1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化基于圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防船撞击装置设计1选题的背景与意义桥墩是水中新建的障碍物，桥位、桥型和净宽选择不当时，船撞桥事故便会增加正确地选择桥位、桥型和净宽，采用足够的海事设施和管理，提高海员素质做到安全驾驶，便有可能大幅度减少船撞桥事故的发生除了减少船撞桥事故的发生之外，在万一发生船撞桥事故时，将损失减到最少，这就需要在桥墩设置柔性防撞装置12桥墩柔性防撞的装置和过程是桥墩的防撞装置要柔软，当船万一撞上桥墩时，防撞装置稍为后退一点，同时给船头一个侧向力，拨开船头，使船的动能大部分保留在船上；同时防撞装置消耗掉一部分能量消耗掉的这部分能量是不对船作功
2、的,如果它占的比例大，便减轻了对船的破坏1钢丝绳复合耗能防撞圈是一种专门为防御船撞桥而研制出来的固体摩擦和变形耗能的元件，具有大的耗能比，众多的耗能防撞圈外面再加上能够使多圈同期作用的钢围，尖形的外钢围能够滑开船头，使大部分动能保留在船上而不参与交换，便可实现桥墩柔性防撞柔性防撞的物理意义3桥墩柔性防撞的物理意义是指初撞时反力小位移大、吸能大、反力作功小其中初撞时反力小位移大是容易实现的，用中空的管状或圈状的防撞元件便可以了，它的“力一位移”曲线FAL曲线的数学特征是凹曲线，即二阶导数大于零Y0但要同时吸能大，就不能用橡皮管、橡皮圈，因为橡皮弹性好、吸能少，基本上没有能量耗散图1A为橡胶厂给用
3、户提供的碰垫的“力一位移”曲线只有上升段，而且是用静载荷作出的，凸曲线为鼓形碰垫，凹曲线为管形碰垫可以看出中空的管状或圈状的防撞元件已经实现初撞时反力小位移大图1是笔者研制的钢丝绳复合耗能防撞圈的“力位移”曲线，包括吸能上升段和放能下降段两个部分2图1橡胶碰垫和耗能防撞圈的“力位移”曲线图2是动态的“力位移”曲线，图中的曲线上升和下降段包络的面积代表消耗的能，图2A是橡胶鼓形碰垫，可以看出橡胶元件消耗的能很少于是研究出钢丝绳复合耗能防撞圈，其“力一位移”曲线见图2B，它上升和下降段包络的面积很大，能消耗7085左右的能回程曲线与横坐标包络的面积代表回程时作用到船上的功可以看出鼓形碰垫这部分比例
4、很大；钢丝绳复合耗能防撞圈与鼓形碰垫相反，回程作用到船上的功很少图2动态“力位移”曲线围着的面积代表耗能从单个吸能圈到防撞装置47现在生产的钢丝绳复合耗能防撞圈，大号的每个吸能10，000J50，000J，要成百上千个才能实现桥墩防撞，于是在防撞圈之外作一钢围，一方面将船撞上来的力及时分布到各个防撞圈，另一方面将船头滑开因此，这一外钢围必须强度大、刚性好图3是一段外钢围连同4个和8个防撞圈组成的11分段的动态“力一位移”图，4个圈的是单层，8个圈的是双层单层的后退400MM左右，双层的后退800MM左右说明4个圈在单层钢围的作用下得到联动，双层的分段在3双层钢围的作用下也得到联动图3防撞装置分
5、段的“力一位移”图有外钢围充气护舷的应用810随着运输船舶日趋大型化，对海上靠泊安全性的关注也提高到一个新的高度。原先使用的压缩型橡胶护舷已不能满足高冲撞能量吸收的需要，于是充气护舷应运而生。充气护舷利用压缩空气作缓冲介质。当船舶冲撞挤压时，它会柔和地变形，不仅吸收能量大，而且作用于船舶的反压力很均匀，不会损伤船体及其涂层。所以它比起单纯依靠压缩弹性的橡胶护舷来说具有显著的优点。1112（1）高吸收能量吸收能量的大小是护舷器具的主要技术性能指标。随着船舶吨位的增长，靠泊作业时，船舶接触岸壁或其它船只的冲撞能量也成倍地增长。巨大的冲撞能量必须依赖于护舷的充分变形及足够的接触面积来吸收。充气护舷的
6、压缩变形量可达到60以上，而且接触面积随着变形而迅速扩大，其吸收能量的能力远较其它护舷大得多。（2）超低反压力充气护舷中充的是低压气体，在压缩变形中内压的提高很有限。由于接触面积大，作用于船体表面的单位压力很低每平方米只有120KN，与其它护舷器具相比较，就不是一般的低反压力了。（3）倾斜接触的适应性好对船舶来说，必须要有一定角度接岸、接舷的可能性。充气护舷对倾斜接触来说，其适应性要比其它护舷高得多。4（4）浮于水面，船舶摇摆都能适用充气护舷浮于水面，随着海潮涨落相对于船舷的位置不会改变。尤其是船舶随着海浪起伏摇摆时，圆筒形的充气护舷随着滚动，磨擦力很小。因而不会伤船体表面的涂层，而且还能起到
