一种新型贯穿孔的开发及应用

戴　钊　杨　麟

（广船国际技术中心）

一种新型贯穿孔的开发及应用

戴钊杨麟

（广船国际技术中心）

本文以满足VLOC产品T型材贯穿孔最低疲劳年限为前提条件，通过新型T型材贯穿孔的开发，达到满足规范要求、控制船厂成本和施工有利的要求。

苹果孔VLOC T型材贯穿孔优化

0　前言

为保证船体结构强度要求，船体纵向骨材保持连续，需贯穿横向结构。250000 DWT大型矿砂船VLOC产品船舷侧强框处的T型材贯穿孔的疲劳年限不满足规范要求的最低疲劳年限25年。为了需要提高疲劳寿命满足规范要求，可以采用3种方案：⑴增加横向肋板的板厚；⑵增加水密补板；⑶优化贯穿孔。

第一种方法需要将横向肋板的板厚由13mm增加到21mm。这种修改方案最直接的后果带来了大量的设计修改，增加了钢材成本，严重影响空船重量。据统计，增加横向肘板板厚单船空船重量增加约800 t，同时还会滞后设计和订货周期。由此可见采用第一种方案无论设计还是生产都将受到不良影响。

第二种方案是采用水密补板。将补板由非水密改为水密单个补板增重约13.5kg，全船约有1600块补板需要修改，空船重量增长约21.6t，是第一种方案增量的2.7%。在工艺方面，单个水密补板的焊接及打磨长度较非水密增加约1.750m，全船焊缝及打磨工作因此项修改增加约2800m。第二种方案显然比第一种有优势，仍会增加材料成本及施工工作量。

第三种方案为优化贯穿孔形式。它是通过多次绘制、反复计算校核，最终敲定满足规范疲劳年限的新型贯穿孔，简称苹果孔。这种方案的最大优势在于：①设计修改量小，对设计进度影响不大；②不必修改钢材订货清单，也不会造成空船重量增加，利用控制生产成本；③对施工影响比较小，仅改变贯穿孔的形式，既不增加现场工作量，也不增加施工难度。

因此采用第三种解决方案。

图1　传统贯穿孔形式及疲劳年限分析

250　000　DWT VLOC产品船传统贯穿孔形式及疲劳年限分析：

图2　　苹果孔及疲劳年限分析

1　计算分析

从图1中可以看出，单元格406206～406209、406190～406194处的疲劳年限均低于25年，不满足规范要求。

250000DWT VLOC产品船新型贯穿孔（简称苹果孔）形式及疲劳年限分析：

图2对应图1不满足疲劳年限的位置进行优化，经测试，疲劳年限满足规范要求的最低年限。单元格450767处的年限计算为21年，经过材料系数修正，该处的疲劳年限达到28年，也满足规范要求。

2　绘制苹果孔

几何形状分析：

苹果孔的开孔形状和T型材面板的宽度成正比，在这里以宽度为100mm的面板为例进行分析。如图3所示黄色和粉色两段为圆弧，绿色为椭圆弧。由于几何宏语言只能绘制圆弧和线段，因此椭圆弧需要用圆弧来模拟绘制。经过测试发现：用4段圆弧模拟的绿色段椭圆弧误差可控制在0.01 mm以内，可以满足设计及生产需求。

图3　苹果孔几何形状参数

苹果孔采用几何宏语言编外轮廓，再通过编译软件将源文件转换为AM系统可读取的.glb文件，导入AM。

3　实船建模应用

根据船体结构受力特点，舷侧纵骨受到海水动压力的交变应力，易产生疲劳。采用新型贯穿孔可以有效减少周围的应力，从而提高纵骨的疲劳年限。

图4　模型中的苹果孔

4　现场测试

苹果孔对精度要求比较高，它的轮廓由多段圆弧连接而成。取值上，两圆弧的相交点为圆弧切点最优。如果两段圆弧未能相交，会导致切割机抖动，切除的线型不够光顺；若是两段圆弧呈交叉状，切割机在相交点的停留时间过长，材料受损，产生凹点状的瑕疵。

图5　有瑕疵的线型

图6　凹点状的瑕疵

经过优化算法、提高计算精度，多次现场切割，完善切割机参数，苹果孔轮廓基本光顺，圆弧相接处过渡光滑，包角边留跟可以满足现场工艺需求。

图7　苹果孔切割效果

图8　包角效果

5　结束语

通过对250000DWT大型矿砂船VLOC舷侧强框处T型材贯穿孔的创新开发，解决了原来疲劳强度无法满足规范要求的问题并得到船级社的认可，避免了新增材料的重新订货及大量现场修改，节约了至少一个月的材料周期和半个月的现场修改周期，对于时间紧周期短的受制船产品来说，尤为关键。目前新型贯穿孔已经在250000DWT大型矿砂船VLOC产品船上应用，该新颖贯穿孔能满足25年的疲劳要求，单船可节省钢板约800t，确保了船厂生产各项节点的顺利实现。

[1]钢质海船入级规范2012第7分册第10篇散货船结构(CSR)

[2]03-AM船体贯穿孔及补板图册(内部资料)

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.01.002

戴钊（1985--），女，工程师，船舶设计。

杨麟（1982--），男，助理工程师，船舶设计。

（2015-7-15）