仿古木船结构设计与研究

• 作 者: 余祥
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 仿古木船 蓬莱二号 木材 有限元

木船在当代社会并不多见,主要用于旅游业。但是对木船,尤其是仿古木船的研究也有其特殊的历史价值和现实意义。仿古木船种类繁多,本文选取的模型为在东蓬莱附近出土,后经武汉理工大学船史研究中心和一些考古学者共同努力而复原的蓬莱二号古船。此船的船长为33.85米。现在内河木船用的规范为1998年起实施的《内河木质船舶检验办法》,其规定的木船的长度只在20米以内。而对于海上航行的木船(由于木船现主要用于旅游业,基本上只航行于近海或者沿海)则没有相应的规范。但我们知道,中国的历史上有很多超过20米的相对比较大的木质船舶,比如众所周知的郑和宝船,而现今又没有相应的规范,在本文中,搜集了一些遮蔽航区的仿古木船的各处板厚和一些主要纵向构件(龙骨和大擸)的尺寸,对这些搜集的数据进行分析并寻找规律。然后以蓬莱二号为例,进行建模,对以上总结的规律加以验证和对比,并最终提出20米—34米范围内的仿古木船的板厚和一些主要纵向构件(龙骨和大撒)的建议公式,以供参考。本文首先介绍了蓬莱二号古船的复原研究的相关情况,根据出土以后残存的蓬莱二号的主体和舱段的测量值估测出船舶的各个型值,从而得出了船舶的主尺度和各主要参数；其次阐述了木材的一些主要特性,从而知道在有限元计算时和钢材的不同之处,其中最为鲜明的就是木材的各项异性。然后经过对比和综合考虑选定本文讨论的Patran模型选用的木材；再次,参考复原的蓬莱二号仿古木船,建立起相应的有限元模型,接着确立了静水、中拱和中垂三种工况,并确定了模型的初始板厚,再在三种工况下分别加上对应的载荷并计算,得出应力和应变的结果；最后对根据初始板厚计算的结果进行优化,从而验证20米以上的木质船舶的结构的可行性,并最终确定40米以内的木质船舶板厚的建议公式,以供参考,然后另建一个模型对提出的公式加以验证。