7、减摇减振的作用。我要研究的课题是基于圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防船撞击装置设计。该课题主要研究方向就是用圆柱橡胶密封气垫来代替钢丝绳复合耗能防撞圈。由于大型船舶的撞击能量非常大，而充气气垫最大的特点就是可以吸收巨大的能量，同时对船舶的反压力均匀。因此，圆柱橡胶密封气垫在桥梁防撞装置的设计中会有不错的应用前景。2研究的基本内容和选题的意义研究的基本内容1收集、了解桥梁柔性耗能防撞装置研究的最新进展和成果。2了解各种现有橡胶护舷的原理及双箱体结构防船撞击的相关背景知识。3根据橡胶防撞圈所要求达到的技术参数进行圆柱橡胶密封气垫的设计。4双箱体防撞装置的整体安装方案确定。以桥梁的实际尺寸为基础确定整体
8、方案。5用PRO/E等软件设计装配装置的三维实体模型，完成二维装配图和主要部件工程图。6完整的毕业设计说明书一份。拟解决的主要问题1圆柱橡胶密封气垫的结构设计。2双箱体防撞装置的总体方案设计。3建立三维实体模型。3研究的方法与技术路线研究方法参考现有的双箱体桥梁防撞装置，分析其基本原理和橡胶防撞圈的工作原理。1分析目前橡胶护舷特别是充气橡胶护舷的工作特点。2将充气橡胶护舷的优点融入到橡胶防撞圈中，制定圆柱橡胶密封气垫设计方案。5技术路线1根据所收集到的文献资料，对比各种桥梁防撞的工作原理和技术参数，总结桥梁防撞装置特别是双箱体防撞装置的优点。2分析双箱体防撞装置中橡胶防装权的工作原理和特点。3
9、在原有橡胶防撞圈的基础上，进一步提出圆柱橡胶密封气垫的设计方案。通过各项参数对比，进行可行性论证，并且分析后者相对与原有方案的优势。4根据实际所需尺寸制定整体方案。4研究的总体安排与进度1收集有关文献资料、完成开题报告等（4周）；2分析橡胶护舷（垫）的原理及特点，制定独特的圆柱橡胶密封气垫设计方案（2周）；3完成结构设计和建立三维实体模型。（3周）；4设计双箱体装置的装配图和主要零件的工程图（3周）；5整理、撰写毕业论文（2周）；参考文献1陈国虞防御船撞桥的新装置及其机理研究A上海海洋钢结构研究所20072陈国虞防御船撞桥的桥墩防撞装置上海海洋钢结构研究所20013张巍，严少波，张文明薄壁桥墩
10、防撞浮箱的设计与仿真A世界桥梁200724陈国虞，张政“柔性耗能防撞”项目技术的沿革城市道桥与防洪200855陈国虞，张政柔性耗能防撞装置中采用的新技术城市道桥与防洪200876岳磊，黄翔。浮箱式桥墩防撞设施设计中外公路200947陈国虞，张政权柔性耗能防撞装置的应用城市道桥与防洪200888于波充气护舷系统的设计方法A船舶201019李干华，王大展各种橡胶护舷防撞装置在修船码头的应用分析建造工艺2007610孙菊香,朱珉虎充气护舷当今世界流行的船舶防撞装备A船舶2010411张海涛，张琪，李万富大型橡胶护舷的研制B橡胶工业20045112HOLGERSVENSSONPROTECTIONOFB
11、RIDGEPIERSAGAINSTSHIPCOLLISIONSTEELCONSTRUCTION22009,NO113ZHIYUJIANG,MINTONGGUOPTIMIZATIONOFAFENDERSTRUCTUREFORTHECRASHWORTHINESSDESIGNMATERIALSANDDESIGN3120101085109514GOKDENIZNESER_,DENIZUNSALANDYNAMICSOFSHIPSANDFENDERSDURINGBERTHINGINATIMEDOMAINOCEANENGINEERING332006191919347毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化基于
12、圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防船撞击装置设计摘要双箱体结构的防船撞击装置是一种新的桥墩防撞装置，正在逐渐成为桥梁防撞装置中的主流。本文综述了目前国内外桥梁防撞的发展状况以及充气橡胶护舷（垫）的应用。阐述了柔性耗能防撞装置特别是双箱体结构防撞装置的应用和优势，分析了橡胶防撞圈在此类装置中的应用以及发展趋势。关键词柔性耗能；桥梁防撞；充气橡胶护舷；双箱体结构1桥梁防撞发展现状1220世纪人类明确提出防灾减灾的要求，在联合国已组成相应机构，国内的研究结果明确提出桥墩防撞装置应满足下列要求1防撞装置能被桥梁、船舶运输和港航管理三方面共同接受。2应少占地方，不碍航。3应适应水位变化的要求枯水、洪水；涨潮、
