某型船艉板線型結(jié)構(gòu)的設(shè)計改進

楊文林，王建紅

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院 船舶工程系，遼寧 葫蘆島125000)

船舶艉板是船舶艉部厚度較大，面積較小，形狀不規(guī)則，并且曲率復(fù)雜的船體外板［1］。船舶艉板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜，致使工期延長，甚至難以加工。本文以某型船艉部的建造為例，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計改進前后，對整個艉部建造的影響。

1 船體艉板線型結(jié)構(gòu)分析

該型船在艉部區(qū)域加造了一個組合艉板結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 船體艉板線型結(jié)構(gòu)示意

設(shè)計方不但要求該結(jié)構(gòu)與主船體艉部線型吻合，還將該結(jié)構(gòu)的1#板與2#板以一塊過渡板即3#板來進行銜接。若采用此方法制作該艉板結(jié)構(gòu)大約需要150工時，而且對鋼板的材質(zhì)要求相當(dāng)高，最重要的是時間上不允許進行軋彎實驗，以保證此艉板結(jié)構(gòu)成型后不會發(fā)生曲劣變形。所以需要對該艉板線型結(jié)構(gòu)進行分析，尋求改進，使工作量控制在50個工時以內(nèi)，提高生產(chǎn)效率。

從放大的A、B點結(jié)構(gòu)剖面圖(見圖2)，可以看出，2#板的距基角度不變，1#板的角度則在不斷變化，這就需要提供相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場火工師傅對板材進行軋彎處理［2］。難以處理的是3#板過渡的問題，在A點結(jié)構(gòu)剖面圖中1#板和2#板的夾角為32°，在B點結(jié)構(gòu)剖面圖中1#板和2#板的夾角只有6°，制作這樣的過渡板非常耗時耗力，而且為保證其線型光順合理，可能對結(jié)構(gòu)進行較大改動，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度改變。通過去船廠車間考察，得知，B點結(jié)構(gòu)圖中，3#板進行軋彎時，難以控制此板的曲裂變形，這樣在制作該艉板結(jié)構(gòu)時就不能保證線型光順合理，即使在完工后B點處發(fā)生曲劣變形，結(jié)構(gòu)強度也無法保證。

圖2 結(jié)構(gòu)剖面示意

分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計不合理之處有①上頂板與下底板銜接部位無法加工;②艉板舷部區(qū)域板材線型無法控制;③艉板與船體線型銜接不一致。

2 船體艉板線型結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

2.1 上頂板與下底板銜接方法改進

原結(jié)構(gòu)設(shè)計圖是在上頂板與下底板之間設(shè)置一塊圓弧過渡板來銜接，沒有考慮板材軋壓的強度，在舷部縱剖面由于角度過小(僅有7°左右)，無法軋壓圓弧(見圖3)，而且在軋壓縱剖面板材時容易發(fā)生曲劣。

圖3 原設(shè)計以圓弧板過渡零件剖面示意

為了讓上頂板與下底板順利銜接，致使板材不會發(fā)生曲劣變形，保證其結(jié)構(gòu)強度，對下底板和上頂板銜接方法進行如下改進:采取讓下底板與上頂板以搭載的形式光順過渡(見圖4)，形成一根自然光順的空間曲線，讓將該曲線向艉延伸15 mm，以提供焊接來保證該壓浪板的強度，這樣既不影響艉板的結(jié)構(gòu)，火工和軋壓也可以順利實施，減少外場的工作量［3］。

圖4 修改后的零件剖面示意

具體施工過程是，先完成下底板在縱向剖面上的焊接加工，上頂板則由相應(yīng)的加工樣板進行火工彎曲，在上船臺以后進行散裝，這樣就能保證該艉板結(jié)構(gòu)一次加工成型。

通過對艉板結(jié)構(gòu)的改進，取消了上頂板與下底板銜接的圓弧板過渡的設(shè)置，上頂板與下底板采用搭載形式銜接，這樣減少了過渡板產(chǎn)生的圓弧軋彎，只需要在下底板向艉處增加15 mm的焊接空間，就可以在保證其結(jié)構(gòu)強度的情況下，減少現(xiàn)場工作量。

2.2 艉板舷部區(qū)域板材線型改進

在艉板結(jié)構(gòu)圖中，艉板的線型空間位置都是靠縱向構(gòu)架來控制的，但是在最靠近舷部區(qū)域并沒有剖面給其加以控制，最初，只是在舷部區(qū)域加了3 650縱剖面，但是增加以后仍無法保證此艉板結(jié)構(gòu)的線型光順。如果從增加角度方面來考慮問題，可采取增加橫剖面的方法來對艉板結(jié)構(gòu)的線型進行控制。經(jīng)過改進以后的橫剖面和水線面放大圖［4］見圖5和圖6。

