大型船舶结构焊接变形固有应变法预测的探讨

胡东波 1 黄勉 2

摘要：近些年来伴随着船舶的逐渐大型化，对船舶结构的稳定性提出了更高的要求，而焊接质量会在很大程度上影响船舶的结构强度，例如焊接材料匹配、焊接参数选择、焊接温度控制以及焊接变形处理等，都会严重影响船舶的安全性与稳定性，因此计算的精细化以及高水平的工艺和操作保证等都是控制船舶焊接质量的关键，目前焊接技术作为现代工业中极其灵活、常见的一种连接技术，其更是受到了社会各界的密切关注，越来越多的技术人员已经投身到相关课题的研究中，本文也主要针对固有应变法的基本概念、具体方法等方面的内容进行分析，希望能为船舶结构稳定性的提升提供一定的帮助。

关键词：大型船舶；焊接变形；应变法；船舶结构

引 言

焊接变形是影响船舶使用寿命与应用效果的因素之一，如何有效控制焊接变形一直是工业开展中最需解决的一个重要问题，而我国技术人员对于该问题地解决主要从两大方面入手，第一是有效提升计算精度，第二则是降低时间成本，目前固有应变法在船舶结构焊接中得到了十分广泛地应用，但是其也不可避免地存在一定的缺点，例如计算效率低、成本高等，因此，其在大型船舶中的应用十分有限，所以相关的技术人员应该加强对该方法的完善与改进，有效提升计算效率，控制结果准确性。

一、船体变形的危害

船体产生总体变形和局部变形后,会直接影响船舶的各种性能及船舶的美观，船舶产生中拱和中垂变形,会严重影响主机和轴系的正常安装和使用,使推力轴承、中间轴承、艉轴轴承承受负荷不均匀且在轴承运动中产生或导致轴系严重的振动,造成艉轴各道支撑轴承受力不同,有的轴承磨损发热严重从而使主机功率损耗增大艉轴管的密封装置与艉轴间隙,会产生变化,导致艉轴管漏油或漏水，船舶若产生局部变形水线以下壳板变形,会产生船舶阻力的增加及影响船舶的航速水线以上壳板的变形会直接影响船舶的美观,各种构件的变形会减弱船体的总纵强度和局部强度,严重的变形会影响船舶的使用。

二、提升焊接变形计算精度的具体方法

2.1结构简化

结构简化对于降低计算难度、提升计算精度来说起着非常重要的作用，其中对称模型在结构简化中具有非常广泛地应用，在该模型中，其只需要焊接结构的一半，然后再利用对称原理完成另一半的焊接，其能够有效简化工程操作，减少技术人员的工作量，然而在该方法的应用过程中，应该注意部分焊接前不对称而焊接后对称的结构，例如在T型结构中，技术人员就需要通过有效控制温度系数，从而保证结构两边焊缝的精度。目前，我国对于焊接系数的标准体系还不够完善，且实验数据的精确度也相对较低，这使得该方法存在较大的局限性，但是其对于提升计算精度的作用还是不容忽视。

2.2模型简化

在大型船舶结构的焊接中，其往往通过组合焊接的方法实现模型的简化，首先，技术人员需要对焊道进行焊接；其次，在简单的焊道模型基础上进行结构的受力分析，保证结构受力的稳定性，例如通过平面模型代替立体模型就能够有效简化计算步骤，降低计算难度，提升结果的精确度，并且通过平面模型的分析，能够将得到的数据进行转化表达，从而达到同样的分析目的，降低运算成本；最后，对于结构复杂的模型，该种方法的简化作用则更加明显，例如通过板壳单元计算结构的变形程度就能够有效降低工作人员的计算成本总而言之，模型简化对于计算精度的提升来说起着非常重要的作用。

