船舶下水气囊的结构和强度

jimosea

气囊的强度取决于材料、结构和工艺三个要素，以下从安全角度来分别加以讨论。

1 材料
　　　主要是橡胶和帘线。橡胶是基础材料，采用品质好的橡胶可以提高与帘线的粘接强度，提高耐磨性和抗老化能力，提高使用寿命。
　　　帘线是一种加强材料。过去曾使用过棉帆布做骨架材料，被证明是不理想的。目前使用的帘线布类似于汽车轮胎中的加强纤维，其经向线密度高，纬向线密度低，所以是一种单向承力材料。由于强度计算时，假定基体橡胶不承担强度，所以气囊的强度主要取决于帘线在经向的强度。过去使用的帘线，其断裂强力为205.8N/根，目前使用的帘线，其断裂强力已提高到274.4N/根。采用高强力的帘线使气囊的强度提高了33.3%。

2 结构
主要是指帘线的布线方向。对于多层结构来说，气囊囊壁强度的各向均衡性非常重要。根据我们的研究，气囊在不同的工作高度下，其主应力方向也不同，因此任何一个方向的强度增加都无济于事。气囊的工作高度不能一成不变，当主应力方向与帘线布线方向不一致时，布线薄弱的方向就决定了气囊的承载强度。根据这一原则，多层帘线的分布应尽量做到各向强度的均衡性。

3 工艺
　　　同样的材料和结构，由于气囊制作工艺不同，其强度的相差也很大。从生产第一代气囊改进到第二代气囊，强度提高了50%。其中因帘线强度的提高产生的贡献率仅占2/3，还有1/3是靠工艺技术的改进得到的，称为科技进步贡献率。
　　　早期生产的橡胶气囊，由于没有解决整体环绕的技术难题，只能分成几段来制作，然后通过二次胶接工艺形成一个整体。这样制作的气囊，在二次胶接的部位，帘线不能连续，强度受到影响。这种工艺制作的气囊，只适用于承载力要求不高的场合。目前仍有相当数量的气囊生产厂使用分段胶接工艺来生产气囊，这样的气囊应用于大型船舶上下水是很危险的。

7.4 强度
　　　综合起来说，气囊的囊壁属于纤维增强的橡胶复合结构，属于弹塑性材料的范畴，其强度受人工操作技能的影响较大，存在着一定的不确定性。目前最好的强度测定手段是进行爆破试验。
　　　在强度理论的研究方面，虽然我们做过一些工作，譬如气囊的压缩性能测试（图10）揭示了气囊在压缩过程中内压变化的规律，但毕竟还很有限，存在着理论研究方面的许多空白。
　　　近几年来，在材料力学和结构力学领域，应用有限元分析来研究结构强度已很普及。上海704研究所曾对橡胶气胎式刹车装置做过有限元分析，研究其结构的合理性。气胎式刹车装置的结构与气囊囊壁的结构十分相似，因此可以应用相似的方法来研究气囊结构的合理性和强度理论。山东大学工程力学测试中心拥有这方面的技术和人才，应该和他们进行过气囊力学性能测试方面的研究合作，今后可以开展气囊强度理论有限元分析方面的研究合作。