián)動．</p><p>　　圖3 防撞裝置分段的“力一位移”圖(有外鋼圍)</p><p>　　充氣護(hù)舷的應(yīng)用[8]~[10]</p><

9、;p>　　隨著運(yùn)輸船舶日趨大型化，對海上靠泊安全性的關(guān)注也提高到一個新的高度。原先使用的壓縮型橡膠護(hù)舷已不能滿足高沖撞能量吸收的需要，于是充氣護(hù)舷應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　充氣護(hù)舷利用壓縮空氣作緩沖介質(zhì)。當(dāng)船舶沖撞擠壓時，它會柔和地變形，不僅吸收能量大，而且作用于船舶的反壓力很均勻，不會損傷船體及其涂層。所以它比起單純依靠壓縮彈性的橡膠護(hù)舷來說具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。[11][12]</p>&

10、lt;p><b>　　（1） 高吸收能量</b></p><p>　　吸收能量的大小是護(hù)舷器具的主要技術(shù)性能指標(biāo)。隨著船舶噸位的增長，靠泊作業(yè)時，船舶接觸岸壁或其它船只的沖撞能量也成倍地增長。巨大的沖撞能量必須依賴于護(hù)舷的充分變形及足夠的接觸面積來吸收。充氣護(hù)舷的壓縮變形量可達(dá)到60 以上，而且接觸面積隨著變形而迅速擴(kuò)大，其吸收能量的能力遠(yuǎn)較其它護(hù)舷大得多。</p>&l

11、t;p><b>　?。?） 超低反壓力</b></p><p>　　充氣護(hù)舷中充的是低壓氣體，在壓縮變形中內(nèi)壓的提高很有限。由于接觸面積大，作用于船體表面的單位壓力很低．每平方米只有120kN，與其它護(hù)舷器具相比較，就不是一般的低反壓力了。</p><p>　?。?） 傾斜接觸的適應(yīng)性好</p><p>　　對船舶來說，必須要有一定角度接

12、岸、接舷的可能性。充氣護(hù)舷對傾斜接觸來說，其適應(yīng)性要比其它護(hù)舷高得多。</p><p>　?。?） 浮于水面，船舶搖擺都能適用充氣護(hù)舷浮于水面，隨著海潮漲落相對于船舷的位置不會改變。尤其是船舶隨著海浪起伏搖擺時，圓筒形的充氣護(hù)舷隨著滾動，磨擦力很小。因而不會傷船體表面的涂層，而且還能起到減搖減振的作用。</p><p>　　我要研究的課題是基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊裝置設(shè)計(jì)。該

13、課題主要研究方向就是用圓柱橡膠密封氣墊來代替鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈。由于大型船舶的撞擊能量非常大，而充氣氣墊最大的特點(diǎn)就是可以吸收巨大的能量，同時對船舶的反壓力均勻。因此，圓柱橡膠密封氣墊在橋梁防撞裝置的設(shè)計(jì)中會有不錯的應(yīng)用前景。</p><p>　　2.研究的基本內(nèi)容和選題的意義</p><p><b>　　研究的基本內(nèi)容：</b></p><p&

14、gt;　　1. 收集、了解橋梁柔性耗能防撞裝置研究的最新進(jìn)展和成果。</p><p>　　2．了解各種現(xiàn)有橡膠護(hù)舷的原理及雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊的相關(guān)背景知識。</p><p>　　3．根據(jù)橡膠防撞圈所要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行圓柱橡膠密封氣墊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　4．雙箱體防撞裝置的整體安裝方案確定。以橋梁的實(shí)際尺寸為基礎(chǔ)確定整體方案。</p>&

15、lt;p>　　5. 用Pro/E等軟件設(shè)計(jì)裝配裝置的三維實(shí)體模型，完成二維裝配圖和主要部件工程圖。</p><p>　　完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份。</p><p><b>　　擬解決的主要問題：</b></p><p>　　圓柱橡膠密封氣墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　雙箱體防撞裝置的總體方案設(shè)計(jì)。</

16、p><p><b>　　建立三維實(shí)體模型。</b></p><p>　　3.研究的方法與技術(shù)路線</p><p><b>　　研究方法：</b></p><p>　　參考現(xiàn)有的雙箱體橋梁防撞裝置，分析其基本原理和橡膠防撞圈的工作原理。</p><p>　　分析目前橡膠護(hù)舷特別是充

17、氣橡膠護(hù)舷的工作特點(diǎn)。</p><p>　　將充氣橡膠護(hù)舷的優(yōu)點(diǎn)融入到橡膠防撞圈中，制定圓柱橡膠密封氣墊設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　技術(shù)路線：</b></p><p>　　根據(jù)所收集到的文獻(xiàn)資料，對比各種橋梁防撞的工作原理和技術(shù)參數(shù)，總結(jié)橋梁防撞裝置特別是雙箱體防撞裝置的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　分析雙箱體

18、防撞裝置中橡膠防裝權(quán)的工作原理和特點(diǎn)。</p><p>　　在原有橡膠防撞圈的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出圓柱橡膠密封氣墊的設(shè)計(jì)方案。通過各項(xiàng)參數(shù)對比，進(jìn)行可行性論證，并且分析后者相對與原有方案的優(yōu)勢。</p><p>　　4. 根據(jù)實(shí)際所需尺寸制定整體方案。</p><p>　　4.研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　1．收集有關(guān)文獻(xiàn)資料、完

19、成開題報(bào)告等（4周）； 2．分析橡膠護(hù)舷（墊）的原理及特點(diǎn)，制定獨(dú)特的圓柱橡膠密封氣墊設(shè)計(jì)方案（2周）； 3．完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建立三維實(shí)體模型。（3周）； 4．設(shè)計(jì)雙箱體裝置的裝配圖和主要零件的工程圖（3周）；</p><p>　　5．整理、撰寫畢業(yè)論文（2周）；</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳國

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22、t;<p>　　[8] 于 波. 充氣護(hù)舷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[A]. 船 舶.2010 (1)</p><p>　　[9] 李干華 ，王大展. 各種橡膠護(hù)舷防撞裝置在修船碼頭的應(yīng)用分析.</p><p><b>　　建造工藝.2007</b></p><p>　　[10] 孫菊香,朱珉虎. 充氣護(hù)舷—— 當(dāng)今世界流行的船舶防撞裝備[A

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25、cs of ships and fenders during berthing in a time domain. Ocean Engineering 33 (2006) 1919–1934</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化</p><p>　　基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞

