某船結(jié)構(gòu)裂紋問(wèn)題分析處理.pdf

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1、第26卷第4期2013年8月中國(guó)修船CHINASHIPREPAIRV01．26No．4Aug．2013某船結(jié)構(gòu)裂紋問(wèn)題分析處理朱云翔1，酈智斌2(1．海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室，上海200011；2．海軍裝備技術(shù)研究所上海研究室，上海200083)摘要：文章通過(guò)對(duì)某船結(jié)構(gòu)裂紋進(jìn)行廣泛調(diào)研和有限元分析，找出了裂紋產(chǎn)生的原因，并制訂出結(jié)構(gòu)修復(fù)的方案，圓滿解決了問(wèn)題。關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu)；裂紋；有限元；分析中圖分類號(hào)：U672文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C文章編號(hào)：1001—8328(2013)04—0019—03Abstract：Throughawi

2、deinvestgationandfiniteelementanalysistovessel憊structuralcrack，crackisfoundandplanforrepairisalsomade．Keywords：hullstructure；crack；finiteelement；analysis某型海洋綜合調(diào)查船在一次高強(qiáng)度的航行任務(wù)中，連續(xù)航行一萬(wàn)多海里，期間遭遇十多次大風(fēng)浪，返港后檢查發(fā)現(xiàn)上層建筑結(jié)構(gòu)有多處裂紋。我們組織該船總體設(shè)計(jì)所及建造船廠相關(guān)人員一起，通過(guò)廣泛調(diào)研和深入分析，弄清了問(wèn)題原因和機(jī)理，并研究制訂出合理可行

3、的結(jié)構(gòu)修復(fù)和加強(qiáng)方案，圓滿解決了問(wèn)題，通過(guò)舉一反三，及時(shí)消除了其他船同類問(wèn)題再次發(fā)生的隱患。1裂紋產(chǎn)生原因分析1．1現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與勘驗(yàn)首先通過(guò)與船員進(jìn)行座談，了解到該船在本次任務(wù)期間多次遭遇惡劣海況，每次經(jīng)過(guò)大風(fēng)浪后都及時(shí)對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了目測(cè)檢查，未發(fā)現(xiàn)有異常情況。在返航途中又遭遇8級(jí)風(fēng)(陣風(fēng)11級(jí))的惡劣海況，靠碼頭后仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)02甲板下煙囪前后2個(gè)橫向過(guò)道處部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件共有8處出現(xiàn)局部裂紋。座談中，船員對(duì)本船主船體結(jié)構(gòu)是否有損傷以及主船體安全提出擔(dān)心。為此，查閱了該船的設(shè)計(jì)文件，發(fā)現(xiàn)該船總強(qiáng)度設(shè)計(jì)有較大裕度(剖面模數(shù)有約80％的裕度)

4、，初步判斷不應(yīng)出現(xiàn)主船體損傷。然后進(jìn)行了實(shí)船檢查勘驗(yàn)，以船員反映的該船出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，對(duì)已出現(xiàn)裂紋的區(qū)域進(jìn)行了檢查，同時(shí)將檢查區(qū)域擴(kuò)大到01甲板及以下結(jié)構(gòu)。為了驗(yàn)證主船體結(jié)構(gòu)完好，選取主船體最薄弱的區(qū)域即船中機(jī)艙棚01甲板開(kāi)口區(qū)域的2處位置，拆除了甲板內(nèi)裝絕緣進(jìn)行檢查。認(rèn)為如果這2處船體結(jié)構(gòu)沒(méi)問(wèn)題，則主船體其他區(qū)域是不會(huì)有問(wèn)題的。除此以外，還對(duì)02甲板和01甲板下船舯區(qū)域主要強(qiáng)力結(jié)構(gòu)連接的各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、上層建筑前后端壁處主甲板等約90個(gè)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行了目測(cè)檢查，并根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況，對(duì)其中的14個(gè)疑似損傷部位進(jìn)行著色探傷，對(duì)15個(gè)

5、疑似損傷部位進(jìn)行超聲波檢測(cè)，確認(rèn)實(shí)際存在8處結(jié)構(gòu)裂紋，都出現(xiàn)在02甲板下橫向過(guò)道內(nèi)的縱桁端部及02甲板錯(cuò)層處的橫端壁上，其余部位結(jié)構(gòu)完好無(wú)損，主船體結(jié)構(gòu)安全。鑒于該船是該型海洋綜合調(diào)查船的第二艘，首制船早于其一年交付使用，其是否也出現(xiàn)過(guò)類似的裂紋問(wèn)題呢，為此，也對(duì)首制船進(jìn)行了調(diào)研與勘驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)02甲板下Fr63有一處細(xì)小裂紋，其余正常，同時(shí)了解到首制船還未經(jīng)歷過(guò)如此高強(qiáng)度的惡劣海況。那么，該船出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂紋是由于建造質(zhì)作者簡(jiǎn)介：朱云翔(1964一)，男，江蘇宜興人，高級(jí)工程師，博士，主要從事艦船監(jiān)造工作?！?9·2013年第4期中國(guó)修船第

6、26卷量問(wèn)題還是原設(shè)計(jì)存在缺陷，正確地分析確認(rèn)該船產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂紋的原因，對(duì)于決定能否按原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修復(fù)，以及如何修復(fù)是十分重要的。1．2結(jié)構(gòu)有限元分析為了分析裂紋部位局部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，并考慮總縱彎曲對(duì)其影響，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)有限元分析。首先建立了全船三維有限元模型，其縱向范圍為Frl9一Frl55(約75％船長(zhǎng))，包含了該區(qū)域內(nèi)主船體和上層建筑所有主要船體結(jié)構(gòu)。全船三維有限元建模的主要目的是為局部的細(xì)網(wǎng)格有限元強(qiáng)度分析提供準(zhǔn)確的邊界條件，同時(shí)從粗網(wǎng)格有限元模型中讀取的單元合成應(yīng)力也可作為強(qiáng)度校核的參考指標(biāo)。網(wǎng)格沿船殼橫向按縱骨

7、間距(650mm左右)或類似的間距劃分。針對(duì)實(shí)船上出現(xiàn)的8處裂紋區(qū)域，考慮結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和相似性，在本計(jì)算中對(duì)3個(gè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化并作屈服強(qiáng)度分析。細(xì)網(wǎng)格有限元模型的單元約為50mm×50mm。用于疲勞強(qiáng)度分析計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力的精細(xì)網(wǎng)格有限元模型的單元約為6mm×6mm或者10mm×10mm，并依據(jù)規(guī)范要求扣除相應(yīng)的腐蝕余量。疲勞強(qiáng)度分析的載荷是基于10“概率水平的波浪載荷預(yù)報(bào)，采用全概率譜分析方法計(jì)算疲勞壽命。02甲板下Fr63與3700縱壁交界處粗網(wǎng)格有限元計(jì)算的單元中心點(diǎn)合成應(yīng)力為195N／mm2(許用應(yīng)力為220N／mm2)，細(xì)網(wǎng)格有

8、限元計(jì)算結(jié)果為342N／mm2(許用應(yīng)力為352．5N／mm。)。1．3裂紋產(chǎn)生原因分析該船按照中國(guó)船級(jí)社2001年《鋼質(zhì)海船人級(jí)與建造規(guī)范》進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為長(zhǎng)艏樓船型，主船體有3道連續(xù)甲板，其中01甲