船用缆绳强度的计算

缆绳强度的计算

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t一 f ) - f ' c第 J 8卷第 3期

大连海运学院学报J oⅢmlIo t Da l a l le e t an M rae Co l g

v 0 . 8. 0 3【1 N Au 1 9 9 2

19 9 2年 8月

船用缆绳强度的计算‘坚

(海系船艺教研室 )航

[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班行丁比较，摘 并蛤出了标准值的回归估算式+同时还蛤出了缆绳伸长率的计算方法，对船舶驾驶』员安全系泊有一定的参考意卫。、

关翻词： ! I堑

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中圉法分类号：

纤维缆绳在船舶系泊、、泊操纵及拖带作业中都起着重要作用。而缆绳强度则是靠离船员最为关心的问题。因缆绳强度不够而造成的断缆，响船舶安全的事故时有发生。影令操纵人员为难的是关于缆绳破断强度的估算方法颇多 .结果却不统一 .缆绳弹性的估但而算更难以见到。为此 .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 .给笔井

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 .出了伸长率与缆给绳负荷应力的关系式。考虑到船上实际情况，文主要以马尼拉、龙、纶、尼龙等种本尼涤维类的缆绳为例进行讨论。

1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，计算结果也有区别 .者列在这里作为其笔比较：

文献[]出了马尼拉的破断强度估算方法： 1给破断强度肼一/ () 3 t 1

常期使用安全负荷 w一/ 3× 6 () ( )t 偶尔使用的工作负荷文献[3出了马尼拉的破断强度； 5给B一 0 5{ k ) s . 4 ( g() 2

=/ () 7t

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文献[] 3则根据纤维性质给出破断强度的估算方法

·

收稿日期，9 2 0— 2 1g— 1 5

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大连海运学院学报f D (g (尼拉 ) k )马 6

l 8卷

。 1 g维龙 ()尼 ) 9 k( DL (g (纶 ) l D k )涤 4

D k )尼 I 8 (g (龙 ) 1

() 3

文献[]出了编绞尼龙缆绳破断强度及安全强度： 1给 2BS= 1 4 k . 0 ( g) 1 W= 0 2 0 ( g J . 3 k )

文献[ 1给出的破断力计算式为： 1]BS= K D () t

( ) 5

式中为材料系数+取值为：尼拉 0 0 3尼龙 0 0 0+纶 0 0 2+尼纶 其马 .l, 0 3绦 3 . 2维 90 .0】 . 45

式 ( ) ( ),表示缆绳周长+的单位为寸。单位为 mm+ 1~ 5中 - D表示缆绳直径+位 单为 rm. r a

笔者根据收集的国外资料

,缆绳破断强度标准值进行了回归。准值如表 1对标

衰 l纤维缆绳破断强度

破断强度的估算式如下：马尼拉 B一 0 0 0 D“() S . 1 2 t尼龙 B 8— 0 0 9 D () . 2] t绦纶 B 8— 0 0 2 5 () . 2 0D t] 1 () 6

维尼龙 1 B号 S= 0 0 3 4 t I . 1 5 D”()

维尼龙 2号 B S一 0 0 3 3 1tJ . 1 3 D 9()式中 D为缆绳直径。位 mr.单 r a

各式与标准值的比较表明， ( )式 ()式 1。 2估算值比标准值偏小+ ( )估算值则均大式 3的于试验值，尤其是当直径增大时，误差达六分之一。 ( )式 5的估算值与试验值较为接近，但在缆绳直径大于 4mm时。 0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。关数在 09相 . 9以上+图 l 2 3见。,.

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应当指出的是，中所用数据为三文股拧绞缆的标准值。若为编织缆则破断强度有所减弱。献[,]文 3 4皆指出化纤编织缆比化纤拧绞缆强度下降达 3 . 0此外，报告指出_有 6’ 由于制造厂家及纤维质量的区别，破断强度与标准值其有出入。般试验结果表明 .试验值均一其大于标准值。从安全角度考虑本文所取标准值是合理的。0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 D mm 0 0 0 0 0 0 0 O 0/

图 l马尼拉缆破断强度估算式的比较

2缆绳伸长率的估算在拉力的作用下

,维缆绳将会伸长，伸长率取决纤其呻锄 如肋加

于该种性质缆绳的弹性模量，系如下式：关

一芋一导 一i一

( 7 )

式中：缆绳的纵向应变或伸长率；为缆绳承受正应 为 力； F为缆绳的弹性模量。P一 i

() 8

P为外力； F为缆绳横截面积。有关缆绳弹性模量 F的资

算式如下：一

0 1 5“ k/ . e ( g mm 3 )

() 9 ( ) 1 0( 1 1 ) ( ) 1 2

E一 0 0 8 e。( g mm . 3 3。k/ )潦一 0 3 6e . 1 7 ( g mm k/ )

】一 0 0 0 6。 k/号 .35e。 ( g mm )

墟E5一 0 0 0 e . 2 6

( g mm k/ )

( 3 1)

(~ 1 )中 .应变率的百分数，种材料破断伸 9 3式为各长率如表 2所示 .应于这些值的应力即为破断应力。对 由图 4 8可见，式 (~ 1 )估算值在缆绳负荷为~公 9 3的破断力一半时，和实验值较好地吻合，当伸长率增加时能而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 .使在偶一使用的安全负荷情况下，即其允许应力也仅是破断应力的 l 3所以 (~ 1 )能较好地反映伸长率/, 9 式 3图 3替纶缆绳破断强度估算式的比较

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28 5与拉应力之间的关系。

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裹 2缆绳破断伸长率8N

名

kg,m m

￡E·

6{

- 2 e

验 值/试//。一值 估一算 i 3缆绳吸收的能量.

