拖曳水池假底結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 立題背景及研究意義1</p><p>　　1.2 拖曳水池的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 pa

2、tran軟件的簡(jiǎn)介說(shuō)明6</p><p>　　1.4課題研究背景和內(nèi)容9</p><p>　　1.5本課題主要研究工作10</p><p>　　第二章 PVC假底板材的特性11</p><p>　　2.1 概述：拖曳水池假底結(jié)構(gòu)材料考慮11</p><p>　　2.2 PVC基本特性11</p

3、><p>　　2.3 PVC材料的優(yōu)越性:11</p><p>　　2.4 PVC板材的種類(lèi)及特性13</p><p>　　第三章： 校實(shí)驗(yàn)室拖曳水池假底結(jié)構(gòu)尺寸確定15</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)方案15</p><p>　　3.2 PVC假底結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)圖15</p><p>

4、;　　3.3 型材料的尺度17</p><p>　　3.5 水池長(zhǎng)度S19</p><p>　　3.6 性能檢測(cè)21</p><p>　　3.7 水池主尺度設(shè)計(jì)計(jì)算23</p><p>　　第四章：拖車(chē)機(jī)械部分技術(shù)要求25</p><p><b>　　4.1 組成25</b><

5、/p><p>　　4.2 拖車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算25</p><p>　　4.3 拖車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算26</p><p>　　4.4 中央測(cè)橋系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算31</p><p>　　4.5 工作平臺(tái)32</p><p>　　4.6導(dǎo)向輪系33</p><p><b>　　4.7清掃

6、器33</b></p><p><b>　　4.8滑道33</b></p><p>　　4.9壓緩沖器33</p><p>　　4.10 假底結(jié)構(gòu)的尺寸、載荷33</p><p>　　第五章 patran軟件模型的建立：35</p><p>　　5.1應(yīng)力如何施加35<

7、;/p><p>　　5.2建立一個(gè)三角形的壓載：35</p><p>　　6.2 PVC板面變形與鋼材變形58</p><p>　　第六章：結(jié)論和展望61</p><p><b>　　6.1結(jié)論61</b></p><p><b>　　6.2展望61</b></p

8、><p><b>　　致謝62</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)63</b></p><p>　　拖曳水池假底結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　船模拖曳水池是進(jìn)行船舶性能試驗(yàn)研究的基本設(shè)備，它對(duì)

9、提高船舶的航行性能，促進(jìn)船舶科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和培養(yǎng)這方面的專(zhuān)門(mén)人才起著極為重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)各高校、研究院已建有不少拖曳水池，但大多數(shù)水池中只能測(cè)試固定水深的情況下的數(shù)據(jù)，可以一個(gè)水池測(cè)多個(gè)水深的拖曳水池極少。針對(duì)這一情況，本文采用理論分析、數(shù)值計(jì)算和模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行了拖曳水池假底結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。拖曳水池假底結(jié)構(gòu)有框架、水池平行的滑輪、PVC鋪板等構(gòu)件構(gòu)成。本文闡述了拖曳水池假底結(jié)構(gòu)在各種工況下面的應(yīng)力、變形等的特點(diǎn)。各種材料的優(yōu)越

10、性能。介紹了拖曳水池假底結(jié)構(gòu)水池方案的設(shè)計(jì)。假底結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)的組成，重點(diǎn)確定了船模拖曳水池假底結(jié)構(gòu)的主尺度，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的假底滑輪軌道，講述了假底結(jié)構(gòu)的功用。最終形成一套較為完整的方案，可以作為一次試驗(yàn)多個(gè)結(jié)果。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 船舶；性能試驗(yàn)；拖曳水池；假底結(jié)構(gòu)功用；方案設(shè)計(jì)</p><p>　　Towing tank bottom structure strength

11、 calculation</p><p>　　[Abstract] Water towing tank is the basic equipment of the ship performance tests. It plays extremely an important role in improving the navigational performance promoting the developme

12、nt of ship science and technology and cultivating the professional personnel. At present, some universities and research institutes have built many towing tanks, But most of the pond test only fixed data of water depth,

13、a pool of water depth measuring more drag pool rarely in view of this situation, the paper nume</p><p>　　[Key words] performance test；towing basin；the function of False bottom structure; project design 。 &

14、lt;/p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　船模拖曳水池，風(fēng)浪流水池或耐波性水池，操縱性水池和循環(huán)水槽是支撐船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)船舶性能學(xué)科的關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)。其中，船模拖曳水池是效費(fèi)比最高的。船模拖曳水池是進(jìn)行船舶快速性試驗(yàn)研究的基本設(shè)備。其作用在于造成模型在水面做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。除了船舶快速性試驗(yàn)外，隨著造波機(jī)的應(yīng)用，船舶操縱性和耐波性的部分試

15、驗(yàn)項(xiàng)目也可以在拖曳水池中進(jìn)行，但是拖曳水池進(jìn)行的試驗(yàn)只能是在深海中進(jìn)行，沒(méi)有近海試驗(yàn)，假底結(jié)構(gòu)可以驗(yàn)證船體航行。因此，船模拖曳水池已成為船舶性能試驗(yàn)的最主要的設(shè)備。</p><p>　　船模拖曳水池是進(jìn)行船舶性能試驗(yàn)研究的基本設(shè)備，它對(duì)提高船舶的航行性能，促進(jìn)船舶科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和培養(yǎng)這方面的專(zhuān)門(mén)人才起著極為重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)各高校、研究院已建有不少拖曳水池，但大多數(shù)水池中只能測(cè)試固定水深的情況下的數(shù)據(jù)，可以一

16、個(gè)水池測(cè)多個(gè)水深的拖曳水池極少。針對(duì)這一情況，本文采用理論分析、數(shù)值計(jì)算和模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行了拖曳水池假底結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。拖曳水池假底結(jié)構(gòu)有框架、水池平行的滑輪、PVC鋪板等構(gòu)件構(gòu)成。本文闡述了拖曳水池假底結(jié)構(gòu)在各種工況下面的應(yīng)力、變形等的特點(diǎn)。各種材料的優(yōu)越性能。介紹了拖曳水池假底結(jié)構(gòu)水池方案的設(shè)計(jì)。假底結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)的組成，重點(diǎn)確定了船模拖曳水池假底結(jié)構(gòu)的主尺度，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的假底滑輪軌道，講述了假底結(jié)構(gòu)的功用。最終形成一套較為完整

17、的方案，拖曳水池的底結(jié)構(gòu)一般都是固定的，只能測(cè)試一種水深的數(shù)據(jù)值，有一定的局限性。假底結(jié)構(gòu)剛好解決了這個(gè)問(wèn)題，可以在一個(gè)水池里同時(shí)試驗(yàn)不同的環(huán)境下的船模數(shù)據(jù)?？梢砸怀囟嘤茫吹玫酱Ｔ谏钏械臄?shù)值，也可以得到一個(gè)淺水航行的數(shù)據(jù)，節(jié)省了很多工作時(shí)間。</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮很多方面的因素。從實(shí)際考慮出發(fā)，考慮到現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的尺寸長(zhǎng)度，量取實(shí)驗(yàn)室水池的尺寸長(zhǎng)度嗎，確定大致尺寸大小。這些直接影響著實(shí)驗(yàn)室

18、數(shù)據(jù)的測(cè)量。、</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　1. 假底結(jié)構(gòu)尺寸大小要符合試驗(yàn)要求，考慮到實(shí)驗(yàn)室水池模型船不是很大，取寬度方向上4米寬度。</p><p>　　2.假底結(jié)構(gòu)安裝要簡(jiǎn)單可行，考慮到實(shí)驗(yàn)室假底結(jié)構(gòu)安放在水下面，安裝、拆卸過(guò)程要簡(jiǎn)單可行、易操作。</p><p>　　3.假底結(jié)

19、構(gòu)的各種材料密度要取合適，考慮到假底結(jié)構(gòu)安放在水池下，密度不能太大，會(huì)引起自身重量的壓載。所以要取版面材料跟水密度差不多的PVC板。</p><p>　　4. 船模試驗(yàn)時(shí)候假底結(jié)構(gòu)的鋼材不超出許用應(yīng)力，假底結(jié)構(gòu)下面鋪設(shè)的是鋼材結(jié)構(gòu)必須符合強(qiáng)度要求。</p><p>　　5.假底板面不出現(xiàn)大的變形，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)會(huì)對(duì)鋼材一個(gè)壓載，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)變形，此變形不應(yīng)太大。</p><p

