一種新型貫穿孔的開發(fā)及應(yīng)用

戴　釗　楊　麟

（廣船國際技術(shù)中心）

一種新型貫穿孔的開發(fā)及應(yīng)用

戴釗楊麟

（廣船國際技術(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，通過新型T型材貫穿孔的開發(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了大量的設(shè)計修改，增加了鋼材成本，嚴(yán)重影響空船重量。據(jù)統(tǒng)計，增加橫向肘板板厚單船空船重量增加約800 t，同時還會滯后設(shè)計和訂貨周期。由此可見采用第一種方案無論設(shè)計還是生產(chǎn)都將受到不良影響。

第二種方案是采用水密補板。將補板由非水密改為水密單個補板增重約13.5kg，全船約有1600塊補板需要修改，空船重量增長約21.6t，是第一種方案增量的2.7%。在工藝方面，單個水密補板的焊接及打磨長度較非水密增加約1.750m，全船焊縫及打磨工作因此項修改增加約2800m。第二種方案顯然比第一種有優(yōu)勢，仍會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。它是通過多次繪制、反復(fù)計算校核，最終敲定滿足規(guī)范疲勞年限的新型貫穿孔，簡稱蘋果孔。這種方案的最大優(yōu)勢在于：①設(shè)計修改量小，對設(shè)計進(jìn)度影響不大；②不必修改鋼材訂貨清單，也不會造成空船重量增加，利用控制生產(chǎn)成本；③對施工影響比較小，僅改變貫穿孔的形式，既不增加現(xiàn)場工作量，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　　蘋果孔及疲勞年限分析

1　計算分析

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（簡稱蘋果孔）形式及疲勞年限分析：

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

2　繪制蘋果孔

幾何形狀分析：

蘋果孔的開孔形狀和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。由于幾何宏語言只能繪制圓弧和線段，因此橢圓弧需要用圓弧來模擬繪制。經(jīng)過測試發(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)計及生產(chǎn)需求。

圖3　蘋果孔幾何形狀參數(shù)

蘋果孔采用幾何宏語言編外輪廓，再通過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　實船建模應(yīng)用

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

圖4　模型中的蘋果孔

4　現(xiàn)場測試

蘋果孔對精度要求比較高，它的輪廓由多段圓弧連接而成。取值上，兩圓弧的相交點為圓弧切點最優(yōu)。如果兩段圓弧未能相交，會導(dǎo)致切割機抖動，切除的線型不夠光順；若是兩段圓弧呈交叉狀，切割機在相交點的停留時間過長，材料受損，產(chǎn)生凹點狀的瑕疵。

圖5　有瑕疵的線型

圖6　凹點狀的瑕疵

經(jīng)過優(yōu)化算法、提高計算精度，多次現(xiàn)場切割，完善切割機參數(shù)，蘋果孔輪廓基本光順，圓弧相接處過渡光滑，包角邊留跟可以滿足現(xiàn)場工藝需求。

圖7　蘋果孔切割效果

圖8　包角效果

5　結(jié)束語

通過對250000DWT大型礦砂船VLOC舷側(cè)強框處T型材貫穿孔的創(chuàng)新開發(fā)，解決了原來疲勞強度無法滿足規(guī)范要求的問題并得到船級社的認(rèn)可，避免了新增材料的重新訂貨及大量現(xiàn)場修改，節(jié)約了至少一個月的材料周期和半個月的現(xiàn)場修改周期，對于時間緊周期短的受制船產(chǎn)品來說，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)各項節(jié)點的順利實現(xiàn)。

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

[2]03-AM船體貫穿孔及補板圖冊(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。

楊麟（1982--），男，助理工程師，船舶設(shè)計。

（2015-7-15）