26、擊裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：雙箱體結(jié)構(gòu)的防船撞擊裝置是一種新的橋墩防撞裝置，正在逐漸成為橋梁防撞裝置中的主流。本文綜述了目前國內(nèi)外橋梁防撞的發(fā)展?fàn)顩r以及充氣橡膠護(hù)舷（墊）的應(yīng)用。闡述了柔性耗能防撞裝置特別是雙箱體結(jié)構(gòu)防撞裝置的應(yīng)用和優(yōu)勢，分析了橡膠防撞圈在此類裝置中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ：柔性耗能；橋梁防撞；充氣橡膠護(hù)舷；雙箱體結(jié)構(gòu)</p>

27、<p>　　1.橋梁防撞發(fā)展現(xiàn)狀[1][2]</p><p>　　20世紀(jì)人類明確提出防災(zāi)減災(zāi)的要求，在聯(lián)合國已組成相應(yīng)機(jī)構(gòu)，國內(nèi)的研究結(jié)果明確提出橋墩防撞裝置應(yīng)滿足下列要求：</p><p>　　(1)防撞裝置能被橋梁、船舶運(yùn)輸和港航管理三方</p><p><b>　　面共同接受。</b></p><p&g

28、t;　　(2)應(yīng)少占地方，不礙航。</p><p>　　(3)應(yīng)適應(yīng)水位變化的要求：枯水、洪水；漲潮、退潮。</p><p>　　(4)吸能能力要大，但更重要的是將船的動能仍保留在船上，最新的辦法是防撞裝置將船頭撥歪，使船離開墩而不被鑲住，即不咬住船頭。</p><p>　　(5)撞后應(yīng)自行恢復(fù)，不需維修。</p><p>　　(6)該裝置應(yīng)

29、安裝、施工方便，成本低，便于橋梁方在建橋時同時建設(shè)，現(xiàn)在一般可做到只占橋梁建設(shè)費(fèi)用的5％左右。</p><p>　　(7)不因設(shè)置防撞裝置而增加新的問題，如回流沉積、妨礙捕撈養(yǎng)殖等。</p><p>　　歷史上使用過的防撞設(shè)施</p><p>　　80年代日本巖井·聰提出橋墩防護(hù)設(shè)施按設(shè)置地點(diǎn)(力的承受點(diǎn))可分為直接構(gòu)造和間接構(gòu)造兩大類，直接構(gòu)造指其直接設(shè)

30、置于橋墩上而言。每大類內(nèi)再按吸收船舶碰撞能量的方式分為彈性變形型、壓壞(彈塑性)變形型和變位(重力和阻力)型，其中有兩種可分為二型，故共8種型式如下表：</p><p>　　1991．年國際橋梁和結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(IABSE)將通常使用的橋墩保護(hù)結(jié)構(gòu)分為5類：</p><p><b>　　●防護(hù)板系統(tǒng)</b></p><p><b>　　

31、●支撐樁系統(tǒng)</b></p><p><b>　　●系纜樁系統(tǒng)</b></p><p><b>　　●人工島或暗礁保護(hù)</b></p><p><b>　　●浮動保護(hù)系統(tǒng)</b></p><p>　　按照橋、船和防撞設(shè)施三者損壞與不損壞來區(qū)分，可將防撞設(shè)施分為3類：

32、</p><p>　　●保護(hù)橋墩，防撞設(shè)施也不會撞壞。例如加大的承臺、拋石人工島等，它的剛性很大，不變形，因而也不吸收能量，撞上去的船必須吸收全部的碰撞動能，這樣對船損壞最大。</p><p>　　●保護(hù)橋墩的同時防撞設(shè)施會損壞。例如歐洲內(nèi)陸河流使用較多的木板圍欄、木樁圍欄、壓壞沉箱、浮動吸能結(jié)構(gòu)等。壓壞變形就是吸能過程，防撞設(shè)施吸收了一部分船的動能，船的壓壞變形便相應(yīng)少一些。</p

33、><p>　　●保護(hù)橋墩、保護(hù)船的同時防撞設(shè)施也不壞。例如1995年提出的三不壞吸能防撞裝置(以前有雛形)</p><p>　　2.雙箱體結(jié)構(gòu)柔性防撞裝置</p><p>　　2.1從兩不壞到三不壞的飛躍</p><p>　　最古老的橋墩防撞人工島，可以保護(hù)橋不壞，而且人工島也是撞不壞的，自古以來就是兩不壞。但船壞了總不是個事，北歐很早就用木板或

34、原木保護(hù)橋墩，由于木材易變形，以求保護(hù)橋的同時也保護(hù)船，這就是三不壞的思想，那時船較小(直到現(xiàn)在歐洲內(nèi)河仍有使用，木板、木樁也不需頻繁修、換。</p><p>　　巖井·聰 說的壓壞變形型，現(xiàn)在用得較多，它在船側(cè)撞墩時起較好的作用。如果防撞裝置和船體都變形，變形能由防撞裝置分擔(dān)了一部分，船的損壞輕了。但若船頭較小、較尖，撞上時鑲?cè)虽摻Y(jié)構(gòu)格子內(nèi)，全部的動能都由壓壞變形吸收；若船較大，防撞裝置的比例小，則需

35、由船體變形吸收大量的動能，船的破壞就大了。</p><p>　　三不壞的原理就是分析了撞來船的能量很大，但只要能將船頭撥開(不鑲住)，能量仍保留在船上而參加交換的能量就很小。要能撥開船頭必須防撞裝置后退，這樣就要求防撞系統(tǒng)的“力一變形”曲線是凹形的，即曲線的二次導(dǎo)數(shù)Y >o，這就是船撞上來時反力很小變形很大。</p><p>　　2.2 柔性防撞的物理意義[3]</p>

36、<p>　　橋墩柔性防撞的物理意義是指初撞時反力小位移大、吸能大、反力作功?。渲谐踝矔r反力小位移大是容易實(shí)現(xiàn)的，用中空的管狀或圈狀的防撞元件便可以了，它的“力一位移”曲線(F-AL 曲線)的數(shù)學(xué)特征是凹曲線， 即二階導(dǎo)數(shù)大于零(Y >0)．但要同時吸能大，就不能用橡皮管、橡皮圈，因?yàn)橄鹌椥院?、吸能少，基本上沒有能量耗散．圖1(a)為橡膠廠給用戶提供的碰墊的“力一位移”曲線(只有上升段，而且是用靜載荷作出的)，凸曲線

