船用气囊变形量与内压及承载力的安全检测方法

摘要

一种船舶与海洋工程应用领域的船用气囊变形量与内压及承载力的安全检测方法，通过测量船用气囊囊体材料特性，确定囊体材料的应力应变关系；在船用气囊承载变形的任意工况下实时测量船用气囊的压缩变形量，通过船用气囊承压变形本构方程计算出相应的承载力和内部气体压力；或者实时测量船用气囊的内部气体压力计算得到相应的承载力和变形量；根据船用气囊囊体材料强度极限和气体状态方程计算得到船用气囊囊体材料的极限变形，即安全极限，用于船用气囊的检测。本发明结合囊体材料实验，提高船用气囊设计以及下水使用的安全性、科学性。

主权项

一种船用气囊变形量与内压及承载力的安全检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，测量船用气囊囊体材料特性：根据对囊体材料的主应力轴拉伸实验获得的材料力学特性，确定囊体材料的应力应变关系，即船用气囊承压变形本构方程；步骤2，在船用气囊承载变形的任意工况下实时测量船用气囊的压缩变形量，根据船用气囊承压变形本构方程计算出相应的承载力和内部气体压力；或者实时测量船用气囊的内部气体压力计算得到相应的承载力和变形量；步骤3，根据船用气囊囊体材料强度极限和气体状态方程计算得到船用气囊囊体材料的极限变形，即安全极限，用于船用气囊的检测；所述的船用气囊承压变形本构方程综合囊体材料特征、气体状态方程、船用气囊承压前后几何变形及薄壁压力容器理论，具体为：$\left\{\begin{array}{c}{P}_2=\frac{P_1\frac{\pi }{4}{D_1}^{2}L}{\left((\mathrm{BH}+\frac{H}{2}▿)(L+g\left(\frac{P_{2}R}{2t}\right))\right))}\\ B=\frac{({\mathrm{\pi D}}_1+\frac{{\mathrm{\theta D}}_1}{2}-f\left(\frac{P_{2}R}{t}\right))}{2}\\ F=P_{2}B(L+g\left(\frac{P_{2}R}{2t}\right))\\ H=2R\sin \frac{\theta }{2}\end{array}\right.;$其中：L为船用气囊的有效承载长度，t表示囊体材料的厚度，R表示承压变形后气囊非受压圆弧半径，f()、g()分别为横向和纵向囊体的应力和应变关系多项式，根据材料力学实验得到的相关参数代入；初始状态下船用气囊的直径为D₁，承载压缩后高度为H，受压接触长度为B，对应的圆心角为θ，内压为P，下标1表示船用气囊的空载初始状态，下标2表示船用气囊承载变形后稳定状态，囊体受压变形收缩，囊内气体随之压缩，内力增大，提供更大的承载力，支撑下水时船体的相关重量。