CN104691701A - 弹性框体结构防撞船舰 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性框体结构防撞船舰，所述防撞船舰的船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括相互连接构成该船体结构的船壳、骨架以及甲板，所述船壳、骨架以及甲板均通过弹性材料制成。本发明的弹性框体结构防撞船舰的整个船体结构具有弹性形变功能，在弹性结构不影响船只的正常行驶及承载力的前提下，当船头、船尾或两侧及底部受到撞击后，在撞击力的作用下，船体结构会发生相应的安全范围内的弹性变形，可以缓冲并吸收撞击时的瞬间冲击能量，大大增强其抗撞安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及船只结构安全防护领域，特别是弹性框体结构防撞船舰。
背景技术
古者观落叶因以为舟。古老的中国人看到落叶掉在水面上浮而不沉而领悟到船的原理起，船就一直承担水上的重要交通运输工具，其应用历史悠久。船从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木板船时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢船为主的时代。
钢船主要包括船壳、骨架、甲板及上层建筑，各部分主要采用焊接工艺构成一体式刚性结构。当刚性的船只在水上运行时撞击到他物时，容易导致船只开裂进水、焊处脱焊渗水，进而发生沉船事故。由于各种自然原因及人为原因，撞船、沉船事故屡见不鲜，其人身和经济损失都是惨痛的。为防止撞船、沉船事故的发生，增强船只的抗撞安全系数、在舰船船体的结构优化设计及高性能复合材料的选用上，根据以柔克刚弹性防撞原理，充分考虑提高船体的安全防护能力是个有效的解决措施。
发明内容
本发明针对目前刚性船只在受撞击后容易开裂、破损、脱焊等缺陷，提供一种结构合理的弹性框体结构防撞船舰，其弹性结构不影响船只的正常行驶及承载力情况下，能够大大增强其抗撞安全系数。
本发明采用以下技术方案：
一种弹性框体结构防撞船舰，所述防撞船舰的船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括相互连接构成的船壳、骨架以及甲板，所述船壳、骨架以及甲板均通过弹性高强度材料制成。
作为上述方案的改进，所述弹性材料包括弹簧钢、弹性不锈钢、钛合金、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、石英纤维、“凯夫拉”纤维、可夫隆纤维、超高分子量聚乙烯纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、改性天然橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、合金钢发泡金属、蜂窝金属中的一种或由两种或多种材料复合加工而成。
本发明所述船只采用具有弹性高强度的材料制成，大大增强了受到外力时在许可范围内的多向弹性形变，同时又保证了船只的承载力。当船航行时碰到冰山、礁石或两船相撞时，船体船壳和骨架发生弹性形变，整个船体会相应的发生安全许可范围内的弹性形变。缓冲并吸收撞击能量，继而释放能量，恢复原形。以柔克刚，避免了撞击后硬碰硬导致的船体损伤。
作为上述方案的改进，所述船体结构为没有应力集中点的整体弹性框架式结构。所述船壳外形的折弯处呈圆弧或椭圆弧形状过渡。消除了应力集中点，使船体在受力状态下整体分担载荷，不至于因为局部存在应力集中点而导致受到外力作用时损伤开裂。
作为上述方案的改进，所述骨架包括纵横交错固定的龙骨、肋骨以及旁龙骨，所述骨架通过每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨的两端固定连接到所述船壳的内表面。
作为上述方案的改进，每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨为弧状或曲线波浪状型材；或者，每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨呈平直状，且每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨的两端分别通过弹性部件固定连接到所述船壳的内表面，所述弹性部件为橡塑弹性体或蝶形弹簧构件，可以吸收和缓冲船体受到碰撞时加载于龙骨、肋骨以及旁龙骨上的一部分作用力；或者，每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨为上下面加工有众多错位反向突出的凹凸形状面的板。这样，当船体受到外力冲撞瞬间，船体局部乃至整体就会产生弹性形变吸收和缓冲撞击能量。继而释放能量恢复原形而不至于发生破裂、脱焊甚至漏水、沉船等现象。