2.3船舶焊接技术

船舶制造工业的持续发展都是离不开技术的支撑，现如今造船行业最为关注的就是新型的焊接技术，在船舶生产的过程中，常规船舶与高附加值传播之间是很容易有矛盾产生，对此相关的工作人员必须加以重视，及时的更新焊接技术上可以有效避免不可控制的影响的发生，在船舶生产之前就要针对不同的船只的类型以及功能进行重点的分类，在进行焊接的时要根据具体的实际情况实施施工，有利于船舶制造业的持续发展以及不断地进步。

2.4新的焊接工艺

现如今在对船舶进行制造的过程中，所采取的焊接材料普遍都是存在着单一性的，这样已经是对实际的生产效率带来了较大的影响，所以在对船舶进行实际生产的时候，不同企业的需求是不同的，所需要地制造材料以及产品结构存在不同，由于船舶的焊接向着指定化和个性化的方向进行发展，目前船舶制造模式也是对焊接技术带来了相应的影响，所以必须要对焊接的工艺及新持续的功能更新，我国现如今的船床已经是积极的引进平面分段焊接的流水线，也是配备了相应的新工艺和设备，整体上向着自动化和半自动化的方向进行发展，全面地提高了焊接的效率。在此之外对于立焊的工艺而言，要合理地进行应用，能够有效地降低人工的劳动强度，通过提高对工作人员的培训，能够有效地简化焊接过程中的操作步骤，同时对于焊接质量的稳定性提高具有重要的帮助。

2.5焊接材料

对于船舶焊接好与坏会直接地影响到船舶整体质量，然而焊接材料的好与坏对于焊接质量有着直接地影响，所以需要对焊接材料引起足够的重视，最近几年来我国船厂多数都是采用药芯焊丝，这种焊丝具有较高的熔敷作用，在完成焊接之后还需要对其进行仔细地观察，如果焊接后质量满足实际要求，并没有在焊接的时候出现大量的飞溅，那么便是焊接良好。因为药芯焊丝存在较为独特的作用，可以更好地实现机械化和半自动化，要想使其船舶制造效率和质量得到提高，要对焊接材料引起足够的重视，通过将其药芯焊丝的方式和以往所采用的二氧化碳焊接技术相互的结合到一起，这样可以对焊接的整体效率进行全面地提高，同时更好的去保障焊接的质量。

三、船体结构设计的细节处理

3.1辅助支持

在进行船体结构设计的过程中，相关设计人员需要从整体性和宏观性的角度认识实际船体结构设计主要思路和主要的设计方法，从而为后续的工作奠定坚实的基础，在实际工作过程中需要加强对辅助支持部分的设计力度，从而使得船体结构设计具备精准性的特征。在进行分段设计时，需要添加辅助支撑装置，起到良好的支撑作用，从而使得整个船体稳定性能够得到有效地保证，但是一些工作人员忽略了细节性的问题，也没有充分考虑辅助支撑的应用，这给实际的船舶使用带来诸多的困扰以及难题。因此，相关设计人员需要加强对辅助支持设计的重视程度，在实际设计工作中需要结合实际情况加强和其他设计人员之间的沟通以及交流，对辅助支撑设计方案进行不断的优化和调整，在建造工作中要提升实际工作的效率以及质量，保证船舶的安全运行，从而使得船只产品的应用性能达到预期的标准和要求。

