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滑梯式海上撤离系统充气桁架研究
| 论文题名： | 滑梯式海上撤离系统充气桁架研究 |
| 关键词： | 海上撤离系统;充气桁架;结构设计;复合纤维布料;力学特性;加工工艺;安全性能 |
| 摘要： | 海上撤离系统是为突发海难的船舶乘客提供快速且安全撤离的救生设备，作为具有快速展开要求的充气膜结构，制作时采用的充气膜材料直接影响整体结构的性能。TPU(Thermoplastic Urethane)复合纤维布料是理想的膜材料，但由于自身复杂的力学性能，使得海上撤离系统的制作与分析存在较大困难。故本文针对制作海上撤离系统组成构件所采用的 TPU 复合纤维布料的力学特性与桁架气柱这类支撑构件的加工工艺进行分析研究，本文主要研究内容如下： (1) 从人员撤离时救生滑道所受到的载荷进行分析，确定了救生滑道这种充气桁架对自身结构的性能需求，结合现有的桁架结构的分类与研究，确定桁架结构的选型。随后针对桁架结构的结构设计参数进行了研究，为之后桁架气柱的性能研究提供尺寸参考； (2) 针对TPU复合纤维布料的力学性能进行研究，分析布料的组成结构，研究各成分对布料整体的影响方式，建立起描述布料的各向异性特性的本构模型。同时通过单轴拉伸实验，验证了本构模型的准确性； (3) 基于均匀体假设，建立描述布料内部纱线旋转的几何模型。采用布条的单轴拉伸试验模拟气柱充气时的布料，由于布条截面上传递拉伸力的纱线数量变化明显，纱线旋转的影响很大。通过划分均质体内部微元体，结合胡克定律分析布条拉伸时微元体的变形情况，确定布条拉伸后的截面有效纱线数量； (4) 对桁架气柱的加工工艺进行研究，比对现有的加工工艺的优缺点，确定气柱的加工工艺。通过粘接模拟布条的单轴拉伸试验，分析胶层宽度对强度的影响。根据桁架气柱的结构特点，将桁架气柱的接缝划分成直线接缝与折弯接缝，并设计出对应的辅助工作台； (5) 对采用辅助工作台粘接的桁架气柱进行充气试验，验证了粘接工艺与辅助工作台的合理性。测量充气过程中气柱的各个参数，分析压强变化对气柱外形的影响，得到气柱随压强变化的变化曲线。根据胶层宽度对强度的影响，对气柱的极限压强进行预测，并通过爆破试验验证，随后分析破坏后气柱的破坏形式，从原理上提升气柱的安全性能。 针对布料与加工工艺的研究可以为海上撤离系统的性能分析提供原理与数据的支撑，对海上撤离系统整体结构优化与有限元分析仿真，填补我国海上救生设备在这一领域的空白具有十分重要的意义。 |
| 作者： | 姜新齐 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 孙长乐 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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