作为上述方案的改进，本发明的船体采用双层甲板的结构，包括上层甲板和下层甲板。所述下层甲板为弧面形龟背状甲板连接在船壳及骨架上；所述上层甲板为平面甲板，并通过包括弹簧、阻尼器、橡塑及高分子材料弹性垫块的弹性阻尼滑移结构件的支撑覆盖在下层甲板之上。这样，下层甲板可相对所述上层甲板滑移。并可以有效地承托上层甲板及上层建筑。当船舰受到撞击，下层甲板随着弹性整体框架发生变形时上层甲板依托所述弹性阻尼滑移结构件包括弹簧、阻尼器、橡塑及高分子材料弹性垫块的支撑及滑移，隔离了下层甲板的形变及能量，从而保证船体上层建筑与常规船体一样相对稳定、不会受损，大大增强其安全系数和舒适感。
根据不同船舰的抗撞要求，本发明的船体还可以采用上下面加工有众多错位反向突出的凹凸形状面的单层平面甲板，取代以上所述双层甲板的结构。所述甲板，整体而言，其前后左右较传统的平面船舰甲板具有一定的伸缩弹性；具有以柔克刚的性能。
作为上述方案的改进，在所述船体的底部增加弹性防护层结构。所述弹性防护层结构包括弧形外壳、纵横交错固定在所述弧形外壳内的加强筋、板；所述弧形外壳与船体的船壳圆滑过渡相交相切；所述弹性防护层结构的弧形外壳与加强筋、板均由弹性高强度材料制成；且每一所述加强筋、板呈弧状或曲线波浪状。或者，为上下面错位反向突出的凹凸形状筋、板。
所述弹性防护层具有受到撞击后会产生相应的弹性形变，缓冲并吸收撞击能量，增强其承受大撞击能量的能力，以确保整个需改进的船体的耐撞性能，提升其安全系数。这样，当船底部触礁时，船体底部的弹性防护层结构会产生适量弹性形变，从而缓冲、吸收大部分冲击能量，使得船体底部不至于开裂，确保船只的航行安全。
在另一优选的实施例中，在船体的易撞击部位增加所述弹性防护层结构，其功能与以上所述底部弹性防护层相同。
附图说明
图1为本发明实施例一的弹性框体结构防撞船舰船体的纵向剖视图；
图2为本发明实施例一的弹性框体结构防撞船舰船体的船壳及骨架的俯视图；
图3为为图2中A处的局部放大示意图；
图4为本发明实施例一的弹性框体结构防撞船舰船体的横向剖视图；
图5为本发明实施例二的弹性框体结构防撞船舰船体的船壳及骨架的俯视图；
图6为本发明实施例三的弹性框体结构防撞船舰船体的纵向剖视图；
图7为本发明实施例三的弹性框体结构防撞船舰船体的船壳及骨架的俯视图；
图8为图7中B处的放大示意图；
图9为本发明实施例四的弹性框体结构防撞船舰船体的横向剖视图；
图10为本发明实施例五的弹性框体结构防撞船舰船体的横向剖视图。
其中，1：船壳；2：骨架；21：龙骨；22：肋骨；23：旁龙骨；3：甲板；31：下层甲板；32：上层甲板；4：弹性阻尼滑移结构件；5：弹性防护层结构；51：弧形外壳；52：内部骨架；6：弹性部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加明白、清楚，以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1~4所示，本实施例公开了一种弹性框体结构防撞船舰，其船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括用弹性高强度材料制成的船壳1、骨架2及甲板3，所述船壳1、骨架2及甲板3通过相互连接构成所述船体结构。
所述船体结构优化设计为没有应力集中点的整体弹性框架式结构，所述船壳1呈圆弧或椭圆弧形状。从而消除了应力集中点，使船体就不容易损伤开裂。
所述骨架2包括纵横交错固定的龙骨21、肋骨22、旁龙骨23及结构性加强筋、板（图未示），所述骨架2通过每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23的两端固定连接到所述船壳1的内表面。其中，所述龙骨21置于船体纵向对称的轴线处，旁龙骨23与所述龙骨21平行并对称置于所述龙骨21的两边，所述肋骨22与龙骨21、旁龙骨23垂直且关于轴线对称设置。
其中，在本实施例中，所述每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23及结构性加强筋、板，均顺其各自走势呈弧状或曲线波浪状。
所述甲板3为包括上层甲板32和下层甲板31的双层结构，下层甲板31为弧面形龟背状结构连接在船壳1及骨架2上，与船壳1、骨架2共同构成类椭圆体状主体弹性框架的船体结构。所述上层甲板32为常规平面甲板，依托弹性阻尼滑移结构4支撑而覆盖在下层甲板31之上。所述弹性阻尼滑移结构件4为弹簧、阻尼器、橡塑及高分子材料弹性垫块。藉由所述弹性阻尼滑移结构件4，所述上层甲板32与下层甲板31可相对滑移。
所述弹性材料包括弹簧钢、弹性不锈钢、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、石英纤维、“凯夫拉”纤维、超高分子量聚乙烯纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、改性天然橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶与合金钢发泡金属中的一种或两种或多种材料复合加工而成，其中，所述合金钢发泡金属包括弹簧钢、弹性不锈钢进行复合加工而成的材料。
