船舶工程技术论文范文
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船舶工程技术论文范文篇一
船舶工程中的力学问题
【摘 要】本文主要分析了船舶工程中的力学问题，通过探讨其中的力学理论，进一步分析了船舶工程中需要关注的力学要点，以期可以为船舶工程的建造提供参考。
【关键词】船舶工程;力学问题
中图分类号：F407文献标识码： A
一、前言
在船舶工程的建造中，有很多需要关注的问题，其中，船舶工程建造的力学问题就是一个关键问题，所以，分析船舶工程的力学理论和要点非常有必要，这是提高船舶建造水平的重点。
二、工程力学的发展
1、工程力学的特点
工程力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。工程力学着重于分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助于新的实验。
工程力学注重从微观到宏观，以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而工程力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是工程力学建立的主导思想和根本目的。
虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。工程力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。
2、研究内容和方向
工程力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。工程力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象;稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等;固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。
工程力学研究方向主要有：非线性力学与工程、工程稳定性分析及控制技术、应力与变形测量理论和破坏检测技术、数值分析方法与工程应用、工程材料物理力学性质、工程动力学与爆破。
三、船舶工程中的主要力学问题
1、船舶的稳定性
当船的水面线以下部分产生的浮力等于船(及载物)之重量时，船将浮于水面。对船舶首要的要求是它能浮于水面而且在风浪作用下不倾倒和进水，也就是对船提出了稳定性的要求。船舶的倾斜(或倾倒)分侧倾和纵倾两种，其分析方法是一样的。以侧倾为例，当侧向风浪使得船受到一侧倾力矩的作用而使船有侧倾趋势时，例如产生了一个倾角沪，这时候浮力中心位置会朝倾倒的一方偏移，因而浮力与重力作用线之间有了一段距离拭树，称创司为稳定性力臂。
当稳心高于重心且浮力与拭司的乘积构成的恢复力矩大于倾倒力矩时，就是稳定的;否则就是不稳定的，会使船倾倒。船舶的稳定性分析就是要分析浮心与稳心随着倾角的变化而变化的稳定性力臂曲线，分析什么倾角会引起倾倒以及设计船型时如何尽量增大允许的倾角。
2、船舶的推进和阻力分析
提高船舶航行的速度和操纵的灵活性，是船舶设计尤其是军用船艇追求的目标。船舶的推力来自船的推进器给水施加作用力从而获得水的反作用力。目前较先进的推进器是由柴油机(或由核能带动的动力)带动的水下轴流式螺旋桨(比桨槽与明轮先进)，因为螺旋浆的阻力最小，效率最高。船舶的推力最大值是一定的，当速度提高时，阻力也不断提高，直到阻力达到推力值时，速度再也提高不上去，因此任何一艘船都有极限速度。如航母等排水型船航速25-30节(注：1节=1nmile/h)，滑行艇(如导弹快艇等)30-50节，水翼艇40、70节，气垫船40-140节，地效翼艇40-300节。船舶的阻力是制约速度提高的主要原因，阻力来自水阻和气阻，水阻主要是旋涡分离阻力、摩擦阻力和兴波阻力。旋涡分离阻力是由于高速行驶的船舶尾部涡旋与船尾分离以及推进螺旋桨尾端空化而造成的前后压力差产生的。这种阻力只在高速和赫性流体中才存在。