37、為鼓形碰墊，凹曲線為管形碰墊．可以看出中空的管狀或圈狀的防撞元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初撞時反力小位移大．圖1 )是筆者研制的鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈的“力．位移”曲線，包括吸能(上升段)和放能(下降段)兩個部分．</p><p>　　圖1 橡膠碰墊和耗能防撞圈的“力．位移”曲線</p><p>　　圖2是動態(tài)的“力．位移”曲線，圖中的曲線上升和下降段包絡(luò)的面積代表消耗的能，圖2(a)是橡膠鼓形碰墊，可以看

38、出橡膠元件消耗的能很少．</p><p>　　于是研究出鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈，其“力一位移”曲線見圖2(b)，它上升和下降段包絡(luò)的面積很大，能消耗70％~85％左右的能．回程曲線與橫坐標(biāo)包絡(luò)的面積代表回程時作用到船上的功．可以看出鼓形碰墊這部分比例很大；鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈與鼓形碰墊相反，回程作用到船上的功很少</p><p>　　圖2 動態(tài)“力．位移”曲線(圍著的面積代表耗能)</

39、p><p>　　2.3 從單個吸能圈到防撞裝置[4]~[7]</p><p>　　現(xiàn)在生產(chǎn)的鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈，大號的每個吸能10，000J~50，000J，要成百上千個才能實(shí)現(xiàn)橋墩防撞，于是在防撞圈之外作一鋼圍，一方面將船撞上來的力及時分布到各個防撞圈，另一方面將船頭滑開．因此，這一外鋼圍必須強(qiáng)度大、剛性好．圖3是一段外鋼圍連同4個和8個防撞圈組成的1：1分段的動態(tài)“力一位移”圖，4個圈的

40、是單層，8個圈的是雙層．單層的后退400MM左右，雙層的后退800MM左右．說明4個圈在單層鋼圍的作用下得到聯(lián)動，雙層的分段在雙層鋼圍的作用下也得到聯(lián)動．</p><p>　　圖3 防撞裝置分段的“力一位移”圖(有外鋼圍)</p><p>　　3.柔性耗能防撞裝置應(yīng)用實(shí)例[8]~[11]</p><p>　　橋梁的橋墩和其他水中柱樁防船撞的裝置從力學(xué)和吸能的角度可分

41、為：彈性防撞元件、彈塑性防撞元件和粘性防撞元件三種。上海民生路渡口裝設(shè)的兩船進(jìn)出航道當(dāng)中的分隔樁，樁外有較大的鋼圍，樁與鋼圍之間裝設(shè)橡膠管，這橡膠管就是彈性的防撞元件；上海奉浦大橋主航道兩邊橋墩承臺周圍裝設(shè)的鋼管浮式防撞裝置，其中的鋼管就是彈塑性的防撞元件；在這兩種元件的基礎(chǔ)上發(fā)展出粘性防撞元件，它可以有液態(tài)的、氣態(tài)的和固態(tài)的形式。湛江海灣大橋用的是固態(tài)的粘性防撞元件，是由鋼絲繩圈和橡膠復(fù)合制成的，它的性能有點(diǎn)像濕面團(tuán)，初受載時變形很大

42、，這就顯示了充分的柔性，卸載時曲線陡降，這樣上升下降回線包圍的面積很大，那么消耗掉的能量就很大，占到輸入功的60％以上，受沖擊后不立刻反彈。</p><p>　　湛江海灣大橋的防撞設(shè)施一個橋墩使用幾百個防撞圈(見圖2)，每個防撞圈消耗能量幾萬焦耳，外面用鋼圍使這幾百個圈同期作用，以對付幾萬噸的大船，在受撞之后實(shí)現(xiàn)船頭與防撞裝置表面的相對滑動，撥開船頭，使船的動能保留在船上而只有少部分參加交換。這樣就在世界上第一次

43、實(shí)現(xiàn)了對5萬噸船的柔性防撞，第一次建造出一個浮式的、能降低撞擊力的高耗能防撞裝置。</p><p><b>　　橋墩柔性防撞裝置圖</b></p><p>　　4.鼓型橡膠護(hù)舷應(yīng)用</p><p>　　傳統(tǒng)橡膠護(hù)舷[12]~[16]</p><p>　　M型橡膠護(hù)舷防撞裝置</p><p>　　菠

44、蘿廟船廠碼頭原配置M型橡膠護(hù)舷防撞裝置，現(xiàn)在碼頭從靠泊35 000 DWT船舶提升至76 000 DWT船舶，防撞裝置主體M型橡膠護(hù)舷能否滿足使用要求，通過驗(yàn)算船舶靠泊產(chǎn)生的撞擊力予以求證。</p><p><b>　　1) 船舶撞擊力</b></p><p>　　船舶撞擊力按76 000 DWT船舶控制。</p><p>　　船舶靠岸時的有效

45、撞擊能量按下式計(jì)算</p><p>　　E0=ρ／2×MVn ²</p><p>　　式中：E0——船舶的有效撞擊能量(kJ)</p><p>　　P— — 有效動量系數(shù)，取0．8</p><p>　　M——空載船舶質(zhì)量(t)，按76 000 DWT船舶計(jì)算M =16410t</p><p>　　V

46、n—— 船舶靠岸時的法向速度(m／s)，取0．08 m／s</p><p><b>　　E0=42.0KJ</b></p><p>　　從計(jì)算結(jié)果得知76 000 DWT船舶靠泊時產(chǎn)生的撞擊動能是42．0 kJ。</p><p>　　2)M型橡膠護(hù)舷力學(xué)性能</p><p>　　碼頭目前使用的是M型600H×1

47、 500L橡膠護(hù)舷，標(biāo)準(zhǔn)反力為R=637．5 kN，標(biāo)準(zhǔn)變形下吸能量為150 kJ， 能滿足76 000 DWT船舶靠泊的使用要求。</p><p>　　3)M型橡膠護(hù)舷的結(jié)構(gòu)</p><p>　　M型橡膠護(hù)舷屬拱型結(jié)構(gòu)見圖l，其頂部比較寬，頂部的中間還設(shè)有一個U型溝， 使護(hù)舷的頂部有較大的表面積， 當(dāng)船舶靠泊碼頭時，護(hù)舷施加船體的面壓較低，對船體有較好的保護(hù)。</p>&l