13、退潮。4吸能能力要大，但更重要的是将船的动能仍保留在船上，最新的办法是防撞装置将船头拨歪，使船离开墩而不被镶住，即不咬住船头。5撞后应自行恢复，不需维修。6该装置应安装、施工方便，成本低，便于桥梁方在建桥时同时建设，现在一般可做到只占桥梁建设费用的5左右。7不因设置防撞装置而增加新的问题，如回流沉积、妨碍捕捞养殖等。历史上使用过的防撞设施80年代日本岩井聪提出桥墩防护设施按设置地点力的承受点可分为直接构造和间接构造两大类，直接构造指其直接设置于桥墩上而言。每大类内再按吸收船舶碰撞能量的方式分为弹性变形型、压坏弹塑性变形型和变位重力和阻力型，其中有两种可分为二型，故共8种型式如下表81991年国
14、际桥梁和结构工程协会IABSE将通常使用的桥墩保护结构分为5类防护板系统支撑桩系统系缆桩系统人工岛或暗礁保护浮动保护系统按照桥、船和防撞设施三者损坏与不损坏来区分，可将防撞设施分为3类保护桥墩，防撞设施也不会撞坏。例如加大的承台、抛石人工岛等，它的刚性很大，不变形，因而也不吸收能量，撞上去的船必须吸收全部的碰撞动能，这样对船损坏最大。保护桥墩的同时防撞设施会损坏。例如欧洲内陆河流使用较多的木板围栏、木桩围栏、压坏沉箱、浮动吸能结构等。压坏变形就是吸能过程，防撞设施吸收了一部分船的动能，船的压坏变形便相应少一些。保护桥墩、保护船的同时防撞设施也不坏。例如1995年提出的三不坏吸能防撞装置以前有雏
15、形2双箱体结构柔性防撞装置21从两不坏到三不坏的飞跃最古老的桥墩防撞人工岛，可以保护桥不坏，而且人工岛也是撞不坏的，自古以来就是两不坏。但船坏了总不是个事，北欧很早就用木板或原木保护桥墩，由于木材易变形，以求保护桥的同时也保护船，这就是三不坏的思想，那时船较小直到现在欧洲内河仍有使用，木板、木桩也不需频繁修、换。岩井聪说的压坏变形型，现在用得较多，它在船侧撞墩时起较好的作用。如果防撞装置和船体都变形，变形能由防撞装置分担了一部分，船的损坏轻了。但若船头较小、较尖，撞上时镶人钢结构格子内，全部的动能都由压坏变形吸收；若船较大，防撞装置的比例小，则需由船体变形吸收大量的动能，船的破坏就大9了。三不
16、坏的原理就是分析了撞来船的能量很大，但只要能将船头拨开不镶住，能量仍保留在船上而参加交换的能量就很小。要能拨开船头必须防撞装置后退，这样就要求防撞系统的“力一变形”曲线是凹形的，即曲线的二次导数YO，这就是船撞上来时反力很小变形很大。22柔性防撞的物理意义3桥墩柔性防撞的物理意义是指初撞时反力小位移大、吸能大、反力作功小其中初撞时反力小位移大是容易实现的，用中空的管状或圈状的防撞元件便可以了，它的“力一位移”曲线FAL曲线的数学特征是凹曲线，即二阶导数大于零Y0但要同时吸能大，就不能用橡皮管、橡皮圈，因为橡皮弹性好、吸能少，基本上没有能量耗散图1A为橡胶厂给用户提供的碰垫的“力一位移”曲线只有
17、上升段，而且是用静载荷作出的，凸曲线为鼓形碰垫，凹曲线为管形碰垫可以看出中空的管状或圈状的防撞元件已经实现初撞时反力小位移大图1是笔者研制的钢丝绳复合耗能防撞圈的“力位移”曲线，包括吸能上升段和放能下降段两个部分图1橡胶碰垫和耗能防撞圈的“力位移”曲线图2是动态的“力位移”曲线，图中的曲线上升和下降段包络的面积代表消耗的能，图2A是橡胶鼓形碰垫，可以看出橡胶元件消耗的能很少于是研究出钢丝绳复合耗能防撞圈，其“力一位移”曲线见图2B，它上升和下降段包络的面积很大，能消耗7085左右的能回程曲线与横坐标包络10的面积代表回程时作用到船上的功可以看出鼓形碰垫这部分比例很大；钢丝绳复合耗能防撞圈与鼓形
18、碰垫相反，回程作用到船上的功很少图2动态“力位移”曲线围着的面积代表耗能23从单个吸能圈到防撞装置47现在生产的钢丝绳复合耗能防撞圈，大号的每个吸能10，000J50，000J，要成百上千个才能实现桥墩防撞，于是在防撞圈之外作一钢围，一方面将船撞上来的力及时分布到各个防撞圈，另一方面将船头滑开因此，这一外钢围必须强度大、刚性好图3是一段外钢围连同4个和8个防撞圈组成的11分段的动态“力一位移”图，4个圈的是单层，8个圈的是双层单层的后退400MM左右，双层的后退800MM左右说明4个圈在单层钢围的作用下得到联动，双层的分段在双层钢围的作用下也得到联动图3防撞装置分段的“力一位移”图有外钢围3柔