3、船舶与海洋结构物在波流作用下的水动力学问题
此类问题的研究目标是分析船舶与海洋结构在波浪与海流昨用下的响应和安全性问题。研究内容包括以下几个方面：
(1)波浪理论
为了估计作用于结构物的波浪力(力矩)的载荷，主要采用正弦波理论和斯托克斯有限振幅波理论。前者计算简单，可应用于谱分析计算;后者考虑了波浪的非线性，主要应用于设计波法计算。
(2)水动力和运动方程的研究
水动力问题主要研究结构整体或局部构件在波浪等载荷作用下，由于加速度引起的惯性力、惯性力矩，由于运动引起的阻尼力、阻尼力矩以及与位移有关的恢复力、恢复力矩;波浪力和力矩;海流作用力和力矩。主要用于建立准确的水弹性运动方程。
(3)结构物的运动
主要是指船体和浮式结构物在浪、流作用下的三种运动(垂振、纵摇和横摇)以及与波高平方成正比的二阶力造成的结构物的长周期运动。
(4)在生存条件下结构物的安全性
除了上面讲到的船体稳定性外，尚有结构的耐波性、抗振动和抗疲劳破坏等性能。
对于以上问题的研究方法大致分为分析法、计算法、实验法3种。分析法有设计波法、设计谱法、非线性时域分析法和随机线性响应法，用来探讨结构物在波浪中的性能。设计波法是用假想的等效规则波(如上文提到的正弦波)代替实际不规则的波，只要保证基波周期和振幅一致即可。设计谱法是采用谱分析的方法，从长期海浪统计资料中求出最大波的有效波高与周期来确定设计谱，再求出结构的响应谱进而确定响应的极值。时域分析法是通过系统的脉冲响应函数和输入的时间历程求输出时间历程。随机线性响应法基于线性叠加原理和概率统计原理。它是一种非确定性方法，关键是要建立准确的长期统计的波浪资料或样本。计算法主要是指有限元法求水动力和运动响应或结构的响应。实验法分构件实验、模型实验和实体实验。
四、船舶力学计算步骤简析
为保证结构强度分析的结果的准确以及结果的安全可靠，结构强度力学分析必须有严格的分析过程。通过结合自身对各种情况的直接计算经验以及参照通用力学分析计算过程，直接计算法力学分析步骤可归纳为如下内容：
1、分析结构情况或用途。必须首先明确结构的实际结构情况或者其用途，包括结构所处的区域，结构的参数及样式等，为后续的模型简化及材料属性定义做准备;
2、分析结构受力情况。分析受力区域结构的受力情况或者根据结构的用途来分析结构的受力，同时对其受力参数如受力大小，力臂长度等数据采集备用;
3、建立并简化受力模型。这是最重要的步骤，根据受力结构自身机构的实际情况，根据安全系数偏大的原则，简化成的受力分析较简单的一般力学模型，如简支梁，悬臂梁，固支梁等;
4、加载受力并求出结构的剪力图及弯矩图。此为正式计算分析过程，根据受力的情况以及简化后的力学模型对结构进行计算，计算结果梁的剪力图及弯矩图，并对其中的峰值进行计算，得出结果备用;
5、对危险截面进行强度校核。通过弯矩及剪力图，找出弯矩及剪力图的突变截面，运用一般的材料力学方法对该区域的拉、压应力以及剪切应力进行计算，再根据强度理论和一定安全系数进行结构强度判断;
6、确定合适的截面或采取适当加强措施。根据上步的判断结果，确定该结构是否符合结构强度要求，对于不满足的要采取一定的加强措施或或者改变结构自身属性;
7、重新校核或确定方案。对不符合强度要求的结构加强或者改变结构自身属性后，重新按此程序进行强度校核计算。对于满足强度要求的，计算过程结束。
五、结束语
综上所述，要想进一步提高船舶工程力学的科学性，一定要首先探讨力学的相关原理和建造过程中的合理利用问题。同时，采取合理的措施，科学使用力学原理，提高船舶建造的质量。
【参考文献】
