戴　釗　楊　麟

（廣船國(guó)際技術(shù)中心）

一種新型貫穿孔的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

戴釗楊麟

（廣船國(guó)際技術(shù)中心）

本文以滿足VLOC產(chǎn)品T型材貫穿孔最低疲勞年限為前提條件，通過(guò)新型T型材貫穿孔的開(kāi)發(fā)，達(dá)到滿足規(guī)范要求、控制船廠成本和施工有利的要求。

蘋(píng)果孔VLOC T型材貫穿孔優(yōu)化

0　前言

為保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，船體縱向骨材保持連續(xù)，需貫穿橫向結(jié)構(gòu)。250000 DWT大型礦砂船VLOC產(chǎn)品船舷側(cè)強(qiáng)框處的T型材貫穿孔的疲勞年限不滿足規(guī)范要求的最低疲勞年限25年。為了需要提高疲勞壽命滿足規(guī)范要求，可以采用3種方案：⑴增加橫向肋板的板厚；⑵增加水密補(bǔ)板；⑶優(yōu)化貫穿孔。

第一種方法需要將橫向肋板的板厚由13mm增加到21mm。這種修改方案最直接的后果帶來(lái)了大量的設(shè)計(jì)修改，增加了鋼材成本，嚴(yán)重影響空船重量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，增加橫向肘板板厚單船空船重量增加約800 t，同時(shí)還會(huì)滯后設(shè)計(jì)和訂貨周期。由此可見(jiàn)采用第一種方案無(wú)論設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)都將受到不良影響。

第二種方案是采用水密補(bǔ)板。將補(bǔ)板由非水密改為水密單個(gè)補(bǔ)板增重約13.5kg，全船約有1600塊補(bǔ)板需要修改，空船重量增長(zhǎng)約21.6t，是第一種方案增量的2.7%。在工藝方面，單個(gè)水密補(bǔ)板的焊接及打磨長(zhǎng)度較非水密增加約1.750m，全船焊縫及打磨工作因此項(xiàng)修改增加約2800m。第二種方案顯然比第一種有優(yōu)勢(shì)，仍會(huì)增加材料成本及施工工作量。

第三種方案為優(yōu)化貫穿孔形式。它是通過(guò)多次繪制、反復(fù)計(jì)算校核，最終敲定滿足規(guī)范疲勞年限的新型貫穿孔，簡(jiǎn)稱蘋(píng)果孔。這種方案的最大優(yōu)勢(shì)在于：①設(shè)計(jì)修改量小，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)度影響不大；②不必修改鋼材訂貨清單，也不會(huì)造成空船重量增加，利用控制生產(chǎn)成本；③對(duì)施工影響比較小，僅改變貫穿孔的形式，既不增加現(xiàn)場(chǎng)工作量，也不增加施工難度。

因此采用第三種解決方案。

圖1　傳統(tǒng)貫穿孔形式及疲勞年限分析

250　000　DWT VLOC產(chǎn)品船傳統(tǒng)貫穿孔形式及疲勞年限分析：

圖2　　蘋(píng)果孔及疲勞年限分析

1　計(jì)算分析

從圖1中可以看出，單元格406206～406209、406190～406194處的疲勞年限均低于25年，不滿足規(guī)范要求。

250000DWT VLOC產(chǎn)品船新型貫穿孔（簡(jiǎn)稱蘋(píng)果孔）形式及疲勞年限分析：

圖2對(duì)應(yīng)圖1不滿足疲勞年限的位置進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)測(cè)試，疲勞年限滿足規(guī)范要求的最低年限。單元格450767處的年限計(jì)算為21年，經(jīng)過(guò)材料系數(shù)修正，該處的疲勞年限達(dá)到28年，也滿足規(guī)范要求。

2　繪制蘋(píng)果孔

幾何形狀分析：

蘋(píng)果孔的開(kāi)孔形狀和T型材面板的寬度成正比，在這里以寬度為100mm的面板為例進(jìn)行分析。如圖3所示黃色和粉色兩段為圓弧，綠色為橢圓弧。由于幾何宏語(yǔ)言只能繪制圓弧和線段，因此橢圓弧需要用圓弧來(lái)模擬繪制。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：用4段圓弧模擬的綠色段橢圓弧誤差可控制在0.01 mm以內(nèi)，可以滿足設(shè)計(jì)及生產(chǎn)需求。

圖3　蘋(píng)果孔幾何形狀參數(shù)

蘋(píng)果孔采用幾何宏語(yǔ)言編外輪廓，再通過(guò)編譯軟件將源文件轉(zhuǎn)換為AM系統(tǒng)可讀取的.glb文件，導(dǎo)入AM。

3　實(shí)船建模應(yīng)用

根據(jù)船體結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，舷側(cè)縱骨受到海水動(dòng)壓力的交變應(yīng)力，易產(chǎn)生疲勞。采用新型貫穿孔可以有效減少周?chē)膽?yīng)力，從而提高縱骨的疲勞年限。

圖4　模型中的蘋(píng)果孔

4　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

蘋(píng)果孔對(duì)精度要求比較高，它的輪廓由多段圓弧連接而成。取值上，兩圓弧的相交點(diǎn)為圓弧切點(diǎn)最優(yōu)。如果兩段圓弧未能相交，會(huì)導(dǎo)致切割機(jī)抖動(dòng)，切除的線型不夠光順；若是兩段圓弧呈交叉狀，切割機(jī)在相交點(diǎn)的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，材料受損，產(chǎn)生凹點(diǎn)狀的瑕疵。

圖5　有瑕疵的線型

圖6　凹點(diǎn)狀的瑕疵

經(jīng)過(guò)優(yōu)化算法、提高計(jì)算精度，多次現(xiàn)場(chǎng)切割，完善切割機(jī)參數(shù)，蘋(píng)果孔輪廓基本光順，圓弧相接處過(guò)渡光滑，包角邊留跟可以滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝需求。

圖7　蘋(píng)果孔切割效果

圖8　包角效果

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)250000DWT大型礦砂船VLOC舷側(cè)強(qiáng)框處T型材貫穿孔的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，解決了原來(lái)疲勞強(qiáng)度無(wú)法滿足規(guī)范要求的問(wèn)題并得到船級(jí)社的認(rèn)可，避免了新增材料的重新訂貨及大量現(xiàn)場(chǎng)修改，節(jié)約了至少一個(gè)月的材料周期和半個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)修改周期，對(duì)于時(shí)間緊周期短的受制船產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，尤為關(guān)鍵。目前新型貫穿孔已經(jīng)在250000DWT大型礦砂船VLOC產(chǎn)品船上應(yīng)用，該新穎貫穿孔能滿足25年的疲勞要求，單船可節(jié)省鋼板約800t，確保了船廠生產(chǎn)各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)的順利實(shí)現(xiàn)。

[1]鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范2012第7分冊(cè)第10篇散貨船結(jié)構(gòu)(CSR)

[2]03-AM船體貫穿孔及補(bǔ)板圖冊(cè)(內(nèi)部資料)

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.01.002

戴釗（1985--），女，工程師，船舶設(shè)計(jì)。

楊麟（1982--），男，助理工程師，船舶設(shè)計(jì)。

（2015-7-15）