19、性耗能防撞装置应用实例81111桥梁的桥墩和其他水中柱桩防船撞的装置从力学和吸能的角度可分为弹性防撞元件、弹塑性防撞元件和粘性防撞元件三种。上海民生路渡口装设的两船进出航道当中的分隔桩，桩外有较大的钢围，桩与钢围之间装设橡胶管，这橡胶管就是弹性的防撞元件；上海奉浦大桥主航道两边桥墩承台周围装设的钢管浮式防撞装置，其中的钢管就是弹塑性的防撞元件；在这两种元件的基础上发展出粘性防撞元件，它可以有液态的、气态的和固态的形式。湛江海湾大桥用的是固态的粘性防撞元件，是由钢丝绳圈和橡胶复合制成的，它的性能有点像湿面团，初受载时变形很大，这就显示了充分的柔性，卸载时曲线陡降，这样上升下降回线包围的面积很大，
20、那么消耗掉的能量就很大，占到输入功的60以上，受冲击后不立刻反弹。湛江海湾大桥的防撞设施一个桥墩使用几百个防撞圈见图2，每个防撞圈消耗能量几万焦耳，外面用钢围使这几百个圈同期作用，以对付几万吨的大船，在受撞之后实现船头与防撞装置表面的相对滑动，拨开船头，使船的动能保留在船上而只有少部分参加交换。这样就在世界上第一次实现了对5万吨船的柔性防撞，第一次建造出一个浮式的、能降低撞击力的高耗能防撞装置。桥墩柔性防撞装置图4鼓型橡胶护舷应用传统橡胶护舷121612M型橡胶护舷防撞装置菠萝庙船厂码头原配置M型橡胶护舷防撞装置，现在码头从靠泊35000DWT船舶提升至76000DWT船舶，防撞装置主体M型橡
21、胶护舷能否满足使用要求，通过验算船舶靠泊产生的撞击力予以求证。1船舶撞击力船舶撞击力按76000DWT船舶控制。船舶靠岸时的有效撞击能量按下式计算E02MVN式中E0船舶的有效撞击能量KJP有效动量系数，取08M空载船舶质量T，按76000DWT船舶计算M16410TVN船舶靠岸时的法向速度MS，取008MSE0420KJ从计算结果得知76000DWT船舶靠泊时产生的撞击动能是420KJ。2M型橡胶护舷力学性能码头目前使用的是M型600H1500L橡胶护舷，标准反力为R6375KN，标准变形下吸能量为150KJ，能满足76000DWT船舶靠泊的使用要求。3M型橡胶护舷的结构M型橡胶护舷属拱型结
22、构见图L，其顶部比较宽，顶部的中间还设有一个U型沟，使护舷的顶部有较大的表面积，当船舶靠泊码头时，护舷施加船体的面压较低，对船体有较好的保护。13但是受到船舶的撞击时，会产生较大的不规则的变形，容易与冲压过来的船体发生局部贴服，在较大的摩擦力作用下，受船的拉动被撕裂，出现早期破坏。M6OOH1500L橡胶护舷只需6根固定螺栓，所以安装较方便。由于护舷本体重量达800KG，连同安装配件的总价格偏高。5充气护舷的应用1722随着运输船舶日趋大型化，对海上靠泊安全性的关注也提高到一个新的高度。原先使用的压缩型橡胶护舷已不能满足高冲撞能量吸收的需要，于是充气护舷应运而生。充气护舷利用压缩空气作缓冲介质
23、。当船舶冲撞挤压时，它会柔和地变形，不仅吸收能量大，而且作用于船舶的反压力很均匀，不会损伤船体及其涂层。所以它比起单纯依靠压缩弹性的橡胶护舷来说具有显著的优点。（1）高吸收能量吸收能量的大小是护舷器具的主要技术性能指标。随着船舶吨位的增长，靠泊作业时，船舶接触岸壁或其它船只的冲撞能量也成倍地增长。巨大的冲撞能量必须依赖于护舷的充分变形及足够的接触面积来吸收。充气护舷的压缩变形量可达到60以上，而且接触面积随着变形而迅速扩大，其吸收能量的能力远较其它护舷大得多。（2）超低反压力充气护舷中充的是低压气体，在压缩变形中内压的提高很有限。由于接触面积大，作用于船体表面的单位压力很低每平方米只有120K
24、N，与其它护舷器具相比较，就不是一般的低反压力了。（3）倾斜接触的适应性好对船舶来说，必须要有一定角度接岸、接舷的可能性。充气护舷对倾斜接触来说，其适应性要比其它护舷高得多。（4）浮于水面，船舶摇摆都能适用充气护舷浮于水面，随着海潮涨落相对于船舷的位置不会改变。尤其是船舶随着海浪起伏摇摆时，圆筒形的充气护舷随着滚动，磨擦力很小。因而不会伤船体表面的涂层，而且还能起到减摇减振的作用。6结语2324钢丝绳复合耗能防撞圈能达到柔性和高吸能；在众多防撞圈的外面包络强的14外钢围能使这些防撞圈达到高的受力同期性；外钢围尖形，能滑开船头，使大部分动能保留在船上而不参与交换实现了桥墩柔性防撞我要研究的课题是
25、基于圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防船撞击装置设计。该课题主要研究方向就是用圆柱橡胶密封气垫来代替钢丝绳复合耗能防撞圈。由于大型船舶的撞击能量非常大，而充气气垫最大的特点就是可以吸收巨大的能量，同时对船舶的反压力均匀。因此，圆柱橡胶密封气垫在桥梁防撞装置的设计中会有不错的应用前景。参考文献1陈国虞防御船撞桥的新装置及其机理研究A上海海洋钢结构研究所20072陈国虞防御船撞桥的桥墩防撞装置上海海洋钢结构研究所20013张巍，严少波，张文明薄壁桥墩防撞浮箱的设计与仿真A世界桥梁200724于波充气护舷系统的设计方法A船舶201015李干华，王大展各种橡胶护舷防撞装置在修船码头的应用分析建造工艺2007