[1]刘建峰 王旭东 周宏.基于Delphi的非均匀B样条曲线在船舶工程中的应用[J].华东船舶工业学院学报.2011(02).36
[2]任南 刘建一 史恭波.船舶工程分解结构表达研究[J].造船技术.2009(03).69
[3]黄凯旋.船舶工程虚拟现实应用平台建设及研究[J].微型机与应用.2010(07).25
船舶工程技术论文范文篇二
内河船舶的涂装工程
摘 要：船舶涂装是船舶建造过程中的一个重要内容，不仅可以美化船舶，还可以对船舶起到防腐保护作用，延长船舶使用寿命，但是一些小型民营船厂对船舶涂装认识不够，甚至不能用正确的方法来涂装船舶和检测涂装质量，本文对船舶涂装的意义、方法及涂装检测进行简要的叙述。
关键词：船舶涂装 预处理 二次除锈 质量要求
船舶作为航行于水面的建筑物，其船体结构是由成型钢板和型材组成，由于其工作性质和运行特点，容易产生电化学腐蚀(如大气腐蚀、水腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀等)，增加了船舶的维护保养成本，且影响着船舶的使用年限。因此，船舶的涂装就显得尤为重要。
船舶钢材、型材的预处理
船舶局部的预涂
当前内河船舶的建造主要采用整体建造法，造成船体底部楞木的位置在船体完工后无法进行涂装，这就需要在铺设船底板前根据《楞木位置图》对这些位置进行预涂到位，预涂部位的涂料的配套方案和膜厚参照《油漆明细表》对船底部位的要求严格执行。预涂的范围应稍大于船底板与楞木接触的面积。
船舶的二次除锈
船体建造完工后，由于焊接、切割、机械碰损或自然原因等诸多因素的影响，导致钢材、型材的表面重新锈蚀，这就需要对这些部位重新进行除锈处理，称之为“二次除锈”。 二次除锈通常采用喷射磨料(喷丸或喷砂)处理和动力工具打磨处理两种方式，考虑到目前船厂场地和设备能力所限以及环境污染的因素，建议采用动力工具打磨处理更为实际。动力打磨工具主要有直柄砂轮机和平面砂磨机两种。对于焊缝修磨、自由边的倒角、流水孔、通焊孔以及狭小空间内的构件可采用直柄砂轮机进行处理。对于一些大平面的部位采用平面砂磨机进行处理更为有效。原则上对焊缝区、烧损区、自然锈蚀区等部位的打磨处理应向外围延伸30～50mm范围。另外为保证后续涂层具有良好的附着力，对于车间底漆完好的区域也应进行必要的打毛处理，以去除车间底漆表面的白锈(指含锌车间底漆而言)。
船舶的二次除锈的等级根据船体部位和所使用底漆的不同而要求不同，就目前内河船舶而言，结合涂料的配套方案，通常情况下，船体外板、主甲板、货舱、淡水舱、压载水舱、锚链舱、上建(或甲板室)外表面应达到GB-St3的标准，其他部位如舷舱、隔离空舱、储物舱、机舱、舵机舱、艏尖舱等应达到GB-St2的标准。对于燃油舱可不作处理。
船舶涂装前的表面清理
船舶在二次除锈以后，进行正式涂装作业之前，为了保证涂料与被涂表面之间的附着力，应该对被涂表面进行清理。表面清理的主要内容为：除水、除油、除尘、除垢以及除去其他杂物。其具体要求如下：
除水：可采用棉布擦除，或采用经过去油和去水处理的压缩空气吹干，以肉眼看不见痕迹为准。
除油：可采用蘸有溶剂的棉布擦除，允许痕迹存在。
除尘：可采用毛刷刷除或采用经过去油和去水处理的压缩空气吹净，允许痕迹存在。
船舶涂装前的准备
内河船舶由于其被涂表面积大、结构复杂、使用的涂料品种繁多，且在室外作业环境变化大的特点，为了获取质量良好的涂层，对船舶的各部位进行有效的保护，这就需要在进行涂装作业前作好充分的准备。
涂料开罐前认真核对涂料的品种、牌号、颜色、保质期、使用的间隔期等内容。
涂料由于长期堆放，容易沉底，在使用前应进行充分的搅拌，直到整罐涂料上下粘度均匀。根据需要适当使用稀释剂加以稀释，但稀释剂量的使用不应超出该种涂料规定的最大值。
