船舶下水氣囊的結(jié)構(gòu)和強度

jimosea

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

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。
　　　簾線是一種加強材料。過去曾使用過棉帆布做骨架材料，被證明是不理想的。目前使用的簾線布類似于汽車輪胎中的加強纖維，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。由于強度計算時，假定基體橡膠不承擔(dān)強度，所以氣囊的強度主要取決于簾線在經(jīng)向的強度。過去使用的簾線，其斷裂強力為205.8N/根，目前使用的簾線，其斷裂強力已提高到274.4N/根。采用高強力的簾線使氣囊的強度提高了33.3%。

2 結(jié)構(gòu)
主要是指簾線的布線方向。對于多層結(jié)構(gòu)來說，氣囊囊壁強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，因此任何一個方向的強度增加都無濟于事。氣囊的工作高度不能一成不變，當主應(yīng)力方向與簾線布線方向不一致時，布線薄弱的方向就決定了氣囊的承載強度。根據(jù)這一原則，多層簾線的分布應(yīng)盡量做到各向強度的均衡性。

3 工藝
　　　同樣的材料和結(jié)構(gòu)，由于氣囊制作工藝不同，其強度的相差也很大。從生產(chǎn)第一代氣囊改進到第二代氣囊，強度提高了50%。其中因簾線強度的提高產(chǎn)生的貢獻率僅占2/3，還有1/3是靠工藝技術(shù)的改進得到的，稱為科技進步貢獻率。
　　　早期生產(chǎn)的橡膠氣囊，由于沒有解決整體環(huán)繞的技術(shù)難題，只能分成幾段來制作，然后通過二次膠接工藝形成一個整體。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合。目前仍有相當數(shù)量的氣囊生產(chǎn)廠使用分段膠接工藝來生產(chǎn)氣囊，這樣的氣囊應(yīng)用于大型船舶上下水是很危險的。

7.4 強度
　　　綜合起來說，氣囊的囊壁屬于纖維增強的橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)，屬于彈塑性材料的范疇，其強度受人工操作技能的影響較大，存在著一定的不確定性。目前最好的強度測定手段是進行爆破試驗。
　　　在強度理論的研究方面，雖然我們做過一些工作，譬如氣囊的壓縮性能測試（圖10）揭示了氣囊在壓縮過程中內(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，在材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用有限元分析來研究結(jié)構(gòu)強度已很普及。上海704研究所曾對橡膠氣胎式剎車裝置做過有限元分析，研究其結(jié)構(gòu)的合理性。氣胎式剎車裝置的結(jié)構(gòu)與氣囊囊壁的結(jié)構(gòu)十分相似，因此可以應(yīng)用相似的方法來研究氣囊結(jié)構(gòu)的合理性和強度理論。山東大學(xué)工程力學(xué)測試中心擁有這方面的技術(shù)和人才，應(yīng)該和他們進行過氣囊力學(xué)性能測試方面的研究合作，今后可以開展氣囊強度理論有限元分析方面的研究合作。