船用缆绳强度的计算

第卷第期 年月 大连 海 运学院学报 , 船用缆绳强度的计算 刘正江 航海系船 艺教研室 摘要 利用船用纤维缆绳强度标准值与常见的估算方法计算值进行了比较 , 并给出了标准值的回归 估算式 , 同时还给出了缆绳伸长率的计算方法 , 对船舶驾驶人员安全系泊有一定的参考意义 。 关键词 纤维缆绳 破断强度 伸长率 中图法分类号 纤维缆绳在船舶系泊 、 靠 、 离泊操纵及拖带作业 中都起着重要作用 。 而缆绳强度则是 船员最为关心的问题 。 因缆绳强度不够而造成的断缆 , 影响船舶安全的事故时有发生 。 令 操纵人员为难的是关于缆绳破断强度的估算方法颇多 , 但结果却不统 一 , 而缆绳弹性的估 算更难以见到 。 为此 , 笔者利用现有缆绳强度试验资料与现有估算方法进行了比较 , 并给 出标准试验资料的回归估算式 , 同时对缆绳弹性问题进行了一些分析 , 给出了伸长率与缆 绳负荷应力的关系式 。 考虑到船上实际情况 , 本文主要以马尼拉 、 尼龙 、 涤纶 、 维尼龙等种 类的缆绳 为例进行讨论 。 比较 缆绳破断强度的计算 国内外有关缆绳破断强度的估算方法颇多 , 其计算结果也有区别 , 笔者列在这里作为 文献给出了马尼拉的破断强度估算方法 破断强度 一口 常期使用安全 负荷 、 偶尔使用的工作负荷 。 一少 文献给出了马尼拉的破断强度 于 文献则根据纤维性质给出破断强度的估算方法 , 收稿日期 一一 大连 海 运学院学报 卷 、产 、 夕 一 了 、 了了气 、少 、产 、 声 护 ,卜入 义 了、 、 、以 、口 卜 石 八 仁 月任八 , 悦 、 文献 给出了编绞尼龙缆绳破断强度及安全强度 一 , 文献给出的破断力计算式为 “ 式 中为材料系数 , 其取值为马尼拉 , 尼龙 , 绦纶 , 维尼纶 式中 , 表示缆绳周长 , 的单位为寸 , , 单位为 , 表示缆绳直径 , 单位 为 笔者根据收集的国外资料仁卜 。, 对缆绳破断强度标准值进行了回归 , 标准值如表 表纤维缆绳破断强度 直径 马尼拉 吨 尼 龙绦纶 吨吨 维尼号 吨 维尼号 吨 破断强度的估算式如下 马尼拉 刀 , “ 尼龙 刀 , “ 绦纶朋 “ 维尼龙 一号 一 , 日 维尼龙号 一 , 式中为缆绳直径 , 单位 各式与标准值的比较表明 , 式 , 式估算值比标准值偏小 , 式的估算值则均大 于试验值 , 尤其是当直径增大时 , 误差达六分之一 , 式的估算值与试验值较为接近 , 但 在缆绳直径大于时 , 比试验值偏 小 。 本文所给的回归式 的估算值与试验值极为吻 合 , 相关数在以上 , 见图 , 期 刘正江船用缆绳强度的计算 应当指出的是 , 文中所用数据为三 股拧绞缆的标准值 。 若为编织缆则破断 强度有所减弱 。 文献 , 皆指出化纤编 织缆比化纤拧绞缆强度下降达此 外 , 有报告指出匡 、“、 由于 制造厂家及 纤维质量的区别 , 其破断强度与标准值 有出入 。 一般试验结果表明 , 其试验值均 大于标准值 。 从安全角度考虑本文所取 标准值是合理 的 。 召别 试验值 之召 尝 一 只 一一丫 卜石泛 岁 泞泞 庐每尹 二 试验 值图 马尼拉缆破断强度估算式的比较 户 缆绳伸长率的估算 在拉力的作用下 , 纤维缆绳将会伸长 , 其伸长率取决 于该种性质缆绳的弹性模量 , 关系如下式 刃 一 了 一 万 门 八 匕 马, ,火峨,山 式中为缆绳 的纵向应变或伸长率 力为缆绳的弹性模量 。 尸 一下 为缆绳承受正应 从 曰 了 声 扩 日入曰 八勺白 一 而 图尼龙缆绳破断强度估算式的比较 尸 为外力为缆绳横截面积 。 