20、>　　1.1 立題背景及研究意義</p><p>　　快速性是船舶諸性能（如浮性、穩(wěn)性、抗沉性、快速性、耐波性、操縱性）中的重要性能之一?？焖傩缘膬?yōu)劣，對(duì)民用船舶來(lái)說(shuō)將在一定程度上影響船舶的使用性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)軍用艦艇而言，快速性與提高艦艇的作戰(zhàn)性能密切相關(guān)。研究快速性的方法有：理論研究方法、試驗(yàn)方法和數(shù)值模擬。其中試驗(yàn)方法又包括船模試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)。船模試驗(yàn)是目前研究船舶快速性的主要方法。它是把按比例縮小若干

21、倍的船舶模型，置于人工修建的水池里，模擬實(shí)船在水中的各種運(yùn)動(dòng)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探索船舶的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的船型，在船舶工程發(fā)展史上，這是一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的重大技術(shù)革新。很多優(yōu)良船型或槳型幾乎都是通過(guò)大量模型試驗(yàn)而得到的。而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)——拖曳水池好比“人造海洋”，能以不同速度拖曳按比例縮小的船模，并模擬各種波浪條件，驗(yàn)證船舶的流體動(dòng)力學(xué)等性能。但是水池的深度只能是固定的深度，有一定額局限性。假底結(jié)構(gòu)剛好解決了水池的深度不同

22、的問(wèn)題。應(yīng)用模型試驗(yàn)來(lái)研究船舶快速性的優(yōu)點(diǎn)在于，它不僅簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且可以為造船工程提供定量數(shù)據(jù)。實(shí)際上進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)時(shí)，即使在初步設(shè)計(jì)階段，也可能要做模型試驗(yàn)，進(jìn)行方案比較，特別是一些較為重要的船舶幾乎沒(méi)</p><p>　　運(yùn)行穩(wěn)定性好；適用于水面和水下試驗(yàn)；重復(fù)利用率高；經(jīng)濟(jì)成本低。拖曳水池的優(yōu)勢(shì)還包括，采用其它設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特的流場(chǎng)可視化技術(shù)，能相對(duì)容易地研究加速、減速水流，以及在靜水中可以忽略背景運(yùn)動(dòng)等

23、。除了船舶領(lǐng)域，在航天、航空和汽車(chē)工程中，需要特殊模擬時(shí)，如高雷諾數(shù)，也要借助于水池試驗(yàn)。海洋工程的結(jié)構(gòu)件，特別是深水中的結(jié)構(gòu)件，多要在拖曳水池中試驗(yàn)，以確定其負(fù)載。目前，我國(guó)拖曳水池的技術(shù)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)際水平，而對(duì)其進(jìn)行研究探索是非常有必要，非常緊迫的事情。現(xiàn)在，俄羅斯、烏克蘭他們的技術(shù)水平是最高的，試驗(yàn)設(shè)施也非常先進(jìn)；像美國(guó)、德國(guó)也處于相當(dāng)高的地位了，他們都積極進(jìn)行各方面的研究。浙江省瀕臨東海，具有26 萬(wàn)平方公里的海域和650

24、0 公里的海岸線(xiàn)，自古以來(lái)都是個(gè)航運(yùn)業(yè)十分發(fā)達(dá)的省份，尤其在寧波、舟山區(qū)域，有著得天獨(dú)厚的深水良港，往來(lái)船舶眾多。有利的行業(yè)優(yōu)勢(shì)也促進(jìn)著浙江省內(nèi)船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展。在2005 年，浙江海洋學(xué)院建成了浙江省唯一一座船模拖曳水池，填補(bǔ)了一大空白。但縱觀(guān)國(guó)內(nèi)各水池，大都針對(duì)中、低速船舶，這其中自然是考慮到航運(yùn)以商船為主，而商船又多屬于中、低速船的范圍，然而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)</p><p>　　1.2 拖曳水池的發(fā)展現(xiàn)

25、狀</p><p>　　大約在十八世紀(jì)中葉，瑞典著名的造船師F·H·查普曼（Feriderie HenderieChapman）為了設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的瑞典海軍戰(zhàn)艦，建造了全世界第一個(gè)船模實(shí)驗(yàn)水池。他設(shè)計(jì)出一套結(jié)構(gòu)精巧的裝置，利用下落的重物作為拖曳船模的動(dòng)力。在查普曼帶動(dòng)下，其他一些歐洲國(guó)家也開(kāi)始修建水池進(jìn)行船模實(shí)驗(yàn)，如1761 年英國(guó)皇家技藝學(xué)會(huì)（Royal Society of Arts）在倫敦

26、的無(wú)敵水池（Peer less Pool）進(jìn)行的船模實(shí)驗(yàn)，以及法國(guó)軍事學(xué)校用水池實(shí)驗(yàn)研究狹窄水道效應(yīng)等[2]。弗勞德于1871 年創(chuàng)建了世界上第一個(gè)船模拖曳水池，即長(zhǎng)85m，寬11m，深3m，最大拖曳速度5m/s，完成了船模拖曳阻力試驗(yàn)[7]。1900 年泰勒(D.W.Taylor)為美國(guó)海軍建立了第一座自行式拖曳水池，此后的一百多年來(lái)世界各國(guó)相繼建造的拖曳水池已有150 余座池長(zhǎng)超過(guò)一百米的約占半數(shù)。</p><p

27、>　　1.2.1 國(guó)外拖曳水池現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)外有不少歷史悠久的船舶研究所，普遍都擁有設(shè)備完善的船模試驗(yàn)水池，國(guó)外主要的拖曳水池 水池所在地建造年代水池尺寸 (長(zhǎng)×寬×深)(m)、拖車(chē)速度(m/s)、模長(zhǎng)(m)、特點(diǎn)。</p><p>　　費(fèi)爾頓(英) 1957 400×14.6×7.6 15.2 10 深水高速</p>

28、;<p>　　哈斯勒(英) 1931 271×12.2×5.5 7.5 10 深水池</p><p>　　華盛頓(美) 1941 363.3×15.8×3 9.3 10 淺水池</p><p>　　華盛頓(美) 1973 904×6.4×3 16.5 2～6 高速池</p><p>　　圣彼得

29、堡(俄) 1965 653×15×7 16 4～8 深水池</p><p>　　圣彼得堡(俄) 1891 141.7×6.7×3.3 5.5 3～5 深水池</p><p>　　巴黎(法) 1906 160×9.8×4 5.5 3～6 深水池</p><p>　　巴黎(法) 1978 1150×5

30、.6×3 40 2～6 高速池</p><p>　　瓦格寧根(荷) 1951 252×10.5×5.5 9 10 深水池</p><p>　　瓦格寧根(荷) 1958 220×16×1.25 3 10 淺水池</p><p>　　東京(日) 1958 255×2.5×7.25 10 10 深水池&

31、lt;/p><p>　　東京(日) 1958 346.5×6×3 15 1～4 高速池</p><p>　　漢堡(德) 1976 300×18×6 8 2～12 深水寬池,有PMM</p><p>　　波蘭 1973 246.5×11.95×5.8 12 3～8 深水池</p><p>

32、　　意大利 1974 453.6×13.5×6.5 15 2～5 高速池</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)拖曳水池現(xiàn)狀</p><p>　　在我國(guó)，上世紀(jì)50 年代初在上海建成了我國(guó)第一個(gè)船模試驗(yàn)池，60 年代七○二所又在無(wú)錫建成了大型深水拖曳水池、大型空泡水筒、耐波性水池、旋臂水池等大型試驗(yàn)室。上海交通大學(xué)等單位也陸續(xù)建了拖曳水池及空泡水筒等船舶科研設(shè)施。目前，我

33、國(guó)有大小拖曳水池十余座，分布在船研所和大學(xué)中，其中大多數(shù)建于上世紀(jì)七八十年代。近幾年，船模拖曳水池有一個(gè)改建的小高潮，多數(shù)水池進(jìn)行了拖車(chē)電控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等改造。武漢理工大學(xué)對(duì)船池以及拖車(chē)重新制造。浙江海洋學(xué)院也于2005 年新建了一個(gè)船模拖曳水池,是浙江省唯一一座船模拖曳水池。到了2009 年5 月，在中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司七○八所閔行分部，全長(zhǎng) 280 米、相當(dāng)于6 個(gè)奧運(yùn)會(huì)泳池長(zhǎng)度的新一代船模拖曳水池試驗(yàn)室投入使用，拖車(chē)速度最高

