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沿型深方向分段前后兩段的變形量q345d

　　近年來(lái)，隨著船舶大型化的發(fā)展趨勢(shì)，集裝箱船舶的建造規(guī)模越來(lái)越大，針對(duì)大型集裝箱船結(jié)構(gòu)安全問題，國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)(IACS)成立專項(xiàng)工作組，針對(duì)船用高強(qiáng)度特厚鋼板制定了一系列的統(tǒng)一要求，提出超大型集裝箱船在設(shè)計(jì)和建造過程中應(yīng)對(duì)艙口圍、甲板結(jié)構(gòu)的脆性裂紋止裂性能進(jìn)行校核和確認(rèn)。

　　為了提高船舶在關(guān)鍵區(qū)域的止裂性能，設(shè)計(jì)人員針對(duì)這些關(guān)鍵區(qū)域結(jié)構(gòu)在建造過程中的裝配精度制定了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于止裂鋼母材表面缺陷會(huì)影響到材料本身止裂性能，因此，在分段合龍階段，很難通過機(jī)械校正的方式糾正分段建造過程中產(chǎn)生的精度誤差，只能通過局部換板解決此類問題，對(duì)于船而言，不但會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失還會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度，所以，在分段建造階段，控制焊接變形尤其是舷側(cè)特厚板止裂鋼區(qū)域結(jié)構(gòu)的焊接變形，成為了超大型集裝箱船建造過程中非常重要的一項(xiàng)難點(diǎn)工作。

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)止裂鋼區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接變形仿真，可以幫助生產(chǎn)者選擇更為合理的施工流程并識(shí)別出施工重點(diǎn)，從而提高船舶在建造過程中的精度控制，在確保船舶建造質(zhì)量的同時(shí)，提高船的生產(chǎn)效率。

　　本文以某超大型集裝箱船舷側(cè)結(jié)構(gòu)為例，基于固有應(yīng)變?cè)�理，利用Weld_sta軟件對(duì)其進(jìn)行分段整體制作焊接變形預(yù)測(cè)，分析其整體變形趨勢(shì)，為制定現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)施工注意事項(xiàng)提供理論依據(jù)。

　　止裂鋼是一種新型材料，在國(guó)內(nèi)沒有太多成熟的施工經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，其施工主要有以下三個(gè)難點(diǎn)：一是止裂鋼母材的表面缺陷會(huì)影響材料的止裂性能，因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，一旦因吊裝碰撞、焊接碰電、過度打磨、夾具的夾印等原因造成母材破壞，則會(huì)導(dǎo)致材料報(bào)廢;

　　二是止裂鋼在裝配過程中應(yīng)避免燒焊工裝件的使用，這意味著傳統(tǒng)的馬板裝配將在止裂鋼施工中無(wú)法使用，而只能采取定位焊來(lái)定位。而對(duì)于定位焊的施工工藝以及位置的選取將會(huì)直接影響到焊接變形量的大小;

　　三是止裂鋼藥芯焊絲氣體保護(hù)焊標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙為6mm，允許的裝配公差范圍為4～12mm，比常規(guī)裝配間隙4～16mm要求更高。如果在分段階段不能很好地控制建造精度時(shí)，在合攏階段一旦出現(xiàn)間隙超差將導(dǎo)致大面積的換板工作。

　　因此對(duì)于大量使用止裂鋼材料的舷側(cè)結(jié)構(gòu)分段而言，如果能夠在分段制造過程中控制焊接變形，可以有效提高船生產(chǎn)效率。

　　本文主要以某超大型集裝箱船舷側(cè)結(jié)構(gòu)分段CS14P為例，利用Patran對(duì)該分段建立有限元模型，模型中所有材料均根據(jù)實(shí)際板厚、尺寸進(jìn)行定義，采用直角坐標(biāo)系，X軸為船長(zhǎng)方向，自0號(hào)肋位向船艏為正;Y軸為船寬方向，自船舯向左舷為正;Z 軸為型深方向，自基線向上為正，采用牛頓、毫米、秒為統(tǒng)一單位制。為了減少計(jì)算工作量，在不影響計(jì)算精度的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了次要構(gòu)件以及形狀特殊的結(jié)構(gòu)。利用Patran軟件對(duì)三維有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四邊形彈性板單元，該模型分別有單元 1273個(gè)，節(jié)點(diǎn)1308個(gè)。

　　CS14P分段整體尺寸為：長(zhǎng)(船長(zhǎng)方向)15.72m;寬(船寬方向)3.48m;高(型深方向)8.30m。結(jié)構(gòu)的鋼材型號(hào)為CCS-EH40-BCA、CCS-EH40、CCS-AH40、CCS-AH32、CCS-A。主要構(gòu)件材料明細(xì)如表1所示。該分段施工步驟為：以內(nèi)縱壁為基準(zhǔn)面，先安裝強(qiáng)框架、主甲板、二甲板，然后安裝舷側(cè)外板，后再安裝艙口圍片段。

　　邊界約束條件：考慮到分段結(jié)構(gòu)在胎架上處于一個(gè)相對(duì)自由狀態(tài)，對(duì)分段結(jié)構(gòu)施加約束比較困難，同時(shí)不符合實(shí)際情況。因此，本文依據(jù)慣性釋放理論對(duì)分段結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，即不對(duì)分段結(jié)構(gòu)施加約束條件，直接計(jì)算焊接變形量。計(jì)算結(jié)果：經(jīng)過對(duì)CS14P分段結(jié)構(gòu)有限元模型的焊接變形進(jìn)行模擬計(jì)算。其中的紅色實(shí)線為原始結(jié)構(gòu)有限元模型輪廓線。為了清晰反饋所計(jì)算的變形情況，將變形結(jié)果放大50倍，如圖3所示。

　　對(duì)于分段CS14P而言，由于其鋼板厚度較厚，且主甲板上焊有艙口圍結(jié)構(gòu)，因此，該分段整體建造的焊接變形量較大，尤其是分段上部靠近主甲板區(qū)域，主甲板沿船長(zhǎng)方向總收縮量約為43.915mm，沿船寬方向的變形量為1.764mm，沿型深方向分段前后兩段的變形量，總收縮量為30.235mm。

　　1、從設(shè)計(jì)角度而言，結(jié)構(gòu)板材的厚度對(duì)于焊接變形有著較大的影響，因此在板縫設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理布置板縫線。同時(shí)，對(duì)于以薄板焊接為主的結(jié)構(gòu)，分段預(yù)留50mm的余量過于保守。2、現(xiàn)場(chǎng)建造施工角度而言，在分段階段，應(yīng)特別關(guān)注厚板區(qū)域結(jié)構(gòu)焊接變形的控制，使用正確的焊接工藝，嚴(yán)格遵守操作流程;在分段合攏階段，由于不同位置的焊接變形量不一致，施工人員不能簡(jiǎn)單的根據(jù)幾個(gè)點(diǎn)的精度切割余量，而應(yīng)綜合整體精度測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行整體調(diào)整，尤其是分段四角，十字焊縫區(qū)域;關(guān)注厚薄板過渡區(qū)域的裝配精度。

　　3、從建造后檢驗(yàn)角度而言，由于分段合攏時(shí)，余量切割、坡口打磨均為手工操作，其質(zhì)量和精度控制與機(jī)械加工相差甚遠(yuǎn)，因此在這些區(qū)域存在的焊接質(zhì)量缺陷的概率大幅提升，因此，在后期進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)這些區(qū)域給予關(guān)注。
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