有关缆绳弹性模量的资 料颇少 。 笔者根据文献 , , 叼所给的试验数据 , 换算 出缆绳负荷与伸长率之间的关系 , 如图所示 。 显然 伸长率 与缆绳拉力之间的关系是非线性的 。 我们给出估 算式如下 尼龙 。, “ 。马尼拉 。, “ 涤纶 。 , 维尼号 “ , 维尼号 一 。, “ 式中 ,。 为应变率的百分数 , 各种材 料破断伸 长率如表所示 , 对应于这些值的应力即为破断应力 。 由图可见 , 公式 一 的估算值在缆绳负荷为 破断力一半时 , 能和实验值较好地 吻合 , 而当伸长率增加时 对应的负荷与实验值相比前者偏低 。 幸运的是在安全负荷 范围内 , 即使在偶一使用的安全负荷情况下 , 其允许应力也 仅是破断应力的 , 所以一式能较好地反映伸长率 刀 图涤纶缆绳破断强度 估算式的比较 大连 海运 学院学报卷 与拉应力之间的关系 。 丧缆绳破断伸长率 。 试验值 一 估算值品名破断负荷破断伸长率 一一一少乙 , , 自内匕,七 山 心 、 日日 图 伸长率 。 马尼拉缆拉应力与伸长率的关系 马尼拉 尼龙 涤纶 维尼号 维尼号 缆绳 吸收的能量 由上节 的分析可知 , 缆绳的负荷与伸长率之间存在 着非线性的函数关系 , 显然在系泊操纵用缆过程中缆绳 所吸收 的外力能量与缆绳 的伸长率也有着密切的关系 。 根据做功原理 , 缆绳 吸收的能量可由下式表示 。 式中 尸 为缆绳抵卸外力的反作用力为缆绳伸长量 。 由于缆绳的弹性因素 , 缆绳在外力作用下是逐渐伸长的 , 其反作用力也逐渐增大 , 即 尸 为 的函数 , 因而缆绳 。 试验值 一估算值 、日 日 的 之 。 别 图尼龙缆拉应力 与伸长率的关系 。 试验值 一 估算值 二试验值 一 估算值 日日月 , 二 叫日 苦 。 。 燕落 誓 丁 丁瓜 图涤纶拉应力与伸长率的关系图维尼纶号拉应力与伸长率的关系 所做的功或者说缆绳所吸收的能量如图阴影部分所示 。 于是式可进一步改写为 又 刁 一 。 。,。 为缆绳原长度 “ 。 且 “。 一 所以 。 叮 日 。尸 尸 十 十 一“。 尸 击尸 再次将式变形为 期刘正江船用缆绳强度 的计算 。 试验值 一 估算值 罗 、 , 勺 一 。 图维尼纶号拉应力与伸长率的关系图缆绳做功示意图 , 。 、上 七 气 少 石。厂 由式可知 , 当 。 一定时 , 。 不变 , 越大越小 , 结合式 一 可知越小 。 也就是说缆绳越粗则在 吸收 同样能量的情况 下 , 缆绳承受的应力也小 。 不变 , 。 越 长 ,。 越小 。 即同样缆绳 , 初始长度越长 , 则在吸收同样能量的情况下 , 所承受应力也越小 。 因此 , 为了保证安全 , 应尽可能使用粗 一点的缆绳 若缆绳 一定时 , 则尽可能把缆绳放长一 点 。 以尼龙绳为例 , 一 舀 鱼丝塑甘漏 、 匹 丛侣揭畏 ,、 石 若比增大 , 则 塑 一 合弓韶一 叮 即缆绳增长 , 应力降低 结语 估算缆绳破断强度诸公式以文献较准 , 文献所给估算式误差较大 。 本文提 出的缆绳破断强度与直径成次方关系式与试验值更为吻合 。 缆绳伸长率与缆绳负荷为非线性关系 , 笔者提出的估算方法在安全负荷范围内与 试验值吻合较好 。 在缆绳使用过程中 , 若条件许 可 , 应尽可能放大缆绳 , 可降低缆绳承受的应力 。 参考文献 , , 肖修章船艺大连大连海运这院出版 社 , 仄 于俊鹤等船艺训练北京人 民交通 出版社 , , 钱淡如等 航海 问答北京 人 民交通出版社 , 山口金彦 士了口 夕打上梦于卜口 夕内船舶用途 二。协了 , 船内科学 , 一 土及 船躺用索巴七下刃十