本实施例的弹性框体结构防撞船舰通过采用具有弹性高强度的材料制成整体弹性框架式结构的船体结构，该船体结构的骨架2顺其走势呈弧状或波浪状，大大增强了其许可范围内的弹性形变，同时又保证了船只的承载力；另外，采用双层甲板3的结构，下层甲板31为弧面形龟背状结构连接在船壳1和骨架2上，当船头、船尾或两侧受到撞击后，在撞击力的作用下，船体会发生相应的弹性形变，其弹性变形不影响船只的正常行驶。船壳1和骨架2发生弹性形变时，下层甲板31同时相应发生形变；而上层甲板32为常规甲板依托弹性阻尼滑移结构4支撑连接，覆盖在下层甲板31之上且与下层甲板31之间可相对滑移，该弹性阻尼滑移结构4起到隔离缓冲并吸收撞击能量的作用，可保证船体上层建筑及其他使用与常规船体一样平稳舒适，大大增强其安全系数。
优选的，考虑船体底部的防撞性能，所述船体的底部为双层结构，即，在底部增加弹性防护层结构5。该弹性防护层结构5的结构设计与整个船体结构设计相同，外壳51呈圆弧状，内部骨架52及加强筋、板均顺其走势呈弧状或波浪状，材料为弹性高强度的材料制成。所述弧形外壳51与船体的船壳1圆滑过度相切连接。当船只底部触礁时，船体底部的弹性防护层结构5会产生适量弹性形变，从而缓冲、吸收大部分冲击能量，使得船体底部不至于开裂，确保船只的航行安全。
实施例二：
如图5所示，本实施例公开了另一种结构的弹性框体结构防撞船舰。与实施例一的弹性框体结构防撞船舰一样，本实施例的弹性框体结构防撞船舰的船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括相互连接构成的船壳1、骨架2以及甲板3（图未示），所述船壳1、骨架2以及甲板3均通过弹性高强度材料制成。且所述骨架2包括纵横交错固定的龙骨21、肋骨22、旁龙骨23及结构性加强筋、板，所述骨架2通过每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23的两端固定连接到所述船壳1的内表面。
与实施例一的弹性框体结构防撞船舰不同的是，本实施例的弹性框体结构防撞船舰的骨架2的每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23呈平直状，且每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23的端部分别通过弹性部件6固定连接到所述船壳的内表面。由于骨架2的每一平直状的龙骨21、肋骨22、旁龙骨23的端部均设有弹性部件6，在船舰受到撞击时，其效果等同于实施例一中波浪状的骨架2，同属于加大其最大弹性形变的技术方案。
本实施例中，其余技术同实施例一中所述，其有益效果亦是，在此不重复赘述。
实施例三：
如图6~8所示，本实施例公开了另一种结构的弹性框体结构防撞船舰。与实施例一的弹性框体结构防撞船舰一样，本实施例的弹性框体结构防撞船舰的船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括相互连接构成的船壳1、骨架2以及甲板3，所述船壳1、骨架2以及甲板3均通过弹性高强度材料制成。且所述骨架2包括纵横交错固定的龙骨21、肋骨22、旁龙骨23及结构性加强筋、板，所述骨架2通过每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23的两端固定连接到所述船壳1的内表面，同样构成整体弹性抗撞框架结构。
与实施例一的弹性框体结构防撞船舰不同点在于，本实施例的弹性框体结构防撞船舰的骨架2的每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23为上下面加工成众多错位反向突出的凹凸形状面的板，整体而言，每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23前后左右均能伸缩变形。如上所述的骨架2，在船舰受到撞击时，其效果等同于实施例一中曲线波浪状的骨架2，同属于加大其最大弹性形变的技术方案。
本实施例中，其余技术同实施例一中所述，其有益效果亦是，在此不重复赘述。
实施例四：
如图9所示，本实施例公开了另一种结构的弹性框体结构防撞船舰。与实施例一的弹性框体结构防撞船舰一样，本实施例的弹性框体结构防撞船舰的船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括相互连接构成的船壳1、骨架2以及甲板3，所述船壳1、骨架2以及甲板3均通过弹性高强度材料制成。且所述骨架2包括纵横交错固定的龙骨21、肋骨22、旁龙骨23及结构性加强筋、板，所述骨架2通过每一所述龙骨21、肋骨22、旁龙骨23的两端固定连接到所述船壳1的内表面，同样构成整体弹性抗撞框架结构。