34、可達(dá)每秒9 米，人造浪高最高可達(dá)0.5 米，這是目前世界上唯一一座具有制造斜浪和橫浪能力的拖曳水池?？蔀槲覈?guó)打造30 萬(wàn)噸超大油輪、超大散貨輪及9000 箱量的集裝箱輪等主流船型，提供國(guó)際一流的試驗(yàn)條件，提升與國(guó)際航運(yùn)中心相配套的造船能力。</p><p>　　1.2.3國(guó)內(nèi)主要的拖曳水池</p><p>　　水池所在單位、建造年代、水池尺寸 (長(zhǎng)×寬×深)(m)、拖車(chē)

35、速度 (m/s)模長(zhǎng) (m)特 點(diǎn)</p><p>　　中國(guó)船舶科學(xué)1965年 474×14×7(m) 20 3～16深水，高速水池，搖板造波</p><p>　　上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所1983年192×10×4.5(m) 10 3～8深水池，推板造波</p><p>　　上海船舶及海洋工程研究所1953年70×5&

36、#215;2.5(m) 5.5 2～4深水，單軌纜車(chē)，沖箱造波</p><p>　　上海交通大學(xué) 1958 110×6×3(m) 6 3～5深水池，K&R 公司制造華中科技大學(xué)1977年175×6×4(m) 8 3～6深水池,分段沖箱造波</p><p>　　武漢理工大學(xué)1985年132×10.2×1.1(m) 6 3～6

37、 淺水池長(zhǎng)江船舶科學(xué)研究所1985年160×9×3(m) 8 3～6 深水池</p><p>　　荊門(mén)605 研究所1983年510×6.5×5(m) 25 2～4高速水池,空氣造波</p><p>　　中山大學(xué) 1974 156×6×1.3(m) 7 3～5深水與淺水段相連</p><p>　　天津大學(xué)

38、1986 130×6×3.5 ～ 深水池</p><p>　　大連理工大學(xué) 1984 156×7×4(m) 8 3～6 深水池</p><p>　　哈爾濱工程大學(xué)1988年108×7×3.5 (m)7 3～6深水池，美國(guó)引進(jìn)造波機(jī)</p><p>　　華東船舶工業(yè)學(xué)院2003年100×5.5

39、15;2.5(m) 6 4～6可調(diào)水深,推搖組合造波</p><p>　　江蘇科技大學(xué) 2002年100×6×5.5(m) 6 3～4</p><p>　　浙江海洋學(xué)院 2005年120×6×3.5(m) 6.5 3～4</p><p>　　1.2.4 拖曳水池試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　拖曳試

40、驗(yàn)水池是以快速性試驗(yàn)為目的，確切的說(shuō)建立之初是以阻力試驗(yàn)為開(kāi)端，隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)今的拖曳水池通常都能完成阻力、敞水和自航試驗(yàn)及三向度的伴流測(cè)量，與之相配套的各種水池試驗(yàn)技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。</p><p><b>　　(1) 造波技術(shù)</b></p><p>　　通過(guò)模型試驗(yàn)確定艦船或海洋工程結(jié)構(gòu)物在波浪中的各種響應(yīng)特性，長(zhǎng)期以來(lái)被作為一種基本的方法。目前無(wú)論就定

41、性方面比較不同尺度要素船舶的耐波性能，或者預(yù)報(bào)實(shí)船在給定浪級(jí)的耐波統(tǒng)計(jì)特性等相當(dāng)多的工作，都是通過(guò)船模在水池造波機(jī)模擬的人工波浪中進(jìn)行試驗(yàn)的方法完成的 。造波機(jī)及造波技術(shù)，本是一門(mén)比較成熟的試驗(yàn)技術(shù)，但是隨著海洋工程的發(fā)展，新的海洋環(huán)境條件，過(guò)去建立在線(xiàn)性理論基礎(chǔ)上的深水規(guī)則波試驗(yàn)技術(shù)已不能滿(mǎn)足海洋工程遇到的實(shí)際情況，還要求能模擬出不同方向的長(zhǎng)峰波、短峰波、不規(guī)則波、過(guò)渡波、二階長(zhǎng)波、以及波、流混合波等。</p><

42、p>　　國(guó)外很早就已經(jīng)開(kāi)始了造波機(jī)及造波技術(shù)方面的研究工作。建于1956 年，1957 年正式投產(chǎn)的荷蘭瓦格寧根水池，系世界上最早的一座耐波性水池，該水池長(zhǎng)100 米，寬 24.5 米，深2.5 米，采用搖板式蛇形造波機(jī)，搖板高1.4 米，寬0.6米，搖動(dòng)鉸鏈位于水下1.15 米，共有158 塊搖板（136+22），搖板每分鐘擺動(dòng)30~60次，產(chǎn)生的波長(zhǎng)為1.5~6 米。美國(guó)泰勒水池，建于1958 年，水池為矩形，主尺度為110&

43、#215;73×6 米，造波機(jī)采用空氣式造波機(jī)，其功率在最大負(fù)荷時(shí)為2500 馬力，造波范圍波長(zhǎng)為0.92~12.2 米，波高為0.01~0.60 米，可對(duì)長(zhǎng)峰不規(guī)則波及短峰波進(jìn)行模擬。英國(guó)哈斯拉水池，建于1957 年，1962 年正式投產(chǎn)，安裝有沖箱式造波機(jī)，可造K 峰規(guī)則波和不規(guī)則波。美國(guó)斯帝文森水池，裝有沖箱式造波機(jī)，可模擬長(zhǎng)峰規(guī)則波和不規(guī)則波。日本三鷹露天水池，裝有搖板式造波機(jī)，可造波長(zhǎng)為0.7 米，最大波高為0.4

44、米。我國(guó)在造波方面的研究工作是從二十世紀(jì)五十年代起步的，在發(fā)展初期，使用的造波裝置都是一些簡(jiǎn)單的電氣裝置，而且限于對(duì)造波原理的認(rèn)識(shí)，只能模擬最簡(jiǎn)單的規(guī)則波</p><p>　　隨著統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展，對(duì)波浪的統(tǒng)計(jì)特性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了波浪譜的研究，使波浪理論逐漸完善，到了六十年代，由目測(cè)海浪周期，估計(jì)波譜來(lái)達(dá)到對(duì)波浪的模擬，八十年代初期，我國(guó)第一臺(tái)不規(guī)則波造波機(jī)安裝在南京水利科學(xué)研究院水池。以后陸續(xù)建成了很多的造

45、波水池和造波水槽，這些水池和水槽都是根據(jù)各自不同的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造的，有些能夠模擬淺水波，有些能夠模擬深水波，有些則能造不同水深的波，在這些水池和水槽中安裝的造波機(jī)有的是國(guó)內(nèi)自行研制的，也有的是從國(guó)外直接進(jìn)口的，如哈爾濱工程大學(xué)船模試驗(yàn)水池安裝的三維造波機(jī)就是從丹麥水工所（DHI）進(jìn)口的。</p><p>　　從二十世紀(jì)七十年代中期開(kāi)始我國(guó)造波機(jī)系統(tǒng)逐漸采用模擬信號(hào)裝置來(lái)控制，到 了八十年代，已采用小型電算機(jī)或

46、計(jì)算機(jī)，通過(guò)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件及造波軟件來(lái)控制，九十年代以后，已完全采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行造波控制。對(duì)造波板的驅(qū)動(dòng)方式也由電機(jī)驅(qū)動(dòng)逐漸向液壓伺服驅(qū)動(dòng)過(guò)渡。造波板運(yùn)動(dòng)方式也多種多樣，有搖擺式、平推式、沖箱式及懸吊式和雙動(dòng)式等。</p><p><b>　　(2) 消波技術(shù)</b></p><p>　　船模水池實(shí)驗(yàn)中，若船模航速較低，由造波機(jī)生成并傳播到水池另一端的波浪，會(huì)返回船

