陳景昊

（中國(guó)船級(jí)社溫州辦事處，浙江 溫州 325000）

作為船舶與海洋設(shè)施的最后一道生命保障設(shè)備，救生艇在海上遇險(xiǎn)逃生及救助他船過(guò)程中發(fā)揮著尤為重要的作用。兩舷降落式全封閉救生艇，憑借其操作便捷，便于維護(hù)保養(yǎng)以及安全可靠，在油船、集裝箱船和甲板運(yùn)輸船等多型船舶上廣泛使用。由于海上海況較為惡劣，尤其是在棄船需要用到救生艇逃生的時(shí)候，母船劇烈的橫搖和縱搖將導(dǎo)致倒臂式救生艇與船舷發(fā)生劇烈碰撞?；诖耍瑖?guó)際海事組織海上安全委員會(huì)，經(jīng)MSC.226(82),MSC.274(85),MSC.321(89) 和MSC.323(89)修正的 MSC.81(70)《經(jīng)修正的救生設(shè)備試驗(yàn)建議》第1部分[1]要求，所有兩舷降落式全封閉救生艇在初次認(rèn)可時(shí)需要進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，用以模擬救生艇在降放過(guò)程中與船舷發(fā)生碰撞。孫奔奔[2]對(duì)大型救生艇艇體結(jié)構(gòu)碰撞進(jìn)行了相應(yīng)研究，利用非線性有限元軟件對(duì)艇體受鋼球體撞擊和艇體撞擊母船船舷進(jìn)行了計(jì)算分析及研究，按照相關(guān)對(duì)公約和規(guī)則的要求設(shè)置相應(yīng)的工況，依次對(duì)各個(gè)速度撞擊下典型位置的響應(yīng)情況、能量轉(zhuǎn)換情況及其應(yīng)力和應(yīng)變變化規(guī)律進(jìn)行研究。周傳璋[3]對(duì)救生艇與救生艇設(shè)備的試驗(yàn)和檢查進(jìn)行了介紹，并對(duì)碰撞試驗(yàn)的要點(diǎn)進(jìn)行了分析。劉普星[4]等人基于安全水平法（Safety-Level Approach，SLA）對(duì)某典型救生艇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了相應(yīng)的校核和衡準(zhǔn)。文中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)分析、艇體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度衡準(zhǔn)的制定（包括外載荷衡準(zhǔn)的合理性和許用撓度的合理性）、強(qiáng)度衡準(zhǔn)的合理性驗(yàn)證等進(jìn)行了分析，并結(jié)合某9.35m 和5.25m 兩款救生艇進(jìn)行了實(shí)艇試驗(yàn)，應(yīng)用安全水平分析對(duì)其進(jìn)行衡準(zhǔn)和研究，為救生艇的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定和救生艇的設(shè)計(jì)提出了有益建議。李牧之[5]等人對(duì)護(hù)舷在船舶碰撞中的保護(hù)作用進(jìn)行了研究，通過(guò)建立護(hù)舷的幾何模型、橡膠護(hù)舷的材料模型、復(fù)合材料護(hù)舷的材料模型，結(jié)合數(shù)值仿真方法對(duì)船體、護(hù)舷和碼頭碰撞特性進(jìn)行分析，對(duì)不同型式、不同材料和不同工況的碰撞性能進(jìn)行計(jì)算，提出了一種新型復(fù)合材料的護(hù)舷設(shè)計(jì)方案，基于船舶靠泊撞擊進(jìn)行了仿真計(jì)算驗(yàn)證，結(jié)合材料力學(xué)性能參數(shù)選擇合適的材料，從能量轉(zhuǎn)換角度對(duì)護(hù)舷防護(hù)性能進(jìn)行分析，驗(yàn)證了方案的可靠性。吳立洋[6]結(jié)合兩種護(hù)舷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料模型，建立有限元模型，針對(duì)典型作業(yè)工況進(jìn)行計(jì)算研究，分析對(duì)比護(hù)舷結(jié)構(gòu)的變形量與船體碰撞后的反作用力及壓強(qiáng)，為靠泊工況船舶防撞護(hù)舷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了有益建議。

1 救生艇概述

1.1 實(shí)艇艇型概述

本次試驗(yàn)所選取的全封閉救生艇艇體材料為阻燃性纖維增強(qiáng)材料，其主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 救生艇主要參數(shù)

表2 動(dòng)力響應(yīng)模態(tài)參數(shù)