当前船舶涂料使用的主要是单组份和双组份两种，在使用双组份涂料时应特别注意，由于其基料和固化剂分别包装，使用前应分别搅拌均匀，然后按规定的比例边搅拌边混合，直至整体均匀一致，并需按涂料产品说明书的要求进行一段时间的预反应(称之为“熟化”)后方可使用，其对使用时间也有一定的要求，需在规定的时间内用完，否则将失去流动性直至固化。
涂装作业前应将施工区域所有的仪表、设备、电缆、橡胶制品、玻璃、紧固件、铭牌等用塑料布进行包扎覆盖，以防止粘附上涂料，若施工中出现涂料的粘附应立即用溶剂擦洗干净。
船舶涂装的环境要求
涂层质量的优劣除了与上述被涂表面处理的质量、涂料的性能、涂层的膜厚有着非常重要的关系之外，还与涂装时的周围环境，特别是大气条件有着密切的关系，所以在进行涂装作业时应遵循下列的要求。
任何潮湿的表面都不能进行涂装，凡雨、雪、雾天都应停止室外作业。
涂装作业应在湿度85%以下、环境温度高于露点温度3℃以上时方可进行;高性能的涂料在环境温度低于0℃时不能进行室外涂装作业。
施工作业时需要充足的光线条件，在舱内作业时需配备使用防爆型的照明设备和通风设备。
船舶涂装方式的选择
目前，船舶涂装方式主要采用刷涂、辊涂、高压无气喷涂三种，各有其优点和局限性。刷涂其操作方便灵活、适应性强、渗透性好，但是工作强度大、效率低，不适合大面积区域的施工，建议可作于喷涂作业难以达到和难以保证涂层膜厚的地方的预涂，如型材的反面和边缘、流水孔和通气(焊)孔的边缘、自由边、各种沟槽及一些狭小的空间。辊涂适合于因某些原因而难以喷涂的大面积的涂装，其效率低于喷涂而高于刷涂，其还具有长距离作业的特点，从而一定程度上减少了搭建脚手架的工作量，但其对结构复杂和不平整的表面的涂装受到局限，且其涂装以后难以达到满意的膜厚。高压无气喷涂目前应用最为广泛，其最显著的优点就是效率高，尤其是大面积区域的涂装作业，这是刷涂和辊涂无法比拟的，对于缩短整个造船周期具有一定的促进作用，缺点是对于涂料的损耗相对较大(特别是有一定风速的情况下)，一般需要多用20%～25%左右的量，且对于一些狭小的空间、复杂的表面难以发挥其优势。以上三种涂装方式可以根据施工区域的特点综合使用，扬长避短，以获取最大的效果。
涂料的配套
由于船舶的各部位所处环境的不同、舱室功能不同，对涂层的要求也就不一样，这需要我们合理地对各区域使用的涂料进行有效的配置，这样既使涂料的功能达到了最大化，又节约了涂料的使用成本。所以，船舶涂装前应对各区域使用的涂料进行细化和明确，比如使用的底漆、中间漆、面漆的类型和颜色、涂装层数、涂装方式、涂料的用量、每层干膜厚度要求、稀释剂的种类等等，编制详细的《油漆明细表》，供施工和检验时使用。
涂层质量的要求和检测
涂层质量的要求通常分为表面质量的要求和内在质量的要求，二者之间密不可分。涂层表面质量的检测经常是根据经验通过目测进行，而涂层内在质量的检测需要借助于干膜测厚仪对涂层干膜厚的测定后获取。
2、涂层内在质量的要求和检测
涂层内在质量主要通过干膜厚来体现。船舶的每种涂料的说明书中对其在理论涂布率的状态下达到的干膜厚度均有明确的描述，这是指必须基本得到保证的膜厚值，但是这并不意味着被涂表面的任何一处的干膜厚度均要达到或超过这一数值。因为实际操作中各种因素的影响，所以判断干膜厚是否达到规定的要求，应该根据干膜厚度测定值的分布状态分析认定，原则上要求：90%以上的检测点的干膜厚度不小于规定膜厚，其余检测点的干膜厚度不小于规定膜厚的90%。如果在检测过程中没有达到这样的要求，则必须根据具体情况作局部或全面的补涂。
涂层的干膜的检测通常应在涂层完全固化以后用干膜测厚仪进行直接测定。检测时，检测点的选择要注意分布的均匀性和代表性。对于平整的表面，原则上每10m2随机检测一点;对于结构相对复杂的表面，则可以每5m2随机检测一点;对于一些狭小的空间、面积较小的区域，需保证每一自由面应有3个以上的检测点。(作者单位：安徽省皖江船舶检验局)
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