1 气囊计算的假定
1)气囊是两端为锥体的长圆柱体,万吨级以上船舶下水主要采用L=15-20米的气囊,锥体部分占比例很小(体积比为5%左右),因而,讨论时暂不考虑圆锥部分,将气囊简化为圆柱型u¨;
2)气囊是一个密封的空气系统,气体是理想气体;
3)气囊橡胶囊体无重量:骨架层帘线不可拉伸,即囊体横剖面母线长度和气囊的长度均是常数;气囊囊体横剖面的非受压部分在变形过程中仍保持圆形不变;气囊圆柱部分全长承载、均匀受平面压缩变形。
2 气囊支持力的公式
气囊支持力是指气囊在下水过程中压缩至不同高度时产生的对船舶的实际支持力。在船舶下水气囊滚动受压加载的过程中气囊内气体质量不变,囊体的外形发生变化,气囊的有效承压面积S、囊内气体的体积与囊内气体表压力P都发生相应的改变,达到新的平衡。当气囊在垂向变形Ah时,气囊的载荷变为:
根据气体状态方程,对于气囊内固定质量的气体,气囊在垂向变形△h时y“=(Po+Po)Vo(2-4)其中:P(Ah),V分别为气囊变形后气体的表压力和体积;Po,K分别为压力和体积的初始状态值,£为大气压力,n为理想气体幂指数,其值取决于气囊变形的速度。%、y、S值由式(2—5)、(2—6)与(2—7)确定,/32环=万二一£”4(2-5)肚(BH栅等)£(2-6)B:至!望:型(2—7)2S=说(2—8)其中:£为气囊长度;∥为气囊工作高度;内压P是气囊实际工作压力,其值应小于等于许用工作压力e,对一定直径D的气囊,P值取决于充气初始压力咒和工作高度日,其计算式如下:P=(蒜)(R+只)一只(2-9)当气囊的变形速率较小,气体体积变化较慢时,囊内气体可以与外界进行充分的热交换,囊内气体的温度与外界保持一致。因此,囊内气体的变化过程可视为等温过程,n取等温系数,n=1。当气囊的变形速率很大,囊内气体体积变化剧烈时,囊内气体来不及与外界进行热交换,因此气体变化过程可视为绝热过程,n=1.4。气囊变形速率越大,越接近绝热过程。因此,计算气囊的静载荷和静刚度时n取1,计算气囊的动载荷、动刚度时珂取多变指数,在1.O一1.4之间取值。计算下水过程气囊刚度时,n是一个变量,根据测试的几艘船舶下水过程气囊压力变化曲线分析,气囊压力的最大变化率约为0.08MPa/s,在下水过程中气囊承载显著增加,气囊高度进一步压缩,直至压力达到顶峰,高度再降到最低,历时约lOs,考虑下水气囊体积是分阶段变化的,估计,z值在1.卜1.3。