0

伸长率/ ) (

圈 4马尼拉缆拉应力与伸长率的关系

.

由上节的分析可知，绳的负荷与仲长率之间存在缆

着非线性的函数关系，然在系泊操纵用缆过程中缆绳显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，绳吸收的能量可由下式表示缆Ec— P· ( ) 14( )%

式中： P为缆绳抵卸外力的反作用力} L为缆绳伸长量。 由于缆绳的弹性因素，绳在外力作用下是逐渐仲长的，缆 其反作用力 P也逐

渐增大， P为舡，函数，而缆绳即的因E S

图 5尼龙缆拉应力与伸长率的关系

1 28

试估验算值值

|l

\_ r / 一 0 _

/

4

0

4 8 1 l 20e 2 6 (% )

图 6涤纶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 9阴影部分所示。于是 ( )可进一步改写为： 1式 4毋一。

/ 一P( L)’d a 4 ( L)

圈 7雎尼纶 1号拉应力与仲长率的关系

( ) 1 5

又 A oe· oL为缆绳原长度 . L L,oPA ) ( L所 ( )·且 ( ) eI F 一 E一 c:

().L F e o d

一

·F·

( 6) 1

再次将 ( 6式变形为 1)

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维尼她 5号拉匝力与伸长翠的关系一

图 9蛭绳做功示意图

(≮

)

() 1 7

由(7式可知， E 1)当一定时， 1 L不变，越大 s小，合式 (~ 8可知越小。 () n 越结 5 ) 也就是说缆绳越粗则在吸收同样能量的情况下，绳承受的应力也小。( )缆 2 F不变 .越 长，小。即同样缆绳，越初始长度越长，在吸收同样能量的情况下，承受应力也越小。则所 因此，了保证安全，尽可能使用粗一点的缆绳；缆绳一时，尽可能把缆绳放长一为，应若 -定则点。

以尼龙绳为例：一 (￡ 0L,

E·2 .41 74、 L

磊

—

‘

L∞

若， L 大 1 ,比 c o增 0则一

( . ).7 1 1 _4 ]1 4一 1 0 6.

Ⅱ 0 2

即缆绳增长 1H,力降低 6 . 0应

4结语 ( )算缆绳破断强度诸公式以文献[]准，献[]给估算式误差较大。文提 1估¨较文 3所本出的缆绳破断强度与直径成 18 . 6次方关系式与试验值更为吻合。 ( )绳伸长率与缆绳负荷为非线性关系，者提出的估算方法在安全负荷范围内与 2缆笔试验值吻合较好。 ()缆绳使用过程中， 3在若条件许可 .应尽可能放大缆绳 .降低缆绳承受的应

力。可 参考文献

l NJ h l s s a ans i nd c ols e n hp a Nau i a o ldge. i e b Br w n Son an r s d, a g tc l kn w e Prnt d y o d Fe gu on Lt Gl s ow

2肖修章.艺.船大连}大连海运这院出收社 .9 0 1 9.3于俊鸭等 .艺训练 .京：民交通出收社， 7船北人 l8 . 94 M ih e h mjwsd M o r go u fc sest ir. r eT c n l g 1 80 l ( ) l 7 c a l e a￣. o i fS ra eVesl oP es Ma i c n n e h oo y, 9, 7 1:~

5钱淡如等 .海问答 .京；民吏通出版社， 9 0航北人 19. 6山口宜彦.,于 r口圭；于口、船舶用途 c ' t,/ :船科学，9 0 1 ( ) 9~ 9 1 6, 3 9 1 5

7土屋 .舶用索 E Lt于口 .索 .舶 .9 8 3 (2: 2 8 1 2 船 /船 1 5,1 1 ) 1 1￣ 2 3

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8松木，来船| 于},彳=关卞 5一考察.关西适船悔畚志， 9 1 1 2 1~ 1 16 ( 0 ) 1 69岩井 .舶用夕口叉口一 7} 0、 .舶， 9 6 3 ( ) 8 6 8 8船： r船 1 6, 6 7: 6￣ 0

1 V C 6 L C研完畚 i沂译 .周超大型船舶操戡要点，北京：民交通出版社，9 2人 1 8,l航海手册，第 5册 )北索；民交通出收社， 9 8 l ( .人 1 7,

1内河船舶驾驶问答. 2北京民交通出版社， 9 5人 18 .

The Pr c i a l ul tng M e ho a tc l Ca c a i t d of M oor ng R op r ng h i e St e t

L u Z e gin i h n j g a( l m啦 n , DMC)

A b t ac sr tTh m p rc lf r uls c n fe e u e o alultr . e e iia o m a a o t n b s d f r c c a i￣ The sr n t f m o rn r p s te g h o o ig o e hae n a a ys d i ds p p r Co p r b e n l e n f a e

. l m a￣ wi e t s a a. o e o e r t p a tc 1 h h t t e t d t s m f t m a e no r c i a .Re r s h g e—

so o m ul o rd ci g r p s sr ng tai e p e e t d tc n b s d b a i a in o in f r a f r p i i tn o e te t sr n ar r s n e .I a h e u e y n v g to f rr f r n e ee e c .

Ke o d Fi r o; o n o df m i y W r s: b e r p Br ke l a St n e

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