48、t;p>　　但是受到船舶的撞擊時，會產(chǎn)生較大的不規(guī)則的變形，容易與沖壓過來的船體發(fā)生局部貼服， 在較大的摩擦力作用下，受船的拉動被撕裂，出現(xiàn)早期破壞。M6OOH×1 500L橡膠護(hù)舷只需6根固定螺栓，所以安裝較方便。由于護(hù)舷本體重量達(dá)800 kg，連同安裝配件的總價(jià)格偏高。</p><p>　　5.充氣護(hù)舷的應(yīng)用[17]~[22]</p><p>　　隨著運(yùn)輸船舶日趨大型化

49、，對海上靠泊安全性的關(guān)注也提高到一個新的高度。原先使用的壓縮型橡膠護(hù)舷已不能滿足高沖撞能量吸收的需要，于是充氣護(hù)舷應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　充氣護(hù)舷利用壓縮空氣作緩沖介質(zhì)。當(dāng)船舶沖撞擠壓時，它會柔和地變形，不僅吸收能量大，而且作用于船舶的反壓力很均勻，不會損傷船體及其涂層。所以它比起單純依靠壓縮彈性的橡膠護(hù)舷來說具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　?。?） 高吸收能

50、量</b></p><p>　　吸收能量的大小是護(hù)舷器具的主要技術(shù)性能指標(biāo)。隨著船舶噸位的增長，靠泊作業(yè)時，船舶接觸岸壁或其它船只的沖撞能量也成倍地增長。巨大的沖撞能量必須依賴于護(hù)舷的充分變形及足夠的接觸面積來吸收。充氣護(hù)舷的壓縮變形量可達(dá)到60 以上，而且接觸面積隨著變形而迅速擴(kuò)大，其吸收能量的能力遠(yuǎn)較其它護(hù)舷大得多。</p><p><b>　　（2） 超低反壓力

51、</b></p><p>　　充氣護(hù)舷中充的是低壓氣體，在壓縮變形中內(nèi)壓的提高很有限。由于接觸面積大，作用于船體表面的單位壓力很低．每平方米只有120kN，與其它護(hù)舷器具相比較，就不是一般的低反壓力了。</p><p>　?。?） 傾斜接觸的適應(yīng)性好</p><p>　　對船舶來說，必須要有一定角度接岸、接舷的可能性。充氣護(hù)舷對傾斜接觸來說，其適應(yīng)性要比

52、其它護(hù)舷高得多。</p><p>　?。?） 浮于水面，船舶搖擺都能適用充氣護(hù)舷浮于水面，隨著海潮漲落相對于船舷的位置不會改變。尤其是船舶隨著海浪起伏搖擺時，圓筒形的充氣護(hù)舷隨著滾動，磨擦力很小。因而不會傷船體表面的涂層，而且還能起到減搖減振的作用。</p><p>　　6．結(jié)語[23][24]</p><p>　　鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈能達(dá)到柔性和高吸能；在眾多防撞

53、圈的外面包絡(luò)強(qiáng)的外鋼圍能使這些防撞圈達(dá)到高的受力同期性；外鋼圍尖形，能滑開船頭，使大部分動能保留在船上而不參與交換．實(shí)現(xiàn)了橋墩柔性防撞．</p><p>　　我要研究的課題是基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊裝置設(shè)計(jì)。該課題主要研究方向就是用圓柱橡膠密封氣墊來代替鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈。由于大型船舶的撞擊能量非常大，而充氣氣墊最大的特點(diǎn)就是可以吸收巨大的能量，同時對船舶的反壓力均勻。因此，圓柱橡膠密封氣墊在橋梁

54、防撞裝置的設(shè)計(jì)中會有不錯的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳國虞.防御船撞橋的新裝置及其機(jī)理研究[A]. 上海海洋鋼結(jié)構(gòu)研究所.2007</p><p>　　[2]陳國虞. 防御船撞橋的橋墩防撞裝置. 上海海洋鋼結(jié)構(gòu)研究所.2001</p><p>　　[3] 張巍 ，

55、嚴(yán)少波 ，張文明. 薄壁橋墩防撞浮箱的設(shè)計(jì)與仿真[A]. 世界橋梁.2007 (2)</p><p>　　[4] 于 波. 充氣護(hù)舷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[A]. 船 舶.2010 (1)</p><p>　　[5] 李干華 ，王大展. 各種橡膠護(hù)舷防撞裝置在修船碼頭的應(yīng)用分析.</p><p><b>　　建造工藝.2007</b></p>

56、;<p>　　[6] 孫菊香,朱珉虎. 充氣護(hù)舷—— 當(dāng)今世界流行的船舶防撞裝備[A]. 船 舶.2010 (4)</p><p>　　[7] 陳國虞 ，張政.“柔性耗能防撞”項(xiàng)目技術(shù)的沿革.城市道橋與防洪. 2008 (5)</p><p>　　[8] 陳國虞 ，張政. 柔性耗能防撞裝置中采用的新技術(shù). 城市道橋與防洪.2008(7)</p><p>

57、;　　[9] 岳磊 ，黃翔。浮箱式橋墩防撞設(shè)施設(shè)計(jì). 中 外公路.2009 (4)</p><p>　　[10] 陳國虞 ，張政權(quán). 柔性耗能防撞裝置的應(yīng)用. 城市道橋與防洪.2008(8)</p><p>　　[11] 張海濤 ，張 琪 ，李萬富. 大型橡膠護(hù)舷的研制[B]. 橡膠工業(yè).2004(51)</p><p>　　[12] 郭麗娜，唐長剛，周風(fēng)華 ，楊黎

58、明. 橋墩柔性防撞裝置的靜態(tài)等效彈性系數(shù)[A]. 寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版).2010(2)</p><p>　　[13] 夏 飛. 橋梁防撞系統(tǒng)的發(fā)展[A]. 中 國 水 運(yùn).2008(1)</p><p>　　[14]王克洪.橋梁主墩浮式柔性防撞護(hù)套[A]. 武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào).1994(6)</p><p>　　[15] 鄭明軍 ， 聶國權(quán) ， 程京平. 橡膠夾

59、層／復(fù)合材料粘結(jié)界面應(yīng)力應(yīng)變研究[A]. 石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào).2004(2)</p><p>　　[16] 楊永堅(jiān). 船舶撞擊橋梁研究及預(yù)防對策[A].硅谷.2008</p><p>　　[17] 陳國虞. 三個“橋墩防撞設(shè)計(jì)指南、規(guī)范”的對比研究. 城市道橋與防洪.2009(2)</p><p>　　[18] 孫菊香,朱珉虎. 我國浮式充氣靠球(護(hù)舷)研制開發(fā)與標(biāo)

