内河客船抗倾覆气囊的仿真与分析

作     者：戴旭拓 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙玉清

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：抗倾覆气囊 充气展开 安全参数 船舶稳性 匹配参数 

摘      要：随着内河航运事业的发展,客滚运输方式迅速发展,由于客船结构的特殊性,客船倾覆事故频繁发生。针对日渐严峻的客轮安全问题,本文提出了一种新型气囊式抗倾覆装置,该装置由触发控制模块、气体发生模块及抗倾覆气囊三个部分组成。抗倾覆气囊作为该装置的执行机构,其快速稳定的展开以及在船舶上科学有效的布置对于该装置的有效运行至关重要。具体的工作内容如下。首先对抗倾覆气囊进行了合理设计,具体包括了气囊的储存方案、形状、固定方式、材料等参数,之后根据船舶的单自由度横倾运动模型计算得到了某实船在遭遇横风时所需的气囊安全容积和最大充气时间。在此基础上,通过非线性有限元分析软件建立了折叠后的气囊有限元模型,成功模拟了不同充气速率下抗倾覆气囊的充气展开过程,结果表明气囊在到达相同体积时,随着充气速率的增加,气囊内的压力、温度、气体质量逐渐增大,气囊的充气稳定性也越差;气囊的展开时间随着充气速度的增大而减小,但二者不是简单的线性关系;抗倾覆气囊的总体展开过程分为三个阶段,其中第二阶段结束时对应的体积值50 m3、压力值0.153× 106 pa、温度值326 K可作为该抗倾覆气囊充气展开时的安全参数。然后利用Maxsurf软件建立了船舶和抗倾覆气囊的三维模型,使用数值模拟计算模块得到了不同匹配参数的抗倾覆气囊对船舶稳性的影响,结果表明,抗倾覆气囊显著增强了船舶的稳性;在一定范围内,抗倾覆气囊安装的垂向位置越高,船舶的稳性越好;抗倾覆气囊的纵向位置在船舶舯剖站处,船舶的稳性最佳;总体模型的极限静倾角到达船舶自身极限静倾角30°时所对应的气囊半径可以最大增加船舶的稳性。