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      鋁合金帶筋板船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求

      2019-07-04 11:06:21丁長(zhǎng)成
      農(nóng)家科技下旬刊 2019年4期
      關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)要求

      丁長(zhǎng)成

      摘 要:在現(xiàn)代船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,鋁合金帶筋板的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鋁合金帶筋板具有重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),但它的價(jià)格昂貴;因此,必須做好鋁合金帶筋板船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。本文將就這一方面的問(wèn)題展開(kāi)闡述,希望本文可以為船舶設(shè)計(jì)的同行們提供一些幫助。

      關(guān)鍵詞:鋁合金帶筋板;船體結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)要求

      現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì),要求不斷提高船舶航速,不斷壓縮船舶設(shè)計(jì)時(shí)間,不斷降低船體結(jié)構(gòu)重量。而鋁合金帶筋板則可以同時(shí)滿(mǎn)足上述要求。

      一、鋁合金帶筋板的優(yōu)點(diǎn)

      1.鋁合金帶筋板

      常見(jiàn)的船舶材料有碳素鋼、合金鋼、鑄鐵等。但鋼材容易被海水腐蝕,而且塑性較差,不易擠壓成型。鋁合金的強(qiáng)度接近鋼,但塑性卻超過(guò)鋼,可通過(guò)擠壓工藝加工成各種形狀、各種截面的型材。

      用擠壓工藝制成的含有型材的鋁合金板便是帶筋板。

      2.鋁合金帶筋板的優(yōu)點(diǎn)

      (1)自重輕,耐腐蝕性高

      鋁合金帶筋板與鋼材相比,減去了三分之二的重量。它的表面有致密的氧化物保護(hù)膜(又稱(chēng)鈍化膜),不易被海水腐蝕。

      (2)結(jié)構(gòu)尺寸精度高

      鋼型板必須由人工安裝、焊接,而鋁合金帶筋板在擠壓模具中一次成型,其斷面接近標(biāo)準(zhǔn)平面,其整體穩(wěn)定性也遠(yuǎn)在鋼型板之上。

      (3)殘余應(yīng)力小

      安裝、焊接的鋼型板中,壓縮殘余應(yīng)力達(dá)到基準(zhǔn)應(yīng)力的70%。而擠壓型鋁合金帶筋板中的殘余應(yīng)力普遍小于20MPa。

      二、鋁合金帶筋板船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求

      1.正確選擇帶筋板

      設(shè)計(jì)帶筋板時(shí),不僅要考慮其剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性,也要考慮其經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的具體情況選擇適宜的帶筋板:主船體結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇強(qiáng)度更高的帶筋板,上層建筑結(jié)構(gòu)則可選擇強(qiáng)度較低的帶筋板。

      帶筋板的最大尺寸不能超過(guò)長(zhǎng)12000毫米,寬3000毫米。

      2.帶筋板布置方向

      布置帶筋板,通常采用縱向布置。

      若設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)的板架結(jié)構(gòu),須對(duì)帶筋板的間板與橫梁上緣進(jìn)行焊接,在橫梁腹板上開(kāi)孔使骨材穿過(guò),再焊接連接橫梁腹板與帶筋板面板之間的肘板。

      采用板架結(jié)構(gòu),縱骨間距宜為200毫米,縱骨跨距宜為500毫米,橫梁長(zhǎng)度宜為800毫米,骨材與帶筋板橫截面積宜為1144平方毫米,骨材與帶筋板剖面慣性矩宜為5482512mm4,橫梁剖面慣性矩宜為1706506 mm4。

      若設(shè)計(jì)成懸掛式結(jié)構(gòu),則將橫梁搭在縱骨上,通過(guò)點(diǎn)焊進(jìn)行定位,再焊接橫梁腹板與帶筋板面板之間的肘板。

      采用懸掛板架,縱骨間距宜為200毫米,縱骨跨距宜為500毫米,橫梁長(zhǎng)度宜為800毫米,骨材與帶筋板橫截面積宜為1144平方毫米,骨材與帶筋板剖面慣性矩宜為548252mm4,橫梁剖面慣性矩宜為2258160mm4。

