改善结构疲劳性能在散货船建造中的实践

摘要船舶在海上航行时,船体结构一直受到波浪力以及船舶运动产生惯性力的作用。而波浪力和惯性力都是不断变化的动载荷,他们在船体结构内部引起交变应力,很易造成结构的疲劳损伤乃至失效破坏。本文结合某超巴拿马型散货船的建造实践,就焊接、节点设计和材料选用3个方面对改善结构的疲劳性能进行了阐述。

关键词疲劳性能;散货船建造;焊接;节点;材料

0 引言

钢质船舶诞生至今,疲劳失效一直被认为是船舶结构的一种主要破坏形式,随着高强度钢在船体结构中被广泛采用以及船舶的日趋大型化和类型多样化,船体结构的疲劳性能更显得重要。因船体在承受交变循环应力或应变时局部结构变化和内部缺陷发展,乃至疲劳裂纹的生成、扩展,最后导致船舶破坏的事例屡有报道,如日本为美国建造的SEDCO型半潜式平台在交货途中破损沉没,造成13人死亡;Alexan-derkeyland号半潜式平台在北海翻沉,使100余人葬身海底。调查分析的结果表明,结构的疲劳失效是造成事故的重要原因之一。本文结合某超巴拿马型单壳散货船的建造,通过从焊接、节点设计、材料的合理选用3个方面来探讨如何有效改善和提高结构的疲劳性能。

1 概述

1)焊接目前在工程生产上是最主要的连接方法,焊接结构的重量已占到钢铁总产量的50%以上甚至更多,然而由于施焊过程中的焊接缺陷、残余应力等因素,导致焊接结构承受交变载荷的能力远远低于母材金属,焊接结构经常不断发生断裂事故,调查分析表明,其中90%为疲劳失效。船舶作为在海上营运的特殊的钢质交通工具,其安全性显得尤为重要,如何通过改善焊接工艺、减少焊接缺陷和合理的后期焊缝处理方法来改善船舶的焊接点疲劳性能是值得关注的。

2)大量研究和实践表明,在船体结构承受主要应力和交变载荷的区域设置合理的结构连接节点形式,通过改善焊接趾端的几何形状,降低应力集中系数,能有效提高该区域的疲劳性能,改善船体的稳定性,提高船舶的使用寿命和营运性价比。

3)在我们船舶建造实践过程中,根据拟定的船舶受载荷情况,参照相关数据资料和公式,并建立数学模型进行了有限元分析,结合长期的统计结果,该散货船的主要交变载荷受力区域以及易疲劳失效点得以显示,主要表现在:(1)内底板与底墩侧板的连接;(2)波形舱壁与底墩面板的连接;(3)舷侧肋骨与边舱的连接,(4)肋板扶强材与纵骨的连接等