47、模附近，進(jìn)而干擾船模的運(yùn)動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；另外，在船?？焖傩詫?shí)驗(yàn)中，被擾動(dòng)后的水面需要較長(zhǎng)時(shí)間才能平靜下來(lái)，所以航次間需要“等水”，而水池實(shí)驗(yàn)成本高昂，“等水”浪費(fèi)了寶貴的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，增加了實(shí)驗(yàn)成本。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平的提高，各水池都在積極探索更有效的消波方案，提高實(shí)驗(yàn)精確性，并縮短實(shí)驗(yàn)等水時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。為了消除由造波機(jī)生成并傳播到水池另一端的波浪，不使其返回而影響模型試驗(yàn)結(jié)果，或?yàn)榱讼氐挠嗖ǎs短等水時(shí)間，通常在水池的

48、始端、水池一側(cè)或兩側(cè)的池壁水面附近加設(shè)消波裝置，消波裝置的種類(lèi)有很多，大體可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，消波效果也不盡相同。</p><p><b>　　(3) 測(cè)量技術(shù)</b></p><p>　　船型的不斷更新?lián)Q代推動(dòng)了船舶原理學(xué)科理論研究的不斷發(fā)展和深入，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)技術(shù)也提出了更高的要求，由總體性能、總體受力的測(cè)量擴(kuò)展到微觀(guān)的流速分布、壓力分布的測(cè)量。而電子計(jì)算機(jī)和近代

49、測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，如熱線(xiàn)熱膜技術(shù)、激光測(cè)速和顯示技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得拖曳試驗(yàn)水池不只是能完成工程項(xiàng)目的試驗(yàn)，而且能為流動(dòng)物理的研究和探索做出貢獻(xiàn)。</p><p>　　隨著電測(cè)、激光和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在船舶性能試驗(yàn)技術(shù)中也逐步淘汰了落后的機(jī)械式測(cè)量?jī)x器，使電測(cè)儀器、激光測(cè)量?jī)x器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣及其處理系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展成為用計(jì)算機(jī)對(duì)試驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。其中，PIV（流團(tuán)影像測(cè)速法）是目前最流行的測(cè)量

50、法之一，它的產(chǎn)生具有深刻的科技發(fā)展背景,滿(mǎn)足了瞬態(tài)流場(chǎng)測(cè)試及了解流動(dòng)空間結(jié)構(gòu)的需要。PIV 技術(shù)最早應(yīng)用于拖曳水池是在1977 年Dong 等人進(jìn)行的船模首部流場(chǎng)研究中。至今30 多年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、光電技術(shù)及圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，PIV 技術(shù)發(fā)展迅猛，并得到越來(lái)越廣泛的認(rèn)同與接受。目前，PIV 技術(shù)已經(jīng)在湍流、高速流動(dòng)、空化流動(dòng)、多相流、微型流動(dòng)、生化流動(dòng)等多個(gè)領(lǐng)域取得成功應(yīng)用，為船舶流場(chǎng)的研究提供了強(qiáng)有力的測(cè)試手段。&

51、lt;/p><p>　　此外，在船模試驗(yàn)中，模型運(yùn)動(dòng)的相關(guān)參數(shù)（如縱傾、沉降等）一般是借助位移傳感器或壓力傳感器測(cè)量后轉(zhuǎn)換后獲得。但是很多場(chǎng)合采用接觸測(cè)量的方案，如果被測(cè)值變范圍較大時(shí)就不便采用接觸測(cè)量方式，特別是對(duì)于水下模型相關(guān)參數(shù)的量測(cè)。而攝影測(cè)量屬于非接觸測(cè)量方法，能有效地解決這類(lèi)問(wèn)題。其實(shí)質(zhì)是</p><p>　　根據(jù)像點(diǎn)的位置推求出物點(diǎn)的位置，即利用相片上像點(diǎn)的坐標(biāo)確定其所對(duì)應(yīng)的空間

52、物點(diǎn)的確切位置。它具有不觸及被測(cè)目標(biāo)，可在較大范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，不受通視條件的限制等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.3 patran軟件的簡(jiǎn)介說(shuō)明</p><p>　　MSC/PATRAN是工業(yè)領(lǐng)域最著名的有限元前、后處理器， 是一個(gè)開(kāi)放式、多功能的三維MCAE軟件包，具有集工程設(shè)計(jì) 、工程分析、和結(jié)果評(píng)估功能于一體的、交互圖形界面的CAE集成環(huán)境。</p><p>

53、<b>　　圖形用戶(hù)界面</b></p><p>　　MSC/PATRAN圖形用戶(hù)界面是一個(gè)基于表格、鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)的菜單和圖標(biāo)系統(tǒng)，所有菜單風(fēng)格一致、易學(xué)易用。</p><p>　　CAD幾何模型的直接讀入：</p><p>　　MSC/PATRAN 可以直接讀取當(dāng)前各主流CAD系統(tǒng)的幾何造型用于生成有限元模型，讀入的CAD模型保持其原有的格式而不

54、作近似處理，生成的有限元單元、模型的載荷、邊界條件和材料特性均和幾何模型相關(guān)聯(lián)。</p><p><b>　　幾何造型功能：</b></p><p>　　MSC/Patran包括一系列的幾何造型和編輯功能，不但可以編輯讀入的CAD造型以劃分有限元網(wǎng)格，而且可以創(chuàng)建復(fù)雜的幾何造型。</p><p>　　PATRAN 命令語(yǔ)言：</p>

55、<p>　　PATRAN 命令語(yǔ)言 (PCL) 是 MSC/PATRAN的核心編程語(yǔ)言，是一個(gè)高級(jí)、模塊化結(jié)構(gòu)的編程語(yǔ)言，它提供許多與傳統(tǒng)編程語(yǔ)言類(lèi)似的功能。PCL可用于編寫(xiě)應(yīng)用程序、用戶(hù)特殊的命令和菜單，進(jìn)行變量化建模，更完全的集成商用軟件或用戶(hù)自己的分析軟件。</p><p>　　1.3.1水池拖曳方式</p><p>　　拖曳水池的主要用途是進(jìn)行船?？焖傩栽囼?yàn)。在水池中

56、進(jìn)行船模阻力試驗(yàn)的方法有兩種：一種是等阻力法；另一種是等速度法。前者適用于重力式拖曳水池，原理是在砝碼盤(pán)上加上砝碼，借助砝碼的重力拖動(dòng)船模，測(cè)量出船模勻速時(shí)的速度。改變砝碼的質(zhì)量，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，最終可測(cè)得阻力與速度的關(guān)系曲線(xiàn)。一般地說(shuō)當(dāng)水池具有這樣的拖曳系統(tǒng)時(shí)，其長(zhǎng)度不超過(guò)40～50m。重力式拖曳水池的形式和結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只適用于僅做阻力試驗(yàn)的小型水池。采用等速度法進(jìn)行阻力試驗(yàn)的是拖車(chē)式水池。原理是拖車(chē)拖動(dòng)船模，經(jīng)過(guò)加速和穩(wěn)定段后，測(cè)量

57、在勻速段時(shí)船模的速度和阻力。改變拖車(chē)的速度，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，最終可測(cè)得阻力與速度的關(guān)系曲線(xiàn)。它具有較好的試驗(yàn)條件，能進(jìn)行重力式水池中無(wú)法進(jìn)行的多種試驗(yàn)。由于它的試驗(yàn)范圍廣泛，且便于采用新的試驗(yàn)技術(shù)，因此拖車(chē)式水池現(xiàn)為世界上有關(guān)國(guó)家廣泛地采用。綜合以上所述，重力式水池與拖車(chē)式水池不同點(diǎn)就在拖曳方式不同，以及水池大小的區(qū)別。重力式水池的主要問(wèn)題：一是由于沒(méi)有拖車(chē),造成模型定位安裝困難,使阻力試驗(yàn)時(shí)模型偏航、測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)；敞水試驗(yàn)箱不能固定,無(wú)

58、法做敞水、自航試驗(yàn)。二是試驗(yàn)速度低，試驗(yàn)范圍很小。三是由于水池長(zhǎng)度短造成</p><p>　?。?）.在水池長(zhǎng)度較短的小型拖曳水池中常采用絞車(chē)形式。特點(diǎn)是車(chē)架輕、電機(jī)功率小、慣性力小、加速度較大、啟動(dòng)和制動(dòng)距離短。缺點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)人不能在車(chē)上,不便于觀(guān)察,測(cè)量?jī)x器在岸邊,使得信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng),信號(hào)失真,單軌絞車(chē)有橫向擺動(dòng), 高速時(shí)有抖動(dòng), 而且不便于做自航試驗(yàn)。</p><p>　?。?）．拖車(chē)式則與