3.2分段接口

在进行船体结构设计中，分段接口的设计非常重要，需要对分段接口设计方案进行有效地优化和调整，达到预期的设计效果以及设计标准。对分段接口进行设计，有助于保证分段装配工作的顺利进行，在传统设计理念下分段设计，只是对各个舱体进行独立性的分段，在实际设计的过程中，很有可能出现船体中心分布不均匀的问题，在随后船体装配的过程中，需要配合着一些辅助支撑的设备来对这一问题进行弥补，虽然可以解决实际工作中的问题，但是浪费了大量的人力以及物力，严重影响了船体性能的提高。为了解决这一问题，相关设计人员要完善自身的设计理念以及设计方法，对分段接口进行适当的调整和优化，比如在船体断开节点处要设置一些面板，形成有效的分段。另外，需要对分段装配工作进行适当的简化，不仅有助于提高焊接的准确性和质量，还可以使整个船体结构变得更具安全性，进行分段接口的设计还有助于降低装船台的工作量，通常情况下船舱要分为机房双层底和上平台、下平台，在机舱的双层底部分外板和前必须要高出双层底100mm左右，这样可以使得整体设计的稳定性得到有效地提高在实际设计工作中相关设计员需要加强对这一问题的重视程度，在前期对各个影响因素进行多方位的分析以及研究，可以在舱前壁对接口的位置设置一个底板，高出内底1000mm这样在后续传超运输和装配的过程中，可以体现出更高的精准性，减少了工作的时间。

3.3通焊孔

在对通焊孔进行设计时，需要相关设计人员从整体性的角度满足实际的安装需求以及安装要求，设计人员在开展设计之前需要加强对实际需求的了解和认识，对通焊孔的半径进行合理地设计。比如在设计散货船结构时，舱斜坡板要和双层底内底板之间有一个高应力区，从而满足在应力方面的需求以及要求，相关工作人员可以采取增设垫板或者是补板的方式对这一问题进行有效地处理。值得注意的是，在实际工作过程中如果要补充补板的话，会增加工作人员的工作量，整个设计方案显得非常不合理，所以，相关设计人员在设计最初要对各个影响因素进行充分考虑，根据实际情况设计出满足实际规格要求的通焊孔，并且加强对现场施工概况的了解和认识，从而使得最终的设计方案能够具备人性化和科学性的特征。

3.4过梁孔补板

进行这一部分设计时，在以往设计工作中，一些设计人员经常会忽略一些细节性的问题，导致实际的设计效果不理想，在当前设计工作中，相关设计人员需要加强对这一问题的广泛关注，结合实际工作需求和工作要求，更加有序地开展日常的工作，在进行这一部分设计时，不同的船舶类型有着不同的要求以及标准，所以，在设计工作中需要尽可能地满足客户的需求，在进行船舶结构设计的工作中，需要按照以往常用的规则和标准来进行过梁孔补板的设计，并且对以往的设计方案进行不断的优化以及调整，更加突出人性化的设计理念，机舱属于各个管路比较集中的区域，很容易由于船体结构设计的矛盾存在较大的冲突，所以，为了使各种管线能够互不干扰，需要在船体结构中进行打孔，这也是设计工作中的难点，如果将机舱的部分孔设置成镶嵌式的切口的话，那么会加大管系布置的空间，为了解决这一问题，相关设计人员在实际设计工作中需要减少一些多余的过量孔，从

而解决在管道布置方面所存在的问题，也使得整个船体空间能够得到有效地利用。设计人员在设计工作中需要运用灵活的设计方法来应对在实际工作中所存在的问题，这样才可以对船体结构设计有一个质量上的保证，为后续的使用奠定坚实的基础。

3.5临时通道口

在进行船体结构设计的过程中，还需要加强对临时通道口设计的重视程度，相关设计人员可以在机舱前侧增设能够进入到机舱的临时通道，这也是当前国际上比较流行的一种方式。一些设计人员在以往船体结构设计时，并没有加强对临时通道口设的重视程度，往往会造成使用上的困扰，所以为了解决这一问题，相关设计人员需要认识到进行临时通道口设计的必要性和重要性，在临时通道口设置时，不仅可以改善上层建筑人员的施工效果，还有助于保证实际建造工作的安全性和有效性，所以在实际设计时，需要加强对这一问题的关注，对设计方案进行有效地优化和调整。

四、结束语

我国船舶材料焊接标准化工作很好地满足了国内船舶建造发展的需求，为进一步提升我国船舶材料焊接标准化水平，应继续梳理船舶材料焊接标准的填平补齐工作，并从顶层设计出发抓好船舶材料焊接标准规范中长期规划及研究

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