26、6孙菊香,朱珉虎充气护舷当今世界流行的船舶防撞装备A船舶201047陈国虞，张政“柔性耗能防撞”项目技术的沿革城市道桥与防洪200858陈国虞，张政柔性耗能防撞装置中采用的新技术城市道桥与防洪200879岳磊，黄翔。浮箱式桥墩防撞设施设计中外公路2009410陈国虞，张政权柔性耗能防撞装置的应用城市道桥与防洪2008811张海涛，张琪，李万富大型橡胶护舷的研制B橡胶工业20045112郭丽娜，唐长刚，周风华，杨黎明桥墩柔性防撞装置的静态等效弹性系数A宁波大学学报理工版2010213夏飞桥梁防撞系统的发展A中国水运2008114王克洪桥梁主墩浮式柔性防撞护套A武汉水利电力大学学报1994615郑
27、明军，聂国权，程京平橡胶夹层复合材料粘结界面应力应变研15究A石家庄铁道学院学报2004216杨永坚船舶撞击桥梁研究及预防对策A硅谷200817陈国虞三个“桥墩防撞设计指南、规范”的对比研究城市道桥与防洪2009218孙菊香,朱珉虎我国浮式充气靠球护舷研制开发与标准制订船艇工业2005519顾红军,赵国志高聚物复合材料动力学性能实验研究振动与冲击2003220HOLGERSVENSSONPROTECTIONOFBRIDGEPIERSAGAINSTSHIPCOLLISIONSTEELCONSTRUCTION22009,NO121WVMARS,AFATEMIALITERATURESURVEYONF
28、ATIGUEANALYSISAPPROACHESFORRUBBERINTERNATIONALJOURNALOFFATIGUE24200294996122YONGCHENA,ZPTONGC,HXHUAA,YWANGBANDHYGOUAEXPERIMENTALINVESTIGATIONONTHEDYNAMICRESPONSEOFSCALEDSHIPMODELWITHRUBBERSANDWICHCOATINGSSUBJECTEDTOUNDERWATEREXPLOSIONINTERNATIONALJOURNALOFIMPACTENGINEERINGVOLUME36,ISSUE2,FEBRUARY200
29、9,PAGES31832823ZHIYUJIANG,MINTONGGUOPTIMIZATIONOFAFENDERSTRUCTUREFORTHECRASHWORTHINESSDESIGNMATERIALSANDDESIGN3120101085109524GOKDENIZNESER_,DENIZUNSALANDYNAMICSOFSHIPSANDFENDERSDURINGBERTHINGINATIMEDOMAINOCEANENGINEERING3320061919193416本科毕业论文（20届）基于圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防船撞击装置设计17摘要摘要桥是跨航道的重要通道，桥墩作为航道中的障碍物，
30、由于自然和人为条件的多变，容易出现船撞桥墩的事故。双箱体结构的防船撞击装置是一种新的桥墩防撞装置，随着桥梁防撞装置的不断发展，它正在逐渐成为桥梁防撞装置中的主流设计。本文主要借鉴目前国内比较成熟的充气橡胶护舷技术，以此为基础设计了一种可应用在桥梁防撞装置中的圆柱橡胶密封气垫，来替代橡胶钢丝复合防撞圈。这种元件构成的防撞装置关键在于初撞时会后退，以此改变船的方向，使船的动能保留在碰撞后的船上。能量交换少了，三不坏防撞设施就容易实现了。它具有吸收能量大，碰撞反作用力小，倾斜接触适应能力好以及浮于水面等优点。本文通过理论计算进行了可行性分析和强度验算,然后运用了ANSYS软件对设计的气垫进行了仿真受
31、力试验，并且根据有限元分析的结果对结构进行了优化设计。最后在新型柔性耗能部件的基础上，结合工程实际设计了一种全新的双箱体防船撞击装置。关键词柔性耗能；桥梁防撞；圆柱橡胶气垫；双箱体结构；有限元。18ABSTRACTBRIDGEISANIMPORTANTCHANNEL,PIERISTHEOBSTACLESACROSSTHECHANNELBECAUSEOFNATURALANDHUMANCONDITIONCHANGEABLE,ITISPRONETOBOATPIERACCIDENTSDOUBLEBOXSTRUCTUREANTISHIPCOLLISIONDEVICEISANEWBRIDGEPIERANT
32、ICOLLISIONDEVICEWITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFBRIDGEANTICOLLISIONDEVICE,ITISGRADUALLYBECOMINGTHEMAINSTREAMAMONGBRIDGEANTICOLLISIONDEVICETHISARTICLEMAINLYREFERENCEDTHECURRENTDOMESTICMATUREINFLATABLERUBBERFENDERSTECHNOLOGYBASEDONTHISTECHNOLOGY，IDESIGNEDACYLINDRICALRUBBERSEALINGAIRCUSHIONTHATCANBEAPPLI
33、EDINABRIDGEANTICOLLISIONDEVICE,WHICHAREUSEDTOREPLACERUBBERWIRECOMPOSITEBULLRINGTHEKEYCOMPONENTSOFTHISANTICOLLISIONDEVICEISTHATITWILLRECEDEINTOTHEDIRECTIONOFTHESHIP,CHANGETHESHIPDIRECTION,ANDKEEPINGKINETICENERGYRESERVESONTHESHIPEXCHANGEOFENERGYLESS,SOTHATTHREENOBADIMPACTPROOFFACILITIESISEASYTOREALIZE
34、ITSMERITSARELARGEABSORPTIONENERGY,COLLISIONANDTILTCONTACTREACTIONSMALL,ABILITYTOADAPTINCLINEDCONTACTANDFLOATSONTHEWATER,ETCTHROUGHTHEORETICALCALCULATION，IMAKEFEASIBILITYANALYSESANDINTENSITYCHECKINGTHENUSINGANSYSSOFTWARETODESIGNOFAIRCUSHIONISSIMULATEDSTRESSTESTANDACCORDINGTOTHERESULTSOFFINITEELEMENTA
35、NALYSISFORTHEOPTIMIZATIONDESIGNFORBETTERSTRUCTUREFINALLY,BASEDONTHENEWFLEXIBLEANDENERGYPARTS,DESIGNEDAKINDOFBRANDNEWDOUBLECABINETPREVENTSHIPCOLLISIONDEVICECOMBINEWITHACTUALPROJECTKEYWORDSFLEXIBLEENERGY；BRIDGEIMPACTPROOF；CYLINDRICALRUBBERCUSHIONS；DOUBLEENCLOSURESTRUCTURE；FINITEELEMENT19目录摘要17目录191绪论2
36、211桥梁防撞系统22111桥梁防撞发展现状2212船舶充气护舷的应用24121高吸收能量25122超低反压力25123倾斜接触的适应性好25124浮于水面2513毕业设计（论文）的选题意义与研究内容25131毕业论文选题意义25132毕业设计所做的工作262圆柱橡胶密封气垫结构设计2721橡胶材料选择27211外层橡胶材料27212内层橡胶材料2822总体结构设计29221受压结构29222内部结构31223圆柱气垫与内外钢围的连接3223圆柱橡胶气垫的生产工艺34231成型工艺34232橡胶部件的粘结373圆柱橡胶气垫和连接件的强度验算以及有限元分析382031连接件强度验算3832圆柱橡
37、胶气垫受拉力4033圆柱橡胶气垫结构受压41331原始压强作用下41332工作压强下4134圆柱气垫受拉时的有限元分析42341建立模型并划分网格42342加载拉力43343结果后处理4435圆柱气垫受压时的有限元分析46351建立模型并划分网格46352加载压力46353结果后处理4736结构优化494基于圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防撞装置的实际应用设计5141防撞装置用途5142象山港公路大桥概况5143防撞装置的工作原理及结构特征52431防撞装置的特点52432防撞装置的结构型式5244防撞装置结构53441内钢围（内浮箱）53442外钢围54443立柱和拉索54444舾装件54445