与实施例一的弹性框体结构防撞船舰不同的是，本实施例的弹性框体结构防撞船舰的甲板3为上下面加工有众多错位反向突出的凹凸形状面的单层平面甲板3。该上下面加工有众多错位反向突出的凹凸形状面的平面甲板3，具有多向的弹性伸缩性能，在受到撞击时，甲板3会产生弹性形变，与龙骨2、旁龙骨、肋骨22及加强筋板一起构成船舰弹性框架，同样具有一定的缓冲能力，其防撞能力不如实施例一中的双层甲板结构，可用于防撞要求不太高的船只。
实施例五
如图10所示，本实施例公开了另一种结构的弹性框体结构防撞船舰。与实施例一的弹性框体结构防撞船舰的结构不同在于，本实施例的弹性框体结构防撞船舰在船体结构的其它易撞击处（例如，本实施例中为船体的船壳的两侧）增加一层弹性防护层结构5，所述弹性防护层结构5包括弧形外壳51、内部骨架52及加强筋、板，其中，该内部骨架52及加强筋、板由弹簧钢或弹性不锈钢或低合金高弹性钢加工成型。所述内部骨架52及加强筋、板均顺其走势制成弧状或波浪状，所述弹性防护层5的弧形外壳51与船体原外壳之间的连接采用圆滑过度相切连接，消除了应力集中点，增强其承受外力冲击强度。本实施例的弹性框体结构防撞船舰由于在易撞击处增加了弹性防护层结构5，当其受到撞击时其撞击处的弹性防护层结构5发生弹性形变，缓冲并吸收撞击能量，使得撞击力传递至船壳，乃至船体的能量就大大削弱，增强了船只的耐撞性能，提升其安全系数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种弹性框体结构防撞船舰，其特征在于，所述防撞船舰的船体结构为整体弹性框架式结构，所述船体结构包括相互连接构成该船体结构的船壳、骨架以及甲板，所述船壳、骨架以及甲板均通过弹性材料制成。
2.如权利要求1所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：所述弹性材料包括弹簧钢、弹性不锈钢、钛合金、尼龙、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、石英纤维、“凯夫拉”纤维、“卡布隆”纤维、超高分子量聚乙烯纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、改性天然橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶和合金钢发泡金属、蜂窝金属中的一种或由两种或多种材料复合加工而成的材料。
3.如权利要求1所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：所述船体结构为没有应力集中点的整体弹性框架式结构，所述船壳外形折弯处呈圆弧或椭圆弧过渡形状。
4.如权利要求1所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：所述骨架包括纵横交错固定的龙骨、肋骨以及旁龙骨，所述骨架通过每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨的端部固定连接到所述船壳的内表面。
5.如权利要求4所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：
每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨呈弧状或曲线波浪状；或，
每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨呈平直状，且每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨的端部分别通过弹性部件固定连接到所述船壳的内表面；或，
每一所述龙骨、肋骨以及旁龙骨为上下面加工成众多错位反向突出的凹凸形状面的板。
6.如权利要求1所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：所述甲板为上下面加工有众多错位反向突出的凹凸形状面的弹性材料甲板。
7.如权利要求1所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：所述甲板为包括上层甲板和下层甲板的双层结构，所述下层甲板为弧面形龟背状甲板连接在船壳及骨架上；所述上层甲板为平面甲板，并通过包括弹簧或橡塑及高分子材料弹性垫块的支撑覆盖在下层甲板之上，从而使所述上层甲板可相对所述下层甲板滑移。
8.如权利要求1所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：在所述船体的底部及其它易受撞击部位增加弹性防护层结构。
9.如权利要求8所述弹性框体结构防撞船舰，其特征在于：所述弹性防护层结构包括弧形外壳、纵横交错固定在所述弧形外壳内的加强筋、板；所述弧形外壳与船体的船壳圆滑过渡相切连接；所述弹性防护层结构的弧形外壳与加强筋、板均由弹性高强度材料制成；且每一所述加强筋、板呈弧状或曲线波浪状，或者为上下面加工成众多错位反向突出的凹凸形状面的板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150610 |