圖5 橫剖面示意

圖6 水線面示意

由圖5可見，在B點位置即使人為增加了3 650縱剖面，但是在靠近B點處還是有很大一段空間位置是縱剖面無法控制的。在此基礎(chǔ)上，增加了168#和168.025 0肋骨線型，明顯發(fā)現(xiàn)不管在水線面還是橫剖面B點附近的線型都得到了有效的控制，不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)盲點。

通過增加橫剖面來對艉板進行控制，保證該艉板結(jié)構(gòu)的整體線型光順。這樣即使在縱剖面無法控制的區(qū)域也形成了有效的線型保護，艉板結(jié)構(gòu)形狀光順合理。

2.3 調(diào)整艉板與船體銜接線型

首先，將線型設(shè)計圖與已經(jīng)完工的船體艉封板線型進行重疊對比，發(fā)現(xiàn)壓浪板線型與艉封板之間存在偏差，見圖7。

若將艉板結(jié)構(gòu)的線型與已有的艉封板線型在船體空間位置進行對比，偏差部分是在不改變上頂板的線型角度的條件下用切割或延伸進行修改，得到一條空間曲線，測算出該曲線的空間位置。并且保證在船體艉封板剖面線與艉板縱剖線一致。

圖7 調(diào)整前后比較

通過線型的修改，使得壓浪板與船體艉封板處的線型順利銜接，只需要對板材火工扭曲進行控制就可以了。這樣既減少了艉板結(jié)構(gòu)上船臺以后的加工量［5］，又保證了該銜接處的外形美觀和船臺裝配順利。

3 艉部結(jié)構(gòu)改進后的效果

經(jīng)過艉板結(jié)構(gòu)的改進，已經(jīng)解決了艉板結(jié)構(gòu)的線型問題以及結(jié)構(gòu)無法加工的難題，并且保證了外場的順利實施。改進后的效果見圖8。

圖8 改進后的效果

從圖8a)可以看出，A點1#板和2#板的銜接角度為32°，B點銜接則為0°。通過相應(yīng)的加工樣板在車間進行彎板，在上船臺之前就能完成符合該艉板結(jié)構(gòu)的線型。同時經(jīng)過線型的光順調(diào)整，1#板的線型光順過渡，外形美觀。

從圖8b)可以看出，B點處1#板與2#板銜接已經(jīng)呈0°，在B點銜接處距離縱剖面還有一段無法控制的空間位置，可能導(dǎo)致板材不光順，且無法提供加工數(shù)據(jù)。通過增加了168#和168.025 0橫剖面，問題得到了解決。從整體上來看，1#板和2#板線型光順，銜接合理［6］。

4 結(jié)論

通過結(jié)構(gòu)設(shè)計改進，使該型船的艉板結(jié)構(gòu)順利建造，大大減少了現(xiàn)場和船臺的工作量，成功地控制了艉板結(jié)構(gòu)的作業(yè)工時，并且避免了不必要的板材浪費。生產(chǎn)周期縮短，跟上了船體制作的進度，完成了預(yù)期目標(biāo)。

艉板線型及結(jié)構(gòu)改進后的圖紙經(jīng)內(nèi)審，一致認(rèn)為新的艉板結(jié)構(gòu)圖符合設(shè)計要求，且簡化了現(xiàn)場生產(chǎn)工藝。在實施過程中，雖然增加了設(shè)計修改，但為加工裝配帶來了方便。經(jīng)初步統(tǒng)計，該船的現(xiàn)場、火工、船臺、裝配的工作量大大減少，縮短了施工周期，降低了施工難度，可為后續(xù)船舶的建造提供借鑒。

［1］王忠強.船舶艏艉板水火加工技術(shù)研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2008.

［2］姜愛民.帶艉軸架的艉部分段結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝研究［J］.上海:滬東中華技術(shù)情報，2009(4):37-41.

［3］仵大偉.船體曲面表達與三維船舶設(shè)計研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2002.

［4］呂振望.航海模擬器中小水線面雙體船運動建模與仿真［D］.大連:大連海事大學(xué)，2010.

［5］林 華.船體結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造中應(yīng)注意的細節(jié)［J］.造船技術(shù)，1995(7):11-16.

［6］馮國平，諶 勇，黃修長，等.艦艇艉部縱向激勵傳遞特性分析［J］.噪聲與振動控制，2009(6):132-135.