59、上述相反,其優(yōu)點(diǎn)是拖車(chē)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),控制和測(cè)量?jī)x器布置在車(chē)上,試驗(yàn)人員隨車(chē)做試驗(yàn),便于觀(guān)察試驗(yàn)情況,缺點(diǎn)是車(chē)架重、電機(jī)消耗功率大、慣性力大、加速度較小、啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),需水池池體較長(zhǎng) 。</p><p>　　1.3.2 拖車(chē)最大速度</p><p>　　最大拖速是決定水池長(zhǎng)度的最重要因素。它不僅關(guān)系到水池所承擔(dān)的主要任務(wù)還關(guān)系到水池能否適應(yīng)一些特殊情況：承擔(dān)高速特種船舶的試驗(yàn)，或者轉(zhuǎn)為軍用服

60、務(wù)等。</p><p>　　按照船的傅汝德數(shù)（ ）的大小，將船舶分為低速船（<0.18）、中速船（0.18< <0.30）和高速船（ >0.30）。民用船大多屬于中、低速船的范圍；而軍用艦艇則屬于中高速船之列。常見(jiàn)各類(lèi)船舶的傅汝德數(shù)范圍。</p><p>　　各類(lèi)船舶的傅汝德數(shù)范圍 </p><p>　　低速貨船 0.15～0.20</

61、p><p>　　中速貨船 0.20～0.25</p><p>　　高速客船 0.22～0.28</p><p>　　掃雷艇 0.30～0.44</p><p>　　驅(qū)逐艦和護(hù)衛(wèi)艦 0.50～0.65</p><p>　　各類(lèi)快艇 0.50～2.0（或更高）</p><p>　　拖曳試驗(yàn)水池應(yīng)在滿(mǎn)足一

62、定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則基礎(chǔ)上盡可能保證更多船舶的試驗(yàn)需要?？梢罁?jù)最大傅汝德數(shù)和船模最大長(zhǎng)度計(jì)算拖車(chē)最高拖曳速度max V ，假設(shè)船模最大長(zhǎng)度為6m， 取0.65，那么，V max = 0.65 9.8 6 4.98m/ s 。即拖車(chē)最高速度可取為5m/s。當(dāng)船模長(zhǎng)度為2m、3m、4m 時(shí)，模型能夠達(dá)到的傅汝德數(shù)( )相應(yīng)為1.13、0.922 和0.799。而高速船舶的傅汝德數(shù)則達(dá)到0.3～2.0,少數(shù)高性能船傅汝德數(shù)將更高，則拖車(chē)速度也

63、會(huì)更大 。</p><p>　　此外，我們還應(yīng)考慮到有速度儲(chǔ)備，這是因?yàn)椋?lt;/p><p>　?、僖恍?>0.45 的常規(guī)船舶的試驗(yàn)；</p><p>　　②在進(jìn)行基礎(chǔ)流體力學(xué)試驗(yàn)研究時(shí)的情況；</p><p>　?、垩芯看靶阅軙r(shí)要求曲線(xiàn)延伸；</p><p>　?、芡宪?chē)電機(jī)馬力儲(chǔ)備。</p>&

64、lt;p>　　速度儲(chǔ)備要取得適當(dāng)，因?yàn)橥宪?chē)最大速度本身，不僅直接影響著水池的加速段、測(cè)試段和減速段的長(zhǎng)度，而且將對(duì)拖車(chē)電機(jī)功率的大小起決定作用。拖速定得愈高，電機(jī)功率就愈大，拖車(chē)也就愈重，這樣勢(shì)必增加加速段和減速段的長(zhǎng)度。</p><p>　　1.3.3 水池池體尺度</p><p>　　水池的大小，最主要的應(yīng)從水池建成后所承擔(dān)的試驗(yàn)研究任務(wù)、試驗(yàn)研究的精確性要求、水池的經(jīng)濟(jì)性（包括

65、造價(jià)、用料、日常維持費(fèi)等）、建造工藝技術(shù)水平和建造地點(diǎn)的地質(zhì)情況等方面進(jìn)行綜合考慮。</p><p>　　試驗(yàn)任務(wù)的不同對(duì)水池大小的要求也不同。如高速船和民用船對(duì)水池長(zhǎng)度的要求就不同；水面船舶和水下船舶對(duì)水池的寬度和深度的要求亦不同；同樣是民用船舶，淺水船和大吃水船對(duì)水池寬度和水深的要求又不同。總之，對(duì)不同的船舶進(jìn)行模型試驗(yàn)，所要求的水池尺度是各不相同的，有時(shí)甚至是難以同時(shí)滿(mǎn)足的。</p><

66、p>　　因此，在決定水池的尺度時(shí)，必須從水池建成后所承擔(dān)的最重要的試驗(yàn)研究任務(wù)著眼，同時(shí)兼顧其余。要消除池壁和池底對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，就要求水池愈寬愈深愈好，但大了勢(shì)必不經(jīng)濟(jì)。要做到降低造價(jià)和節(jié)省日常維持費(fèi)，就要求水池造得盡量的小，但是只有足夠大的水池才能預(yù)測(cè)到實(shí)船的優(yōu)缺點(diǎn)，從而正確地定量地提出提高實(shí)船性能的結(jié)論。</p><p>　　所以，要得出一個(gè)較合理的水池尺度，必須對(duì)各因素進(jìn)行綜合的分析。</p

67、><p><b>　　(1) 水池長(zhǎng)度</b></p><p>　　水池長(zhǎng)度是拖曳水池最重要的幾何量,一般認(rèn)為水池長(zhǎng)度與拖車(chē)速度、加速度和制動(dòng)加速度、最大的模型長(zhǎng)度以及試驗(yàn)測(cè)量段的長(zhǎng)度等有關(guān)。然而，拖車(chē)速度、加速段加速度和制動(dòng)加速度、最大的模型長(zhǎng)度以及試驗(yàn)測(cè)量段的長(zhǎng)度等都有一定范圍,每段的取值具有較強(qiáng)的不確定性。在拖曳水池長(zhǎng)度計(jì)算的過(guò)程中，存在較多不確定性問(wèn)題，如：拖車(chē)及

68、其動(dòng)力或制動(dòng)設(shè)備與軌道；拖車(chē)與池體；測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與池體或拖車(chē)等。但是下述工作僅僅是初步探討拖曳水池池體長(zhǎng)度的一種方法，暫且不考慮其中的不確定性。</p><p>　　水池的長(zhǎng)度總S 主要有以下各部分組成：</p><p>　　加速段長(zhǎng)度加S 主要取決于拖車(chē)最大拖曳速度、拖車(chē)的加速度、拖車(chē)重量、拖車(chē)車(chē)輪與軌道的配合及動(dòng)力設(shè)備等；穩(wěn)定段長(zhǎng)度穩(wěn)S 取決于最大拖曳速度、速度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、拖車(chē)

69、車(chē)輪與軌道的配合及拖車(chē)重量等；測(cè)量段長(zhǎng)度測(cè)S 取決于拖車(chē)最高速度和測(cè)量時(shí)間；減速段長(zhǎng)度減S 取決于拖車(chē)最大拖曳速度、拖車(chē)的加速度、剎車(chē)裝置、拖車(chē)重量、拖車(chē)車(chē)輪與軌道的配合及動(dòng)力設(shè)備等；船塢長(zhǎng)度塢S 取決于船舶模型的長(zhǎng)度和拖車(chē)的長(zhǎng)度及其布置；造波機(jī)長(zhǎng)度波S 取決于造波裝置和機(jī)動(dòng)長(zhǎng)度；安全距離長(zhǎng)度安S 。</p><p>　　上述六個(gè)長(zhǎng)度與下層因素之間無(wú)法建立數(shù)量關(guān)系，通常將拖曳水池長(zhǎng)度按下式計(jì)算：</p>

70、;<p>　　總加減穩(wěn)測(cè)塢波按 = S + S + S + S + S + S + S</p><p><b>　　(2) 水池寬度</b></p><p>　　水池應(yīng)有足夠的寬度，以消除池壁的影響，免使試驗(yàn)結(jié)果不真實(shí)。由于拖車(chē)的重量的增加，近似地和池寬的平方成正比，因此水池的寬度大過(guò)一定范圍后，將導(dǎo)習(xí)致拖車(chē)重量急劇增加，從而降低了拖車(chē)的加速率（否則，就