表3 測(cè)點(diǎn)最大比率值時(shí)的加速度（單位：g）

在碰撞試驗(yàn)過(guò)程中，救生艇中的乘員采用沙包模擬，對(duì)典型位置采用與實(shí)際相同的安全帶以及卡扣將模擬人體的100kg 重物牢固的綁扎在座位上。

1.2 護(hù)舷結(jié)構(gòu)

在救生艇設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)布設(shè)護(hù)舷結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際的作業(yè)工況和救生艇型式，選擇合適的護(hù)舷結(jié)構(gòu)可以有效地提高防撞性能，大大降低救生艇與母船碰撞時(shí)產(chǎn)生劇烈的沖擊，改善艇內(nèi)乘員的舒適度，目前常規(guī)的護(hù)舷結(jié)構(gòu)多數(shù)采用橡膠或者新型復(fù)合材料制成。橡膠材料具有吸能強(qiáng)，反作用力小，優(yōu)異的防腐蝕性能以及性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，在防撞領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，本艇防撞護(hù)舷結(jié)構(gòu)采用橡膠材料制成，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)圖1。

2 救生艇碰撞試驗(yàn)

由于救生艇材料多數(shù)為阻燃式纖維增強(qiáng)材料，護(hù)舷結(jié)構(gòu)材料為復(fù)合材料，材料性能較難確定，因此在實(shí)際評(píng)估時(shí)，目前均采用實(shí)艇碰撞試驗(yàn)進(jìn)行研究。

2.1 試驗(yàn)概況

根據(jù)該型艇的主要參數(shù)信息，碰撞試驗(yàn)需要在模擬滿負(fù)載時(shí)，將救生艇吊高625mm，釋放后擺動(dòng)撞擊剛性墻表面（用以模擬船舷），碰撞時(shí)艇的速度為3.5m/s，試驗(yàn)時(shí)艇的受沖擊側(cè)應(yīng)安裝合適的護(hù)舷結(jié)構(gòu)，該護(hù)舷結(jié)構(gòu)應(yīng)與救生艇實(shí)際護(hù)舷結(jié)構(gòu)相一致。碰撞試驗(yàn)的示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 實(shí)艇自由降落試驗(yàn)示意

2.2 測(cè)點(diǎn)的布置

在封閉艇內(nèi)用于測(cè)試的加速度傳感器需要達(dá)到以下要求：

（1）具備涵蓋本次試驗(yàn)充足的頻率響應(yīng)，且頻率響應(yīng)需最少覆蓋0～200Hz。

（2）具備記錄整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程種所產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)的充足的容量。

（3）傳感器精度應(yīng)能控制在±0.5%內(nèi)。

基于上述要求，本次試驗(yàn)選取了丹麥B&K 公司生產(chǎn)的型號(hào)為4321 的4 個(gè)三向加速度傳感器，并輔以丹麥B&K 公司生產(chǎn)的型號(hào)為2692 的電荷放大器。

加速度傳感器應(yīng)固定在艇內(nèi)剛性部位，使振動(dòng)及滑移量盡可能小，并在艇內(nèi)的布設(shè)位置應(yīng)能測(cè)量得到碰撞時(shí)，最嚴(yán)重最惡劣的受力情況，因此本次選取救生艇駕駛員座位位置（2 號(hào)測(cè)點(diǎn)），靠近救生艇碰撞面一側(cè)的典型座位背靠（其中1 號(hào)測(cè)點(diǎn)位置為護(hù)舷安裝的內(nèi)測(cè)，3 號(hào)測(cè)點(diǎn)位置為護(hù)舷安裝位置靠艇首100mm），背向救生艇一側(cè)靠近艇首的位置（4 號(hào)測(cè)點(diǎn)），詳細(xì)的測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖3。

圖3 救生艇碰撞試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置示意

2.3 試驗(yàn)測(cè)量及分析系統(tǒng)

本試驗(yàn)的基本原理為，通過(guò)安裝在救生艇內(nèi)的4 個(gè)B&K4321 型加速度傳感器獲取碰撞時(shí)各危險(xiǎn)位置的加速度信息，通過(guò)B&K2692 型電荷放大器進(jìn)行信號(hào)放大，通過(guò)P-MVAS100 型便攜式多通道測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和輸出，詳細(xì)分析流程見(jiàn)圖4。