38、防腐涂装54446减摩材料5445防撞装置的维修保养55451内、外钢围的长期防腐设计55452装置撞坏后的维修55453防撞气垫的维修5546防撞装置主要材料及用量5647适用技术标准及规范565结论与展望5721参考文献58致谢错误未定义书签。附录61221绪论11桥梁防撞系统桥是跨航道的重要通道，桥墩是航道中的障碍物，由于自然和人为条件的多变，容易出现船撞桥墩的事故。历史上有大承台、人工岛等行之有效的防撞设施，长期保护了桥；后来出现木栅、钢链和浮舟等设施，希望除了保护桥之外也保护船，但这些设施比较易坏。随着人们进一步要求桥、船和防撞设施三者都不坏简称三不坏，于是就出现了会后退的外刚内柔的
39、三不坏防撞装置。从分析防撞要求人手，得出理想的防撞“力一位移”曲线的型式，制造出这种型式的元件。这种元件构成的防撞装置关键在于初撞时会后退，从而改变船的方向，使船的动能保留在碰撞后的船上。交换的能量少了，三不坏防撞设施就易于实现了。1111桥梁防撞发展现状上世纪人类明确提出防灾减灾的要求，并且在联合国已组成相应机构，国内的研究结果也明确提出桥墩防撞装置应该满足以下要求2,31防撞装置能被桥梁、船舶运输和港航管理三方面共同接受。2应尽量少占地方，不碍航。3能应适应水位变化的要求枯水、洪水；涨潮、退潮。4吸收能量的能能力要大，而且要可以将船的动能仍保留在船上。5撞后应可以自行恢复，不需维修。6该装
40、置应安装、施工方便，成本低，便于桥梁方在建桥时同时建设，现在一般可做到只占桥梁建设费用的5左右。7不因设置防撞装置而增加新的问题，如回流沉积、妨碍捕捞养殖等。双箱体结构柔性防撞装置5,6,71从两不坏到三不坏的飞跃最古老的桥墩防撞人工岛，可以保护桥不坏，而且人工岛也是撞不坏的，自古以来就是两不坏。但船坏了总不是个事，北欧很早就用木板或原木保护桥墩，由于木材易变形，以求保护桥的同时也保护船，这就是三不坏的思想，那时船较小直到现在欧洲内河仍有使用，木板、木桩也不需频繁修、换。23三不坏的原理就是分析了撞来船的能量很大，但只要能将船头拨开不镶住，能量仍保留在船上而参加交换的能量就很小。要能拨开船头必
41、须防撞装置后退，这样就要求防撞系统的“力一变形”曲线是凹形的，即曲线的二次导数YO，这就是船撞上来时反力很小变形很大。2柔性防撞的物理意义8桥墩柔性防撞的物理意义是指初撞时反力小位移大、吸能大、反力作功小其中初撞时反力小位移大是容易实现的，用中空的管状或圈状的防撞元件便可以了，它的“力一位移”曲线FAL曲线的数学特征是凹曲线，即二阶导数大于零Y0但要同时吸能大，就不能用橡皮管、橡皮圈，因为橡皮弹性好、吸能少，基本上没有能量耗散图1A为橡胶厂给用户提供的碰垫的“力一位移”曲线9只有上升段，而且是用静载荷作出的，凸曲线为鼓形碰垫，凹曲线为管形碰垫可以看出中空的管状或圈状的防撞元件已经实现初撞时反力
42、小位移大图11是钢丝绳复合耗能防撞圈的“力位移”曲线，包括吸能上升段和放能下降段两个部分图11橡胶碰垫和耗能防撞圈的“力位移”曲线图12是动态的“力位移”曲线10，图中的曲线上升和下降段包络的面积代表消耗的能，图2A是橡胶鼓形碰垫，可以看出橡胶元件消耗的能很少于是研究出钢丝绳复合耗能防撞圈，其“力一位移”曲线见图2B，它上升和下降段包络的面积很大，能消耗70至85左右的能11回程曲线与横坐标包络的面积代表回程时作用到船上的功可以看出鼓形碰垫这部分比例很大；钢丝绳复合耗能防撞圈与鼓形碰垫相反，回程作用到船上的功很少24图12动态“力位移”曲线围着的面积代表耗能3从单个吸能圈到防撞装置现在生产的钢
43、丝绳复合耗能防撞圈，大号（外径800MM）的每个吸能10000J到50000J12，要成百上千个才能实现桥墩防撞，于是在防撞圈之外作一钢围，一方面将船撞上来的力及时分布到各个防撞圈，另一方面将船头滑开因此，这一外钢围必须强度大、刚性好图13是一段外钢围连同4个和8个防撞圈组成的11分段的动态“力一位移”图13，4个圈的是单层，8个圈的是双层单层的后退400MM左右，双层的后退800MM左右说明4个圈在单层钢围的作用下得到联动，双层的分段在双层钢围的作用下也得到联动图13防撞装置分段的“力一位移”图有外钢围12船舶充气护舷的应用随着运输船舶日趋大型化，对海上靠泊安全性的关注也提高到一个新的高度。