71、需大大增加拖車(chē)功率）,降低了池長(zhǎng)的利用率。另外,還大大增加了池體及房屋的造價(jià)（增加1m寬度比增加1m 長(zhǎng)度所增加的造價(jià)多得多）。</p><p><b>　　(3) 水池深度</b></p><p>　　模型吃水加大，拖車(chē)的速度提高，則水池水深要增加，以便保證試驗(yàn)水深與船模吃水之比大于10 或者水深傅汝德數(shù)于0.6，如果是做淺水試驗(yàn)則水池最大深度在1.0～2m 之間，

72、深水池要滿(mǎn)足上述條件則最少需要2.5m 水深。</p><p><b>　　`</b></p><p>　　1.3.4 主要設(shè)備</p><p>　　船模拖曳水池的設(shè)備主要包括：軌道及軌座、拖車(chē)、電控部分、電機(jī)、減速機(jī)、造波裝置、消波裝置、測(cè)量?jī)x器（阻力儀、自航儀、浪高儀、陀螺儀、多孔畢托管）、記錄儀器等。在選取時(shí)需考慮試驗(yàn)精度、經(jīng)費(fèi)等因素。以

73、下重點(diǎn)介紹</p><p><b>　　水池拖車(chē)系統(tǒng)：</b></p><p>　　拖曳試驗(yàn)水池中最重要的技術(shù)設(shè)備應(yīng)是拖車(chē)，水池拖車(chē)是做船舶性能試驗(yàn)的基本設(shè)備，其作用是拖曳船?；蚱渌Ｐ驮谠囼?yàn)水池中作勻速運(yùn)動(dòng)，以測(cè)量速度穩(wěn)定后的船舶性能相關(guān)參數(shù)，達(dá)到預(yù)報(bào)和驗(yàn)證船型設(shè)計(jì)優(yōu)劣的目的。</p><p>　　拖車(chē)狹義的理解應(yīng)包括總體結(jié)構(gòu)、電機(jī)電控系統(tǒng)、

74、輪系和剎車(chē)系統(tǒng)以及測(cè)量和觀(guān)測(cè)平臺(tái)。廣義的理解可擴(kuò)展包括測(cè)試儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)以及攝錄像和顯示系統(tǒng)?，F(xiàn)代拖曳試驗(yàn)水池和拖車(chē)的設(shè)計(jì)，在平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、整體吊裝和造波技術(shù)的幫助下，希望在適當(dāng)?shù)募訉捤氐臈l件下，拖曳試驗(yàn)水池能兼有操縱和耐波性水池的功能，一部拖車(chē)能有水面和水下(潛艇和水中兵器模型試驗(yàn))試驗(yàn)的雙重功能。</p><p>　　1.3.5 拖曳水池假底結(jié)構(gòu)方案的組成與介紹</p><

75、p>　　拖曳水池作為一個(gè)系統(tǒng)，由水池池體、拖車(chē)系統(tǒng)、造波系統(tǒng)、假底結(jié)構(gòu)框架、試驗(yàn)儀器設(shè)備，以及其他設(shè)備等構(gòu)成。拖曳水池的方案設(shè)計(jì)主要包括水池池體尺度與拖車(chē)速度的計(jì)算，水池拖曳方式及主要設(shè)備選擇等內(nèi)容。</p><p>　　水池假底結(jié)構(gòu)的安放方式：主要通過(guò)搭建框架之后在上面加pve板塊，以一個(gè)個(gè)單元形式往中間推進(jìn)，形成一個(gè)長(zhǎng)方形的假底結(jié)構(gòu)形式。船模試驗(yàn)一般都在水池中間進(jìn)行，船模運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，船體會(huì)出現(xiàn)一定波浪導(dǎo)

76、致假底產(chǎn)生一定的載荷，假底結(jié)構(gòu)由于PVC板材的支撐由T型鋼材支撐，鋼材會(huì)出現(xiàn)一定的變形。計(jì)算T型材的變形量是假底結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵。</p><p>　　1.4課題研究背景和內(nèi)容</p><p>　　拖曳水池的假底可以讓船只在一個(gè)環(huán)境下面模擬出現(xiàn)多個(gè)海況，可以試驗(yàn)的到深海和淺海航行的各種數(shù)據(jù)。其外拖曳水池的假底結(jié)構(gòu)還有很多強(qiáng)度需要用有限元?jiǎng)澐钟?jì)算。 </p><p>

77、;　?。?）建立拖曳水池假底結(jié)構(gòu)模型；</p><p>　　先根據(jù)拖曳水池船只需要的海況決定假底結(jié)構(gòu)的尺度，用CAD畫(huà)出假底結(jié)構(gòu)的框架形式。用patran軟件建立拖曳水池假底的架構(gòu)框架，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)框架進(jìn)行施加各種壓力，計(jì)算其變形量。</p><p>　?。?）選定設(shè)計(jì)假底結(jié)構(gòu)的鋼材、尺寸和直接計(jì)算拖曳水池假底結(jié)構(gòu)的載荷變形；對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)很多壓力值，各種不同的壓力會(huì)對(duì)假底結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不

78、同的變形。出現(xiàn)的變形不能影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）水動(dòng)力計(jì)算分析</p><p>　?。?）與水池實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行比較</p><p>　　1.5本課題主要研究工作</p><p>　　（1）.實(shí)驗(yàn)室水池的結(jié)構(gòu)框架</p><p>　?。?）.實(shí)驗(yàn)室水池設(shè)備配置</p><p>

79、　　（3）.實(shí)驗(yàn)室水池假底結(jié)構(gòu)的計(jì)算</p><p>　?。?）.強(qiáng)度計(jì)算和校核</p><p><b>　?。?）.總結(jié)</b></p><p>　　第二章 PVC假底板材的特性</p><p>　　2.1 概述：拖曳水池假底結(jié)構(gòu)材料考慮</p><p>　　經(jīng)過(guò)考慮，首先我要做的是確定

80、用什么樣的材料，查閱一些資料得到：PVC材料即聚氯乙烯，它是世界上產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品之一，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，聚氯乙烯樹(shù)脂為白色或淺黃色粉末。根據(jù)不同的用途可以加入不同的添加劑，聚氯乙烯塑料可呈現(xiàn)不同的物理性能和力學(xué)性能。PVC可分為軟PVC和硬PVC。其中硬PVC大約占市場(chǎng)的2/3，軟PVC占1/3。軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層，但由于軟PVC中含有柔軟劑（這也是軟PVC與硬PVC的區(qū)別），容易變脆，不易保存，所以其使用

81、范圍受到了局限。硬PVC不含柔軟劑，因此柔韌性好，易成型，不易脆，無(wú)毒無(wú)污染，保存時(shí)間長(zhǎng)，因此具有很大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。PVC的本質(zhì)是一種真空吸塑膜，用于各類(lèi)面板的表層包裝，所以又被稱(chēng)為裝飾膜、附膠膜，應(yīng)用于建材、包裝、醫(yī)藥等諸多行業(yè)。其中建材行業(yè)占的比重最大，為60%，其次是包裝行業(yè)，還有其他若干小范圍應(yīng)用的行業(yè)。聚氯乙烯是由乙炔氣體和氯化氫合成氯乙烯， 再聚合而成。具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的耐蝕性?？捎糜谥谱骰?、紡織等工業(yè)的廢氣排污

82、排毒塔、氣體液體輸送管，還可代替其它耐蝕材料制造貯槽、離心泵、通風(fēng)機(jī)和接頭等。當(dāng)增塑劑加入量</p><p>　　2.2 PVC基本特性</p><p>　　純的聚氯乙烯的密度為1.4g/cm&sup3;，加入了增塑劑和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般為1.15-2.00g/cm&sup3。密度與水是接近的。 </p><p>　　硬聚氯乙烯有較好的抗

83、拉、抗彎、抗壓和抗沖擊能力，可單獨(dú)用做結(jié)構(gòu)材料。軟聚氯乙烯的柔軟性、斷裂伸長(zhǎng)率、耐寒性會(huì)增加，但脆性、硬度、拉伸強(qiáng)度會(huì)降低。 </p><p>　　聚氯乙烯有較好的電氣絕緣性能，可作低頻絕緣材料，其化學(xué)穩(wěn)定性也好。由于聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性較差，長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)導(dǎo)致分解，放出HCL氣體，使聚氯乙烯變色，所以其應(yīng)用范圍較窄，使用溫度一般在-15~55度之間。 </p><p>　　PVC就是聚氯乙烯