突出預(yù)警過(guò)程中，根據(jù)預(yù)警指標(biāo)體系中各指標(biāo)值，按照預(yù)警規(guī)則庫(kù)中相應(yīng)的預(yù)警規(guī)則，得到對(duì)應(yīng)的初級(jí)預(yù)警結(jié)果，進(jìn)而可根據(jù)初級(jí)預(yù)警結(jié)果采用極值原則得到反映不同方面的二級(jí)預(yù)警結(jié)果，最后得到終級(jí)預(yù)警結(jié)果，其警情分析模型如圖4所示。在由初級(jí)預(yù)警結(jié)果確定二級(jí)和終級(jí)預(yù)警結(jié)果的過(guò)程中，遵循最高級(jí)原則和部分指標(biāo)判識(shí)原則。

圖4 救生艇碰撞試驗(yàn)測(cè)試及分析流程示意

2.4 測(cè)試結(jié)果分析

2.4.1 動(dòng)力響應(yīng)模態(tài)評(píng)定

動(dòng)力響應(yīng)模態(tài)評(píng)定法是判定救生艇內(nèi)部乘員承受碰撞及沖擊載荷后損傷危險(xiǎn)性的最佳方案之一。在動(dòng)力響應(yīng)模態(tài)評(píng)估中，將分析對(duì)象即人體作為作用于各向上的單一自由度的彈簧體。通過(guò)測(cè)試所獲得的加速度所激發(fā)的人體質(zhì)量相對(duì)于支持座位的響應(yīng)，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)定。

在進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析之前，測(cè)得的加速度值應(yīng)定向至座位的主軸，且動(dòng)力響應(yīng)分析所需的結(jié)果為人體質(zhì)量相對(duì)于座位在每一坐標(biāo)軸上的位移時(shí)間。

使用動(dòng)力響應(yīng)模態(tài)評(píng)定進(jìn)行計(jì)算和衡準(zhǔn)時(shí)，下列表達(dá)式應(yīng)能得到滿足。

式中：dx—人體質(zhì)量在X 人體軸線方向上相對(duì)于支持座位，按動(dòng)力響應(yīng)分析計(jì)算而得的同時(shí)發(fā)生的相對(duì)位移。（dy、dz亦然）

Sx —為相應(yīng)降落狀態(tài)下的X 向的相對(duì)位移。（Sy及Sz亦然）

2.4.2 沖擊響應(yīng)頻譜系列（SRSS）

同樣的，在進(jìn)行SRSS 分析之前，測(cè)得的加速度應(yīng)定向至座位的主軸，并對(duì)實(shí)艇上測(cè)得的加速度以不小于20Hz 的低通濾波器進(jìn)行過(guò)濾。

使用沖擊響應(yīng)頻譜系列（SRSS）進(jìn)行計(jì)算和衡準(zhǔn)時(shí)，下列表達(dá)式應(yīng)能得到滿足。

式中：gx—人體質(zhì)量在X 人體軸線方向上相對(duì)于支持座位，按動(dòng)力響應(yīng)分析計(jì)算而得的同時(shí)發(fā)生的相對(duì)加速度。（dy、dz亦然）

Gx —為相應(yīng)降落狀態(tài)下X 向的相對(duì)加速度極限。（Gy 及Gz 亦然）

其中駕駛員位置（測(cè)點(diǎn)2）按計(jì)算公式（2）進(jìn)行評(píng)定，參考應(yīng)急限值進(jìn)行評(píng)估，其中Gx=18，Gy=7，Gz=7。

其余乘員位置（測(cè)點(diǎn)1、3、4）按計(jì)算公式（2）進(jìn)行評(píng)定，其中Gx=7，Gy=18，Gz=7。

最大比率值結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表4 最大比率值

3 結(jié)論

本文對(duì)兩舷降落全封閉救生艇的碰撞試驗(yàn)進(jìn)行了研究，按照國(guó)際海事組織海上安全委員會(huì)，經(jīng)MSC.226(82),MSC.274(85),MSC.321(89) 和MSC.323(89)修正的 MSC.81(70)《經(jīng)修正的救生設(shè)備試驗(yàn)建議》第1部分要求，結(jié)合某型艇進(jìn)行了實(shí)艇碰撞試驗(yàn)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的加速度進(jìn)行測(cè)量和分析，獲取最危險(xiǎn)位置的加速度信息，并以此進(jìn)行了SRSS 最大比率值評(píng)估，評(píng)估結(jié)果最大值為0.893（小于1），滿足評(píng)估要求，驗(yàn)證了該型艇碰撞性能的安全性。