60、準(zhǔn)制訂. 船艇工業(yè).2005(5)</p><p>　　[19]顧紅軍,趙國志.高聚物復(fù)合材料動力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究. 振動與沖擊.2003(2)</p><p>　　[20] Holger Svensson. Protection of bridge piers against ship collision.Steel Construction 2 (2009), No. 1</p&g

61、t;<p>　　[21]W.V. Mars , A. Fatemi. A literature survey on fatigue analysis approaches for rubber. International Journal of Fatigue 24 (2002) 949–961</p><p>　　[22] Yong Chena, , Z.P. Tongc, H.X. Huaa,

62、Y. Wangb and H.Y. Goua. Experimental investigation on the dynamic response of scaled ship model with rubber sandwich coatings subjected to underwater explosion . International Journal of Impact EngineeringVolume 36, Issu

63、e 2, February 2009, Pages 318-328</p><p>　　[23] Zhiyu Jiang, Mintong Gu. Optimization of a fender structure for the crashworthiness design. Materials and Design 31 (2010) 1085–1095</p><p>　　[24]

64、 Gokdeniz Neser_, Deniz Unsalan. Dynamics of ships and fenders during berthing in a time domain. Ocean Engineering 33 (2006) 1919–1934</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆

65、）</b></p><p>　　基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：橋是跨航道的重要通道，橋墩作為航道中的障礙物，由于自然和人為條件的多變，容易出現(xiàn)船撞橋墩的事故。雙箱體結(jié)構(gòu)的防船撞擊裝置是一種新的橋墩防撞裝置，隨著橋梁防撞裝置的不斷發(fā)展，它正在逐漸成

66、為橋梁防撞裝置中的主流設(shè)計(jì)。本文主要借鑒目前國內(nèi)比較成熟的充氣橡膠護(hù)舷技術(shù)，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用在橋梁防撞裝置中的圓柱橡膠密封氣墊，來替代橡膠鋼絲復(fù)合防撞圈。這種元件構(gòu)成的防撞裝置關(guān)鍵在于初撞時會后退，以此改變船的方向，使船的動能保留在碰撞后的船上。能量交換少了，三不壞防撞設(shè)施就容易實(shí)現(xiàn)了。它具有吸收能量大，碰撞反作用力小，傾斜接觸適應(yīng)能力好以及浮于水面等優(yōu)點(diǎn)。本文通過理論計(jì)算進(jìn)行了可行性分析和強(qiáng)度驗(yàn)算,然后運(yùn)用了ANSYS軟件對

67、設(shè)計(jì)的氣墊進(jìn)行了仿真受力試驗(yàn)，并且根據(jù)有限元分析的結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后在新型柔性耗能部件的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際設(shè)計(jì)了一種全新的雙箱體防船撞擊裝置。</p><p>　　關(guān)鍵詞：柔性耗能；橋梁防撞；圓柱橡膠氣墊；雙箱體結(jié)構(gòu)；有限元。</p><p>　　Abstract：Bridge is an important channel, pier is the obstacles ac

68、ross the channel. Because of natural and human condition changeable, it is prone to boat pier accidents. Double box structure anti ship collision device is a new bridge pier anti-collision device. With the continuous dev

69、elopment of bridge anti-collision device, it is gradually becoming the mainstream among bridge anti-collision device. This article mainly referenced the current domestic mature inflatable rubber fenders technology. </

70、p><p>　　Key words：Flexible energy；Bridge impact-proof；Cylindrical rubber cushions；Double enclosure structure；Finite element.</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要17<

71、;/b></p><p><b>　　目　錄19</b></p><p><b>　　1緒論22</b></p><p>　　1.1橋梁防撞系統(tǒng)22</p><p>　　1.1.1橋梁防撞發(fā)展現(xiàn)狀22</p><p>　　1.2船舶充氣護(hù)舷的應(yīng)用24&

72、lt;/p><p>　　1.2.1高吸收能量25</p><p>　　1.2.2超低反壓力25</p><p>　　1.2.3傾斜接觸的適應(yīng)性好25</p><p>　　1.2.4浮于水面25</p><p>　　1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的選題意義與研究內(nèi)容25</p><p>　

73、　1.3.1畢業(yè)論文選題意義25</p><p>　　1.3.2畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的工作26</p><p>　　2圓柱橡膠密封氣墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27</p><p>　　2.1橡膠材料選擇27</p><p>　　2.1.1外層橡膠材料27</p><p>　　2.1.2內(nèi)層橡膠材料28</p>

74、;<p>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29</p><p>　　2.2.1受壓結(jié)構(gòu)29</p><p>　　2.2.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)31</p><p>　　2.2.3圓柱氣墊與內(nèi)外鋼圍的連接32</p><p>　　2.3圓柱橡膠氣墊的生產(chǎn)工藝34</p><p>　　2.3.1成型工藝34

75、</p><p>　　2.3.2橡膠部件的粘結(jié)37</p><p>　　3圓柱橡膠氣墊和連接件的強(qiáng)度驗(yàn)算以及有限元分析38</p><p>　　3.1連接件強(qiáng)度驗(yàn)算38</p><p>　　3.2圓柱橡膠氣墊受拉力40</p><p>　　3.3圓柱橡膠氣墊結(jié)構(gòu)受壓41</p><

76、;p>　　3.3.1原始壓強(qiáng)作用下41</p><p>　　3.3.2工作壓強(qiáng)下41</p><p>　　3.4圓柱氣墊受拉時的有限元分析42</p><p>　　3.4.1建立模型并劃分網(wǎng)格42</p><p>　　3.4.2加載拉力43</p><p>　　3.4.3結(jié)果后處理44&l

77、t;/p><p>　　3.5圓柱氣墊受壓時的有限元分析46</p><p>　　3.5.1建立模型并劃分網(wǎng)格46</p><p>　　3.5.2加載壓力46</p><p>　　3.5.3結(jié)果后處理47</p><p>　　3.6結(jié)構(gòu)優(yōu)化49</p><p>　　4基于圓柱橡膠

78、密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防撞裝置的實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)51</p><p>　　4.1防撞裝置用途51</p><p>　　4.2象山港公路大橋概況51</p><p>　　4.3防撞裝置的工作原理及結(jié)構(gòu)特征52</p><p>　　4.3.1防撞裝置的特點(diǎn)52</p><p>　　4.3.2防撞裝置的結(jié)構(gòu)型式