84、，是由43%的油和57%的鹽合成出來(lái)的一種塑膠制品。與其它種類(lèi)的塑膠制品相比，PVC更有效的應(yīng)用了生料，減少了油耗。同時(shí)，PVC制造業(yè)對(duì)能量的消耗也很低。并且在PVC產(chǎn)品的使用后期，能夠回收并轉(zhuǎn)化為其它新的產(chǎn)品或焚燒以獲得能量。 </p><p>　　2.3 PVC材料的優(yōu)越性:</p><p><b>　?。?）美麗的外表</b></p><p&

85、gt;　　從這層意義上說(shuō)，PVC膜的市場(chǎng)前景十分看好。隨著時(shí)代的發(fā)展，PVC也正以其良好的性能、簡(jiǎn)單的工藝以及其他諸多優(yōu)點(diǎn)漸漸贏得了人們的歡心，已被越來(lái)越多的人接受和認(rèn)可，在歐美國(guó)家PVC是建筑行業(yè)的寵兒，PVC在人們的日常生活中隨處可見(jiàn)。PVC不但可以表現(xiàn)自然界的顏色，還可以表現(xiàn)人們幻想中的顏色。在德國(guó)，40%的家具都是用PVC來(lái)作表面材料的，看到那些色澤自然、色彩華麗、豐富多樣、圖案美麗、式樣典雅而高檔的辦公桌、書(shū)架、沙發(fā)、廚柜，誰(shuí)

86、也不會(huì)把它們和街頭那些滿(mǎn)目瘡痍的“白色垃圾”聯(lián)想到一起，更不會(huì)想到正是PVC吸塑膜賦予了它們?nèi)绱嗣利惖耐庖隆?</p><p><b>　　（2）完美的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　PVC主要成份為聚氯乙烯，另外加入其他成分來(lái)增強(qiáng)其耐熱性，韌性，延展性等。它是當(dāng)今世界上深受喜愛(ài)、頗為流行并且也被廣泛應(yīng)用的一種合成材料。它的全球使用量在各種合成材料中高居第二。據(jù)統(tǒng)計(jì)

87、，僅僅1995年一年，PVC在歐洲的生產(chǎn)量就有五百萬(wàn)噸左右，而其消費(fèi)量則為五百三十萬(wàn)噸。在德國(guó)，PVC的生產(chǎn)量和消費(fèi)量平均為一百四十萬(wàn)噸。PVC正以4%的增長(zhǎng)速度在全世界范圍內(nèi)得到生產(chǎn)和應(yīng)用。近年來(lái)PVC 在東南亞的增長(zhǎng)數(shù)度尤為顯著，這要?dú)w功于東南亞各國(guó)都有進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迫切需求。在可以生產(chǎn)三維表面膜的材料中，PVC是最適合的材料。 PVC可分為軟PVC和硬PVC。軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層，但由于軟PVC中含有柔軟

88、劑(這也是軟PVC與硬PVC的區(qū)別)，容易變脆，不易保存，所以其使用范圍受到了局限。硬PVC不含柔軟劑，因此柔韌性好，易成型，不易脆，無(wú)毒無(wú)污染，保存時(shí)間長(zhǎng)，因此具有很大的 開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。下文均簡(jiǎn)稱(chēng)PVC。PVC的本質(zhì)是一種真空吸塑膜，用于各類(lèi)面板的表層包裝，所以又被稱(chēng)為裝飾 膜、附膠膜，應(yīng)用于建材、包裝、醫(yī)藥等諸多行業(yè)。其中建材行業(yè)占的比重最大，為60%，其次是包裝行業(yè)，</p><p><b>　　

89、（3）嚴(yán)格的工藝</b></p><p>　　PVC之所以能被廣泛地應(yīng)用于建材行業(yè)，有兩點(diǎn)很重要的原因：一是PVC獨(dú)特的性能（防雨，耐火，抗靜電，易成型），二是PVC低投入高產(chǎn)量的特點(diǎn)。PVC膜具有高抗光性和耐火性，保證PVC膜的高質(zhì)量。所以全面地看，PVC實(shí)際是一種低投入、高產(chǎn)量的產(chǎn)品。 </p><p>　　熔化溫度：185~205℃模具溫度：20~50℃</p>

90、;<p>　　注射壓力：可大到1500bar 保壓壓力：可大到1000bar 注射速度：為避免材料降解，一般要用相當(dāng)?shù)氐淖⑸渌俣取?</p><p>　　流道和澆口：所有常規(guī)的澆口都可以使用。如果加工較小的部件，最好使用針尖型澆口或潛入式澆口；對(duì)于較厚的部件，最好使用扇形澆口。針尖型澆口或潛入式澆口的最小直徑應(yīng)為1mm；扇形澆口的厚度不能小于1mm。 </p><p><

91、;b>　?。?）超常的性能</b></p><p>　　PVC膜與普通粘貼膜還有什么不同呢？普通的粘貼膜是在常溫下直接用膠水貼在板材的表面上，因此經(jīng)過(guò)一兩年后，貼膜就容易脫落。而PVC膜則是應(yīng)用專(zhuān)用的真空壓膜機(jī)在110度的高溫下壓附在板材的表面，因此不 易脫落。 </p><p>　　PVC是完全無(wú)毒無(wú)味的，對(duì)人體皮膚或是呼吸系統(tǒng)沒(méi)有任何刺激，對(duì)于那些對(duì)木料和油漆過(guò)敏的人

92、來(lái)說(shuō)，使用PVC膜包裝的家具或廚具是非常合適的。通過(guò)使用PVC膜作裝飾膜，人們就可以大量地使用中密板、刨花、膠合板和纖維板，減少使用木材量，從而減少對(duì)森林乃至環(huán)境的破壞。 </p><p>　　PVC的使用曾一度在西方國(guó)家引起了很大的爭(zhēng)議，許多人試圖用種種其它材料代替PVC。但事實(shí)證明，PVC的質(zhì)量比其它替代品相比毫不遜色，而在造價(jià)上則比這些材料便宜。</p><p><b>　

93、?。?）美好的前景</b></p><p>　　目前PVC產(chǎn)業(yè)在全世界發(fā)展迅速，前景廣闊，各國(guó)都看好PVC的潛力以及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的好處，PVC正以其 優(yōu)越、獨(dú)特的性能向世人證明其作用和地位是目前任何其它產(chǎn)品都無(wú)法取代的，社會(huì)發(fā)展需要它，環(huán)境保護(hù)需 要它，它是我們?nèi)祟?lèi)社會(huì)文明進(jìn)步的必然趨勢(shì)。</p><p>　　我們用到的是PVC的板材,所以由一些資料得到我所要設(shè)計(jì)用的板材: P

94、VC板材屬性特點(diǎn)：表面硬度高抗刮傷性?xún)?yōu)良；表面電阻值為10的6～10的8次方歐姆，具有優(yōu)秀的防靜電功能，抗沖擊及耐化學(xué)溶劑性能突出；外觀(guān)靚麗，非常平整光滑；透光率達(dá)73%以上。 阻燃等級(jí)為ul-94:v-0。 顏色：透明，煙色，乳白色，灰色等。 應(yīng)用：設(shè)備罩，無(wú)塵箱，測(cè)試治具等。</p><p>　　2.4 PVC板材的種類(lèi)及特性</p><p><b>　　硬度PVC板<

95、/b></p><p>　　硬質(zhì)PVC擠出板材是從奧地利辛辛那提米拉克郎公司引進(jìn)的具有世界先進(jìn)平的CM80錐形雙螺桿擠出生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的。產(chǎn)品質(zhì)量一流，顏色一般為灰色和白色，也可根據(jù)客戶(hù)需要生產(chǎn)PVC彩色硬板，其色彩亮麗，美觀(guān)大方?！?</p><p>　　產(chǎn)品厚度上限：25mm以下?！?</p><p>　　產(chǎn)品寬度：900mm、1300mm、1500mm?！?

