船舶下水氣囊的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度

jimosea

氣囊的強(qiáng)度取決于材料、結(jié)構(gòu)和工藝三個(gè)要素，以下從安全角度來(lái)分別加以討論。

1 材料
　　　主要是橡膠和簾線。橡膠是基礎(chǔ)材料，采用品質(zhì)好的橡膠可以提高與簾線的粘接強(qiáng)度，提高耐磨性和抗老化能力，提高使用壽命。
　　　簾線是一種加強(qiáng)材料。過(guò)去曾使用過(guò)棉帆布做骨架材料，被證明是不理想的。目前使用的簾線布類(lèi)似于汽車(chē)輪胎中的加強(qiáng)纖維，其經(jīng)向線密度高，緯向線密度低，所以是一種單向承力材料。由于強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，假定基體橡膠不承擔(dān)強(qiáng)度，所以氣囊的強(qiáng)度主要取決于簾線在經(jīng)向的強(qiáng)度。過(guò)去使用的簾線，其斷裂強(qiáng)力為205.8N/根，目前使用的簾線，其斷裂強(qiáng)力已提高到274.4N/根。采用高強(qiáng)力的簾線使氣囊的強(qiáng)度提高了33.3%。

2 結(jié)構(gòu)
主要是指簾線的布線方向。對(duì)于多層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，氣囊囊壁強(qiáng)度的各向均衡性非常重要。根據(jù)我們的研究，氣囊在不同的工作高度下，其主應(yīng)力方向也不同，因此任何一個(gè)方向的強(qiáng)度增加都無(wú)濟(jì)于事。氣囊的工作高度不能一成不變，當(dāng)主應(yīng)力方向與簾線布線方向不一致時(shí)，布線薄弱的方向就決定了氣囊的承載強(qiáng)度。根據(jù)這一原則，多層簾線的分布應(yīng)盡量做到各向強(qiáng)度的均衡性。

3 工藝
　　　同樣的材料和結(jié)構(gòu)，由于氣囊制作工藝不同，其強(qiáng)度的相差也很大。從生產(chǎn)第一代氣囊改進(jìn)到第二代氣囊，強(qiáng)度提高了50%。其中因簾線強(qiáng)度的提高產(chǎn)生的貢獻(xiàn)率僅占2/3，還有1/3是靠工藝技術(shù)的改進(jìn)得到的，稱(chēng)為科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率。
　　　早期生產(chǎn)的橡膠氣囊，由于沒(méi)有解決整體環(huán)繞的技術(shù)難題，只能分成幾段來(lái)制作，然后通過(guò)二次膠接工藝形成一個(gè)整體。這樣制作的氣囊，在二次膠接的部位，簾線不能連續(xù)，強(qiáng)度受到影響。這種工藝制作的氣囊，只適用于承載力要求不高的場(chǎng)合。目前仍有相當(dāng)數(shù)量的氣囊生產(chǎn)廠使用分段膠接工藝來(lái)生產(chǎn)氣囊，這樣的氣囊應(yīng)用于大型船舶上下水是很危險(xiǎn)的。

7.4 強(qiáng)度
　　　綜合起來(lái)說(shuō)，氣囊的囊壁屬于纖維增強(qiáng)的橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)，屬于彈塑性材料的范疇，其強(qiáng)度受人工操作技能的影響較大，存在著一定的不確定性。目前最好的強(qiáng)度測(cè)定手段是進(jìn)行爆破試驗(yàn)。
　　　在強(qiáng)度理論的研究方面，雖然我們做過(guò)一些工作，譬如氣囊的壓縮性能測(cè)試（圖10）揭示了氣囊在壓縮過(guò)程中內(nèi)壓變化的規(guī)律，但畢竟還很有限，存在著理論研究方面的許多空白。
　　　近幾年來(lái)，在材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用有限元分析來(lái)研究結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已很普及。上海704研究所曾對(duì)橡膠氣胎式剎車(chē)裝置做過(guò)有限元分析，研究其結(jié)構(gòu)的合理性。氣胎式剎車(chē)裝置的結(jié)構(gòu)與氣囊囊壁的結(jié)構(gòu)十分相似，因此可以應(yīng)用相似的方法來(lái)研究氣囊結(jié)構(gòu)的合理性和強(qiáng)度理論。山東大學(xué)工程力學(xué)測(cè)試中心擁有這方面的技術(shù)和人才，應(yīng)該和他們進(jìn)行過(guò)氣囊力學(xué)性能測(cè)試方面的研究合作，今后可以開(kāi)展氣囊強(qiáng)度理論有限元分析方面的研究合作。