79、52</p><p>　　4.4防撞裝置結(jié)構(gòu)53</p><p>　　4.4.1內(nèi)鋼圍（內(nèi)浮箱）53</p><p>　　4.4.2外鋼圍54</p><p>　　4.4.3立柱和拉索54</p><p>　　4.4.4舾裝件54</p><p>　　4.4.5防腐涂裝5

80、4</p><p>　　4.4.6減摩材料54</p><p>　　4.5防撞裝置的維修保養(yǎng)55</p><p>　　4.5.1內(nèi)、外鋼圍的長期防腐設(shè)計(jì)55</p><p>　　4.5.2裝置撞壞后的維修55</p><p>　　4.5.3防撞氣墊的維修55</p><p>

81、　　4.6防撞裝置主要材料及用量56</p><p>　　4.7適用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范56</p><p>　　5結(jié)論與展望57</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)58</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄61</b&

82、gt;</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　橋梁防撞系統(tǒng)</b></p><p>　　橋是跨航道的重要通道，橋墩是航道中的障礙物，由于自然和人為條件的多變，容易出現(xiàn)船撞橋墩的事故。歷史上有大承臺、人工島等行之有效的防撞設(shè)施，長期保護(hù)了橋；后來出現(xiàn)木柵、鋼鏈和浮舟等設(shè)施，希望除了保護(hù)橋之外也

83、保護(hù)船，但這些設(shè)施比較易壞。隨著人們進(jìn)一步要求橋、船和防撞設(shè)施三者都不壞(簡稱三不壞)，于是就出現(xiàn)了會后退的外剛內(nèi)柔的三不壞防撞裝置。從分析防撞要求人手，得出理想的防撞“力一位移”曲線的型式，制造出這種型式的元件。這種元件構(gòu)成的防撞裝置關(guān)鍵在于初撞時會后退，從而改變船的方向，使船的動能保留在碰撞后的船上。交換的能量少了，三不壞防撞設(shè)施就易于實(shí)現(xiàn)了。[1]</p><p><b>　　橋梁防撞發(fā)展現(xiàn)狀&l

84、t;/b></p><p>　　上世紀(jì)人類明確提出防災(zāi)減災(zāi)的要求，并且在聯(lián)合國已組成相應(yīng)機(jī)構(gòu)，國內(nèi)的研究結(jié)果也明確提出橋墩防撞裝置應(yīng)該滿足以下要求[2,3]：</p><p>　　(1)防撞裝置能被橋梁、船舶運(yùn)輸和港航管理三方面共同接受。</p><p>　　(2)應(yīng)盡量少占地方，不礙航。</p><p>　　(3)能應(yīng)適應(yīng)水位變化的要

85、求：枯水、洪水；漲潮、退潮。</p><p>　　(4)吸收能量的能能力要大，而且要可以將船的動能仍保留在船上。</p><p>　　(5)撞后應(yīng)可以自行恢復(fù)，不需維修。</p><p>　　(6)該裝置應(yīng)安裝、施工方便，成本低，便于橋梁方在建橋時同時建設(shè)，現(xiàn)在一般可做到只占橋梁建設(shè)費(fèi)用的5％左右。</p><p>　　(7)不因設(shè)置防撞裝置

86、而增加新的問題，如回流沉積、妨礙捕撈養(yǎng)殖等。</p><p>　　雙箱體結(jié)構(gòu)柔性防撞裝置[5,6,7]</p><p>　　1.從兩不壞到三不壞的飛躍</p><p>　　最古老的橋墩防撞人工島，可以保護(hù)橋不壞，而且人工島也是撞不壞的，自古以來就是兩不壞。但船壞了總不是個事，北歐很早就用木板或原木保護(hù)橋墩，由于木材易變形，以求保護(hù)橋的同時也保護(hù)船，這就是三不壞的思想

87、，那時船較小(直到現(xiàn)在歐洲內(nèi)河仍有使用，木板、木樁也不需頻繁修、換。</p><p>　　三不壞的原理就是分析了撞來船的能量很大，但只要能將船頭撥開(不鑲住)，能量仍保留在船上而參加交換的能量就很小。要能撥開船頭必須防撞裝置后退，這樣就要求防撞系統(tǒng)的“力一變形”曲線是凹形的，即曲線的二次導(dǎo)數(shù)Y >o，這就是船撞上來時反力很小變形很大。</p><p>　　2.柔性防撞的物理意義[8]

88、</p><p>　　橋墩柔性防撞的物理意義是指初撞時反力小位移大、吸能大、反力作功小．其中初撞時反力小位移大是容易實(shí)現(xiàn)的，用中空的管狀或圈狀的防撞元件便可以了，它的“力一位移”曲線(F-AL 曲線)的數(shù)學(xué)特征是凹曲線， 即二階導(dǎo)數(shù)大于零(Y >0)．但要同時吸能大，就不能用橡皮管、橡皮圈，因?yàn)橄鹌椥院谩⑽苌?，基本上沒有能量耗散．圖1(a)為橡膠廠給用戶提供的碰墊的“力一位移”曲線[9](只有上升段，而

89、且是用靜載荷作出的)，凸曲線為鼓形碰墊，凹曲線為管形碰墊．可以看出中空的管狀或圈狀的防撞元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初撞時反力小位移大．圖1-1 )是鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈的“力．位移”曲線，包括吸能(上升段)和放能(下降段)兩個部分．</p><p>　　圖1-1 橡膠碰墊和耗能防撞圈的“力．位移”曲線</p><p>　　圖1-2是動態(tài)的“力位移”曲線[10]，圖中的曲線上升和下降段包絡(luò)的面積代表消耗的

90、能，圖2(a)是橡膠鼓形碰墊，可以看出橡膠元件消耗的能很少．</p><p>　　于是研究出鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈，其“力一位移”曲線見圖2(b)，它上升和下降段包絡(luò)的面積很大，能消耗70％至85％左右的能[11]．回程曲線與橫坐標(biāo)包絡(luò)的面積代表回程時作用到船上的功．可以看出鼓形碰墊這部分比例很大；鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈與鼓形碰墊相反，回程作用到船上的功很少</p><p>　　圖1-2 動態(tài)

91、“力．位移”曲線(圍著的面積代表耗能)</p><p>　　3.從單個吸能圈到防撞裝置</p><p>　　現(xiàn)在生產(chǎn)的鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈，大號（外徑800mm）的每個吸能10000J到50000J[12]，要成百上千個才能實(shí)現(xiàn)橋墩防撞，于是在防撞圈之外作一鋼圍，一方面將船撞上來的力及時分布到各個防撞圈，另一方面將船頭滑開．因此，這一外鋼圍必須強(qiáng)度大、剛性好．圖1-3是一段外鋼圍連同4個和