96、</p><p>　　性能特點(diǎn)：該產(chǎn)品質(zhì)量執(zhí)行GB/T13520-1992。具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性，硬度大，強(qiáng)度高，防紫外線(xiàn)（耐老化），耐火阻燃（具有自熄性），絕緣性能可靠，表面光潔平整，不吸水不變形、易加工等特點(diǎn)?！?</p><p>　　用途：產(chǎn)品是優(yōu)等的熱成型材料，能替代部分不銹鋼和其他耐腐蝕性合成材料。 </p><p><b>　　PVC

97、板材性能： </b></p><p>　　一般性能 PVC樹(shù)脂為一種白色或淡黃色的粉末，相對(duì)密度為1.35-1.45。制品的軟硬程度可通過(guò)加入力學(xué)性能 PVC有較高的硬度和力學(xué)性能。并隨分子量的增大而提高，但隨溫度的升高而下降。硬質(zhì)PVC的力學(xué)性能好，其彈性模量可達(dá)1500-3000MPa。而軟質(zhì)的PVC的彈性1.5-15 MPa。但斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)200%-450%。PVC的摩擦性一般，靜摩擦因數(shù)為0

98、.4-0.5，動(dòng)摩擦因數(shù)為0.23。 </p><p>　　熱學(xué)性能 PVC的耐熱穩(wěn)定性十分差，140℃即開(kāi)始分解，熔融溫度為160℃。PVC的線(xiàn)膨脹系數(shù)較小，具有難燃性，氧化指數(shù)高達(dá)45以上。 </p><p>　　電學(xué)性能 PVC是一種電性能較好的聚合物，但由于本身的極性較大，電絕緣性不如PP和PE。 介電常數(shù)，介電損耗角正切值和體積電阻率較大，耐電暈性不好，一般適于中低壓和低頻絕緣材

99、料。 </p><p>　　環(huán)境性能 PVC可耐大多數(shù)無(wú)機(jī)酸、堿、鹽，多數(shù)有機(jī)溶劑。適合醫(yī)藥，化工防腐材料。</p><p><b>　　PVC透明板</b></p><p>　　產(chǎn)品選用高級(jí)進(jìn)口原輔材料所生產(chǎn)的一種高強(qiáng)度、高透明塑料板材。產(chǎn)品顏色有白色、寶石蘭、茶色、咖啡色等多個(gè)品種。 </p><p>　　產(chǎn)品厚度上

100、限：20mm以下 </p><p>　　產(chǎn)品最大幅寬：1300mm </p><p>　　規(guī)格：1300×2000mm </p><p>　　性能特點(diǎn)：該產(chǎn)品高強(qiáng)度、高透明、耐侯性好、無(wú)毒、衛(wèi)生、物理特性?xún)?yōu)于有機(jī)玻璃。 </p><p>　　用途：本產(chǎn)品廣泛用于設(shè)備護(hù)板，內(nèi)飾、飲用水槽、液位顯示等。 </p><

101、p><b>　　PVC軟板（卷材）</b></p><p>　　PVC軟板（卷材）表面光澤，柔軟。有棕色、綠色、白色、灰色等多種顏色可供選擇，該產(chǎn)品用料上成，制作精細(xì)，應(yīng)用廣泛。 </p><p>　　最大幅寬：1300mm規(guī)格：寬1300mm，重量50kg/捆 </p><p>　　性能特點(diǎn)：柔軟耐寒、耐磨、耐酸、堿、耐腐蝕、抗撕裂性?xún)?yōu)

102、良，具有優(yōu)良的可焊接性，物理性能優(yōu)于橡膠等其他卷材。 </p><p>　　用途：應(yīng)用于化工，電鍍，電解槽的襯里，絕緣墊層，火車(chē)、汽車(chē)內(nèi)飾及輔助材料等。 </p><p><b>　　PVC焊條</b></p><p>　　專(zhuān)為PVC透明板施工焊接使用，規(guī)格為1.5-3mm，長(zhǎng)1000mm，品種有單根、雙根等。 </p><

103、p><b>　　PVC塑料板</b></p><p>　　產(chǎn)品是優(yōu)等的熱成型塑料，能替代部分不銹鋼和其他耐腐蝕性合成材料。被廣泛用于化工，石油，電鍍，水凈化處理設(shè)備，環(huán)保設(shè)備，礦山，醫(yī)藥，電子，通訊及裝潢等行業(yè)。 </p><p>　　各種尺寸厚度的pvc卷材，片材</p><p><b>　　產(chǎn)品規(guī)格：</b>&l

104、t;/p><p>　　厚度：2-25mm幅面：1220*2440mm（長(zhǎng)度可變）</p><p>　　厚度：2-15mm幅面：1500*2000mm（長(zhǎng)度可變）厚度：2-25mm幅面：1300*2000mm（長(zhǎng)度可變）厚度：2-30mm幅面：1000*2000mm（長(zhǎng)度可變）</p><p>　　第三章： 校實(shí)驗(yàn)室拖曳水池假底結(jié)構(gòu)尺寸確定</p>&l

105、t;p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　板寬邊沿著水池的長(zhǎng)度鋪設(shè)，從水池側(cè)面看，水池中間鋪設(shè)158塊長(zhǎng)為2020mm，2040mm，寬為1020mm的板和兩塊長(zhǎng)為2020mm，2040mm，寬為1000mm的板；左右兩側(cè)離中間這些板出各設(shè)79塊長(zhǎng)為1118.03mm，寬

106、為1020mm的板，寬為1000mm的板1塊。共80列，每列板的下方鋪設(shè)有1根T型鋼。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　板長(zhǎng)邊沿著水池的長(zhǎng)度鋪設(shè)，從水池側(cè)面看，水池中間鋪設(shè)108塊長(zhǎng)為2020mm，寬為1020mm的板和39塊長(zhǎng)為2020mm，寬為2040mm的板還有3塊長(zhǎng)為2000mm，寬為1020mm和1塊長(zhǎng)為2000mm，寬為1

107、040mm的板；左右兩側(cè)離中間這些板出各設(shè)39塊長(zhǎng)為2020mm，寬為1118.03mm的板，長(zhǎng)為2000mm的板1塊。共40列，</p><p>　　3.2 PVC假底結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)圖</p><p>　　圖 3.1 假底結(jié)構(gòu)俯視圖 圖 3.2 假底結(jié)構(gòu)主視圖</p><p>　　圖 3.3 假底結(jié)構(gòu)側(cè)視圖</p>&

108、lt;p>　　3.2.1如何施加應(yīng)力</p><p>　　應(yīng)力的加載要考慮到模型試驗(yàn)的時(shí)候?qū)俚捉Y(jié)構(gòu)的壓載，當(dāng)船模經(jīng)過(guò)的時(shí)候會(huì)在船首出現(xiàn)波浪，波浪的形狀是一個(gè)船首向前波浪滯后的一個(gè)三角形波。對(duì)假底產(chǎn)生壓力，范圍在長(zhǎng)度方向1m、寬度方向1m的一個(gè)范圍的壓力。故在建模的時(shí)候施加一個(gè)三角形壓力值，建立一個(gè)三角形模型。壓力值為最大的工況時(shí)候的壓載值。</p><p>　　圖 3.4

109、假底結(jié)構(gòu)框架和應(yīng)力加載的斜視圖</p><p>　　圖 3.5 假底結(jié)構(gòu)顯示鋼材的加載圖</p><p>　　圖 3.6 假底結(jié)構(gòu)加載后的斜視圖</p><p>　　3.3 型材料的尺度</p><p>　　表3.1 工字鋼尺寸表格（單位mm）</p><p>　　如下表3.2所示的為T(mén)型鋼尺寸表：</p&

110、gt;<p>　　工字鋼形狀 圖形3.7 T型鋼形狀圖形3.8</p><p>　　圖 3.7 工字鋼 圖 3.8 T型鋼</p><p>　　3.4 水池主要尺度的確定</p><p>　　區(qū)別于使用等阻力測(cè)試方法的重力式船模水池，現(xiàn)代拖曳水池多采用等速度方法進(jìn)行阻力

111、測(cè)試，拖曳水池具備有較好的試驗(yàn)條件，能進(jìn)行重力式水池中無(wú)法進(jìn)行的試驗(yàn)，它的使用范圍廣泛，而且便于采用新的試驗(yàn)技術(shù)。當(dāng)確定水池長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮到拖車(chē)預(yù)定的設(shè)計(jì)速度、加速度和制動(dòng)長(zhǎng)度以及試驗(yàn)測(cè)量段長(zhǎng)度，如圖3.8所示</p><p>　　圖3.8 拖車(chē)運(yùn)行示意圖</p><p>　　拖車(chē)車(chē)輪與軌道的摩擦力與拖車(chē)的慣性力相等有：</p><p>　　F = Mgμ = Ma