      帶筋板上的筋應(yīng)等間距布置,板架結(jié)構(gòu)上的橫梁同樣采用等間距布置。

      而后,應(yīng)設(shè)置縱桁、橫向框架。為提高船體橫向承載力,橫向框架應(yīng)設(shè)計(jì)為連續(xù)框架。

      3.焊接帶筋板

      鋁合金熔點(diǎn)較低,膨脹系數(shù)較大,因此,必須嚴(yán)格控制焊接工藝的各項(xiàng)參數(shù)。

      采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚1.5~3毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在2~3毫米之間,焊絲直徑應(yīng)在2~3毫米之間,焊接電流應(yīng)在40~110安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘4~10升之間,噴嘴直徑應(yīng)在8~12毫米之間,焊接層數(shù)應(yīng)為1層。

      采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚4~8毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在3~5毫米之間,焊絲直徑應(yīng)在3~5毫米之間,焊接電流應(yīng)在100~250安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘8~14升之間,噴嘴直徑應(yīng)在10~14毫米之間,焊接層數(shù)應(yīng)在1~3層之間。

      采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚10~12毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在5~6毫米之間,焊絲直徑應(yīng)在5~6毫米之間,焊接電流應(yīng)在240~250安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘12~16升之間,噴嘴直徑應(yīng)在12~16毫米之間,焊接層數(shù)應(yīng)在3~4層之間。

      采用熔化極半自動(dòng)焊焊接板厚8~10毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在5~6毫米之間,焊絲直徑應(yīng)在1.6~2.5毫米之間,焊接電流應(yīng)在140~280安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘25~30升之間,噴嘴直徑應(yīng)在20毫米左右,焊接層數(shù)應(yīng)為1層(或1層的正反兩面)。

      采用熔化極半自動(dòng)焊焊接板厚12~14毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在6毫米左右,焊絲直徑應(yīng)在2.5~3毫米之間,焊接電流應(yīng)在260~300安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘25~30升之間,噴嘴直徑應(yīng)在20毫米左右,焊接層數(shù)應(yīng)為2層(或1層的正反兩面)。

      采用熔化極自動(dòng)焊焊接板厚10毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在25~40毫米之間,焊絲直徑應(yīng)在3毫米左右,焊接電流應(yīng)在280~310安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘30~40升之間,噴嘴直徑應(yīng)在28/17毫米左右,焊接速度應(yīng)在25~40厘米/分鐘之間,焊接層數(shù)應(yīng)為1層1面。

      采用熔化極自動(dòng)焊焊接板厚20毫米的鋁合金時(shí),鎢極直徑應(yīng)在25~40毫米之間,焊絲直徑應(yīng)在4毫米左右,焊接電流應(yīng)在460~520安培之間,氬氣流量應(yīng)在每分鐘35~45升之間,噴嘴直徑應(yīng)在28/17毫米左右,焊接速度應(yīng)在25~40厘米/分鐘之間,焊接層數(shù)應(yīng)為1層1面。

      采用熔化極氬弧焊焊接帶筋板縱向?qū)涌p,容易出現(xiàn)偏離。因此,可采用攪拌摩擦焊,一次性完成帶筋板對(duì)接縫與腹板角接縫的焊接。采用這種焊接方式 ,產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小。

      三、結(jié)語(yǔ)

      做好帶筋板的生產(chǎn)設(shè)計(jì),可以提高材料的利用率,控制材料成本,提高船體設(shè)計(jì)制造質(zhì)量;并且可以推動(dòng)鋁合金船舶的創(chuàng)新發(fā)展。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王偉. 鋁合金船體結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度數(shù)值與試驗(yàn)研究[D] .哈爾濱工程大學(xué), 2017 .

      [2]黃木. 船用鋁合金帶筋板典型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究[D] .哈爾濱工程大學(xué), 2015 .

      [3]施利娟,楊平.高速船鋁合金帶筋板的力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)[J] .船海工程, http://kns.cnki.net/kcms 2011, 40(02):36-39+44 .

      [4]施利娟. 鋁合金帶筋板的力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)[D] .武漢理工大學(xué), 2010 .

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