92、8個防撞圈組成的1：1分段的動態(tài)“力一位移”圖[13]，4個圈的是單層，8個圈的是雙層．單層的后退400MM左右，雙層的后退800MM左右．說明4個圈在單層鋼圍的作用下得到聯(lián)動，雙層的分段在雙層鋼圍的作用下也得到聯(lián)動．</p><p>　　圖1-3 防撞裝置分段的“力一位移”圖(有外鋼圍)</p><p><b>　　船舶充氣護(hù)舷的應(yīng)用</b></p>

93、<p>　　隨著運(yùn)輸船舶日趨大型化，對海上靠泊安全性的關(guān)注也提高到一個新的高度。原先使用的壓縮型橡膠護(hù)舷[14]已不能滿足高沖撞能量吸收的需要，于是充氣護(hù)舷[15]應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　充氣護(hù)舷利用壓縮空氣作緩沖介質(zhì)。當(dāng)船舶沖撞擠壓時，它會柔和地變形，不僅吸收能量大，而且作用于船舶的反壓力很均勻，不會損傷船體及其涂層。所以它比起單純依靠壓縮彈性的橡膠護(hù)舷來說具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。</p>

94、<p><b>　　高吸收能量</b></p><p>　　吸收能量[16]的大小是護(hù)舷器具的主要技術(shù)性能指標(biāo)。隨著船舶噸位的增長，靠泊作業(yè)時，船舶接觸岸壁或其它船只的沖撞能量也成倍地增長。巨大的沖撞能量必須依賴于護(hù)舷的充分變形及足夠的接觸面積來吸收。充氣護(hù)舷的壓縮變形量可達(dá)到60 以上，而且接觸面積隨著變形而迅速擴(kuò)大，其吸收能量的能力遠(yuǎn)較其它護(hù)舷大得多。</p>

95、<p><b>　　超低反壓力</b></p><p>　　充氣護(hù)舷中充的是低壓氣體，在壓縮變形中內(nèi)壓的提高很有限。由于接觸面積大，作用于船體表面的單位壓力很低．每平方米只有120kN[17]，與其它護(hù)舷器具相比較，就不是一般的低反壓力了。</p><p><b>　　傾斜接觸的適應(yīng)性好</b></p><p>

96、;　　對船舶來說，必須要有一定角度接岸、接舷的可能性。充氣護(hù)舷對傾斜接觸來說，其適應(yīng)性要比其它護(hù)舷高得多。</p><p><b>　　浮于水面</b></p><p>　　船舶搖擺都能適用充氣護(hù)舷浮于水面，隨著海潮漲落相對于船舷的位置不會改變。尤其是船舶隨著海浪起伏搖擺時，圓筒形的充氣護(hù)舷隨著滾動，磨擦力很小。因而不會</p><p>　　損

97、傷船體表面的涂層，而且還能起到減搖減振的作用。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的選題意義與研究內(nèi)容</p><p><b>　　畢業(yè)論文選題意義</b></p><p>　　雙箱體柔性防撞設(shè)施一個過渡橋墩使用數(shù)十個防撞圈，每個防撞圈消耗能量幾萬焦耳，外面用鋼圍使這幾十個圈同期作用，以對付幾萬噸的大船，在受撞之后實(shí)現(xiàn)船頭與防撞裝置表面的相對

98、滑動，撥開船頭，使船的動能保留在船上而只有少部分參加交換。這樣就實(shí)現(xiàn)了對5萬噸船的柔性防撞，建造出一個浮式的、能降低撞擊力的高耗能防撞裝置。</p><p>　　我研究的課題是基于圓柱橡膠密封氣墊雙箱體結(jié)構(gòu)防船撞擊裝置設(shè)計(jì)。該課題主要研究方向就是用圓柱橡膠密封氣墊來代替鋼絲繩復(fù)合耗能防撞圈。由于大型船舶的撞擊能量非常大，而充氣氣墊最大的特點(diǎn)就是可以吸收巨大的能量，同時對船舶的反壓力均勻。因此，圓柱橡膠密封氣墊在橋

99、梁防撞裝置的設(shè)計(jì)中會有不錯的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的工作</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是圓柱橡膠密封氣墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探索研究和雙箱體防撞結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)裝配，具體內(nèi)容如下：</p><p>　　1.分析橡膠護(hù)舷（墊）的原理及特點(diǎn)，制定獨(dú)特的圓柱橡膠密封氣墊設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　

100、2.完成圓柱橡膠密封氣墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建立三維實(shí)體模型。</p><p>　　3.Ansys有限元對建立圓柱橡膠密封氣墊結(jié)構(gòu)分析模型。</p><p>　　4.用有限元分析對圓柱橡膠密封氣墊結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　5.完成圓柱橡膠密封氣墊雙箱體裝置的典型應(yīng)用設(shè)計(jì)。</p><p>　　6.采用pro/E等軟件設(shè)計(jì)裝配裝置的三維實(shí)體

101、模型，完成二維裝配圖和主要部件工程圖。 </p><p>　　圓柱橡膠密封氣墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　橡膠材料選擇</b></p><p>　　橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料。在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。橡膠屬于完全無定型聚合物，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）低，分子量往往很大，大于

102、幾十萬[18,19]。 </p><p><b>　　外層橡膠材料</b></p><p>　　由于雙箱體柔性防撞裝置屬于浮式防護(hù)結(jié)構(gòu)，因此其二分之一體上的體積長期沉浸在海水中。常年的海水浸泡很容易對橡膠產(chǎn)生腐蝕，而且橡膠的老化對整個氣墊結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生很大的危害。橡膠老化會發(fā)生龜裂、硬化等現(xiàn)象，使得氣墊破裂，失去作用。綜合這些情況，可以列出圓柱氣墊外層材料需具備的要素

103、：第一，抗腐蝕能力強(qiáng)；第二，耐老化性好；第三，彈性好耐磨性強(qiáng)；第四，抗撕裂能力好[20,21]。</p><p>　　根據(jù)這些要素，在2.1.1所述的常用橡膠材料中，選擇使用順丁橡膠（BR）和天然橡膠（NR）混合使用。</p><p>　　下面簡要介紹一下兩種橡膠的特性[22]：</p><p>　?。?）順丁橡膠的性能由于順丁橡膠的分子結(jié)構(gòu)主要是順式1，4-結(jié)構(gòu)，