44、原先使用的压缩型橡胶护舷14已不能满足高冲撞能量吸收的需要，于是充气护舷15应运而生。充气护舷利用压缩空气作缓冲介质。当船舶冲撞挤压时，它会柔和地变形，25不仅吸收能量大，而且作用于船舶的反压力很均匀，不会损伤船体及其涂层。所以它比起单纯依靠压缩弹性的橡胶护舷来说具有显著的优点。121高吸收能量吸收能量16的大小是护舷器具的主要技术性能指标。随着船舶吨位的增长，靠泊作业时，船舶接触岸壁或其它船只的冲撞能量也成倍地增长。巨大的冲撞能量必须依赖于护舷的充分变形及足够的接触面积来吸收。充气护舷的压缩变形量可达到60以上，而且接触面积随着变形而迅速扩大，其吸收能量的能力远较其它护舷大得多。122超低反
45、压力充气护舷中充的是低压气体，在压缩变形中内压的提高很有限。由于接触面积大，作用于船体表面的单位压力很低每平方米只有120KN17，与其它护舷器具相比较，就不是一般的低反压力了。123倾斜接触的适应性好对船舶来说，必须要有一定角度接岸、接舷的可能性。充气护舷对倾斜接触来说，其适应性要比其它护舷高得多。124浮于水面船舶摇摆都能适用充气护舷浮于水面，随着海潮涨落相对于船舷的位置不会改变。尤其是船舶随着海浪起伏摇摆时，圆筒形的充气护舷随着滚动，磨擦力很小。因而不会损伤船体表面的涂层，而且还能起到减摇减振的作用。13毕业设计（论文）的选题意义与研究内容131毕业论文选题意义双箱体柔性防撞设施一个过渡
46、桥墩使用数十个防撞圈，每个防撞圈消耗能量几万焦耳，外面用钢围使这几十个圈同期作用，以对付几万吨的大船，在受撞之后实现船头与防撞装置表面的相对滑动，拨开船头，使船的动能保留在船上而只有少部分参加交换。这样就实现了对5万吨船的柔性防撞，建造出一个浮式的、能降低撞击力的高耗能防撞装置。我研究的课题是基于圆柱橡胶密封气垫双箱体结构防船撞击装置设计。该课26题主要研究方向就是用圆柱橡胶密封气垫来代替钢丝绳复合耗能防撞圈。由于大型船舶的撞击能量非常大，而充气气垫最大的特点就是可以吸收巨大的能量，同时对船舶的反压力均匀。因此，圆柱橡胶密封气垫在桥梁防撞装置的设计中会有不错的应用前景。132毕业设计所做的工作
47、本次设计是圆柱橡胶密封气垫结构设计的探索研究和双箱体防撞结构的总体设计装配，具体内容如下1分析橡胶护舷（垫）的原理及特点，制定独特的圆柱橡胶密封气垫设计方案。2完成圆柱橡胶密封气垫结构设计和建立三维实体模型。3ANSYS有限元对建立圆柱橡胶密封气垫结构分析模型。4用有限元分析对圆柱橡胶密封气垫结构进行优化设计。5完成圆柱橡胶密封气垫双箱体装置的典型应用设计。6采用PRO/E等软件设计装配装置的三维实体模型，完成二维装配图和主要部件工程图。272圆柱橡胶密封气垫结构设计21橡胶材料选择橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。
48、橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（TG）低，分子量往往很大，大于几十万18,19。211外层橡胶材料由于双箱体柔性防撞装置属于浮式防护结构，因此其二分之一体上的体积长期沉浸在海水中。常年的海水浸泡很容易对橡胶产生腐蚀，而且橡胶的老化对整个气垫结构也会产生很大的危害。橡胶老化会发生龟裂、硬化等现象，使得气垫破裂，失去作用。综合这些情况，可以列出圆柱气垫外层材料需具备的要素第一，抗腐蚀能力强；第二，耐老化性好；第三，弹性好耐磨性强；第四，抗撕裂能力好20,21。根据这些要素，在211所述的常用橡胶材料中，选择使用顺丁橡胶（BR）和天然橡胶（NR）混合使用。下面简要介绍一下两种橡胶的特性
49、22（1）顺丁橡胶的性能由于顺丁橡胶的分子结构主要是顺式1，4结构，分子排列规整，所以其弹性比天然橡胶还好。顺丁橡胶的玻璃化温度TG105，故它的低温物理性能很好，耐寒温度低于55。弹性是通用橡胶中最好的一种。特点耐热性与天然橡胶相同，都为120，但耐热老化性能却优于天然橡胶。拉伸强度比天然橡胶、丁苯橡胶都低，因此必须加入炭黑等补强剂。撕裂强度也比天然橡胶低，抗湿滑性能不好，用于轮胎胎面、鞋底时，在湿路上易打滑。顺28丁橡胶的耐磨性优异，滞后损失小，生热低，这对制品在多次变形下的生热和永久变形的降低都十分有利。应用主要用于制造轮胎，还可用于制造耐磨制品（如胶鞋、胶辊）、耐寒制品和防震制品，可作为塑料的改性剂。顺丁橡胶可与多种橡胶并用。制造乘用汽车轮时，可与丁苯橡胶并用，并用量为3550。制造载重汽车轮胎胎面时，常与天然橡胶并用，并用量为2550。用于重型越野汽车轮胎胎面时，天然橡胶75份，顺丁橡胶25份较好。用于胶布时，一般与丁苯橡胶并用，并用量为1530。用于制造轮胎胎侧时可与氯丁橡胶并用，以提高耐低温性能。顺丁橡胶也可与氯磺化聚乙烯并用。（2）天然橡胶