104、分子排列規(guī)整，所以其彈性比天然橡膠還好。順丁橡膠的玻璃化溫度Tg=－105℃，故它的低溫物理性能很好，耐寒溫度低于－55℃。彈性是通用橡膠中最好的一種。</p><p>　　特點(diǎn):耐熱性與天然橡膠相同，都為120℃，但耐熱老化性能卻優(yōu)于天然橡膠。拉伸強(qiáng)度比天然橡膠、丁苯橡膠都低，因此必須加入炭黑等補(bǔ)強(qiáng)劑。撕裂強(qiáng)度也比天然橡膠低，抗?jié)窕阅懿缓茫糜谳喬ヌッ?、鞋底時，在濕路上易打滑。順丁橡膠的耐磨性優(yōu)異，滯后損失小

105、，生熱低，這對制品在多次變形下的生熱和永久變形的降低都十分有利。</p><p>　　應(yīng)用:主要用于制造輪胎，還可用于制造耐磨制品（如膠鞋、膠輥）、耐寒制品和防震制品，可作為塑料的改性劑。順丁橡膠可與多種橡膠并用。制造乘用汽車輪時，可與丁苯橡膠并用，并用量為35%～50%。制造載重汽車輪胎胎面時，常與天然橡膠并用，并用量為25%～50%。用于重型越野汽車輪胎胎面時，天然橡膠75份，順丁橡膠25份較好。用于膠布時，

106、一般與丁苯橡膠并用，并用量為15%～30%。用于制造輪胎胎側(cè)時可與氯丁橡膠并用，以提高耐低溫性能。順丁橡膠也可與氯磺化聚乙烯并用。</p><p>　?。?）天然橡膠是從天然產(chǎn)膠植物中制取的橡膠。市面售的天然橡膠主要是由三葉橡膠樹的乳膠制得。天然橡膠是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n，其成分中91％～94％是橡膠烴（聚異戊二烯），其余為蛋白質(zhì)、脂肪酸、灰分、糖類等非橡膠物質(zhì)。天

107、然橡膠是應(yīng)用最廣的通用橡膠。</p><p>　　天然橡膠按制造工藝和外形的不同，分為煙片膠、顆粒膠、縐片膠和乳膠等。但市場上以煙片膠和顆粒膠為主。</p><p><b>　　特點(diǎn)是：</b></p><p>　?、倬哂休^高的門尼粘度（膠料在模腔內(nèi)對粘度計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的剪切阻力），在存放過程中增硬，低溫存放時容易結(jié)晶，在－70℃左右時變成脆

108、性物質(zhì)。</p><p>　?、跓o一定熔點(diǎn)，加熱到130～140℃完全軟化，200℃左右開始分解。</p><p>　?、劬哂懈邚椥?，彈性模量約為3～6MPa，彈性伸長率可達(dá)1000％。</p><p>　　④加工性能好，易于同填料及配合劑混合，而且可與多數(shù)合成橡膠并用。</p><p>　?、轂榉菢O性橡膠，在非極性溶劑中膨脹，故耐油、耐溶劑

109、性差。</p><p>　?、抟蚝罅坎伙柡碗p鍵，化學(xué)活性高，易于交聯(lián)和氧化，耐老化性差。</p><p>　　應(yīng)用:于輪胎、膠帶、膠管，電線電纜和多數(shù)橡膠制品，是應(yīng)用最廣的橡膠</p><p>　　根據(jù)兩種橡膠的特點(diǎn)，初步確定用75%的天然橡膠和25%的順丁橡膠混合制成圓柱氣墊的外層材料。</p><p><b>　　內(nèi)層橡膠材料

110、</b></p><p>　　內(nèi)層橡膠材料所需的要素是：第一，氣密性好；第二，抗老化性好.</p><p>　　根據(jù)這些要素，在常用的橡膠材料中，選用丁基橡膠（IIR）。其特性是[23]：丁基橡膠是合成橡膠的一種，由異丁烯和少量異戊二烯合成。制成品不易漏氣，一般用來制造汽車、飛機(jī)輪子的內(nèi)胎。丁基橡膠是異丁烯和異戊二烯的共聚物，它在1943年投入工業(yè)生產(chǎn)。丁基橡膠的最大優(yōu)點(diǎn)是氣密

111、性好。它還能耐熱、耐臭氧、耐老化、耐化學(xué)藥品，并有吸震、電絕緣性能。缺點(diǎn)是硫化慢，加工性能較差。</p><p>　　主要用途有制作各種輪胎的內(nèi)胎、無內(nèi)胎輪胎的氣密層、各種密封墊圈，在化學(xué)工業(yè)中作盛放腐蝕性液體容器的襯里、管道和輸送帶，農(nóng)業(yè)上用作防水材料。</p><p><b>　　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圓柱橡膠氣墊在工作

112、時主要承受的是壓力和拉力，根據(jù)工程實(shí)際狀況，預(yù)設(shè)每個圓柱橡膠氣墊在碰撞時受到1MN的正壓力或1MN的正拉力。</p><p>　　當(dāng)船舶以一定速度撞擊防護(hù)裝置時，碰撞的能量通過外層鋼圍均勻的分散到了每個橡膠氣墊上，圖2-1所示。碰撞產(chǎn)生的沖擊能量大部分由受壓的圓柱氣墊吸收[24]。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>

113、<b>　　受壓結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　萬噸級的船舶撞擊防撞裝置時，將會產(chǎn)生巨大的沖擊力。在這種情況下，初撞時反力小位移大、吸能大、反力作功小的柔性防撞是目前工程設(shè)計(jì)的首選方案。</p><p>　　當(dāng)前所用的防撞圈是橡膠與鋼絲的復(fù)合才材料，這種材料在實(shí)際中吸收能量并不理想，而且在一次碰撞中鋼絲容易發(fā)生塑性變形失效。其重復(fù)使用率較低，經(jīng)濟(jì)性差。因此本次設(shè)計(jì)選

114、用了一種全新的柔性防撞方案，充氣式圓柱橡膠氣墊。</p><p>　　充氣護(hù)舷目前在船舶停靠等方面使用已經(jīng)越來與而廣泛，圖2-2，在實(shí)際運(yùn)用中顯示出了其優(yōu)良的特性：高能量吸收，低反壓力，良好的傾斜接觸適應(yīng)性等等。這些特性都十分符合柔性防撞的要求。</p><p>　　圖2-2船用充氣護(hù)舷</p><p>　　根據(jù)雙箱體防撞裝置的要求，初步設(shè)計(jì)氣墊為一個外直徑1200