CN110816772A - 一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶设计技术领域，具其公开了一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，包括以下步骤：(1)历史数据统计；(2)新船设计；(3)建模分析；(4)收集制造误差数据；(5)模型修正；(6)疲劳寿命分析；(7)建立焊缝制造误差影响系数。本发明依据历史统计数据对船体结构进行补强设计，并考虑了制造误差对于疲劳寿命的影响，通过模型修正前和模型修正后的两次有限元建模分析，提高了木屑船船体结构抗疲劳性能；同时，通过将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，建立了焊缝制造误差影响系数，为后续新船的改进设计提供了指导。由此可以克服现有常规设计所造成的木屑船船体抗裂纹性能较差的弊端。

Description

一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法

技术领域

本发明涉及船舶设计技术领域，具体涉及一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法。

背景技术

木屑船(chip carrier)是装载造纸用原料碎木材专用散货船，虽然现在有将木屑船改装成兼矿砂等其他散货的多用散货船的设计，但是迄今为止所称的木屑船均指专用的碎木材运输船。

现有技术中，木屑船是属于散货船的范畴，但是它与常规的散货船相比又有一定的区别；木屑的密度很轻，海运木屑需要具有非常大舱容的专门散货船；为了增加货舱容积，最有效的方法是增加型深，所以木屑船的型深非常大；同时，货舱采用单壳结构、设有双层底和底边舱，但不设顶边舱；这样的结构设置，给船体结构带来了一个很大的问题：船体刚性较弱，船舶在海上航行时，结构一直受到波浪力以及运动产生的各种惯性力的作用，使疲劳问题更加突出；因此，关键部位容易产生裂纹。

根据相关资料，在经过统计的目前在用的121艘木屑船中，总共产生了576处裂纹损伤，其分布在重压载舱、货舱、首尾尖舱等部位，产生裂纹的时间为5～15年不等。因此，对于现有技术中按照散货船结构共同规范原则而设计的木屑船，为了改善船体结构性能，有必要通过对船体结构的关键部位进行设计研究，来减少船舶在营运过程中出现裂纹的概率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，旨在减少木屑船在营运过程中出现裂纹的概率，提高船体结构的抗疲劳性能。具体的技术方案如下：

一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，包括以下步骤：

(1)历史数据统计：建立以往木屑船疲劳裂纹的统计数据；所述统计数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位和产生疲劳裂纹时的船龄；其中，所述以往木屑船均是根据散货船结构共同规范进行设计制造的木屑船；

(2)新船设计：按照散货船结构共同规范进行木屑船的新船设计，且在设计新船时，根据以往木屑船疲劳裂纹的统计数据，在容易产生疲劳裂纹的船体部位进行补强设计；

(3)建模分析：根据补强设计后的新船设计图纸，建立新船的有限元模型，采用有限元分析软件，对模型施加疲劳载荷，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位进行疲劳寿命分析；

(4)收集制造误差数据：新船在建造过程中，进行制造误差数据的收集；所述制造误差数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位的制造误差数据，且所述船体部位的制造误差数据包括焊缝制造误差数据；

(5)模型修正：根据新船的制造误差数据，对有限元模型进行修正；

(6)疲劳寿命分析：利用修正后的有限元模型，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位重新进行疲劳寿命分析；

(7)建立焊缝制造误差影响系数：将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，评估缝制造误差对疲劳寿命的影响程度，建立焊缝制造误差影响系数，用于后续新船的改进设计。

其中，所述建模分析步骤中，建模时对容易产生疲劳裂纹的船体部位进行网格细化。

其中，所述建模分析步骤中，对模型施加的疲劳载荷模式包括满载和压载两种模式。

上述木屑船船体结构抗裂纹设计方法中，依据历史统计数据对船体结构进行补强设计，并考虑了制造误差对于疲劳寿命的影响，通过模型修正前和模型修正后的两次有限元建模分析，提高了木屑船船体结构抗疲劳性能；同时，通过将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，建立了焊缝制造误差影响系数，为后续新船的改进设计提供了指导。由此可以克服现有常规设计所造成的木屑船船体抗裂纹性能较差的弊端。

优选的，所述补强设计包括如下补强方案：

(1)在舷侧肋骨在舷侧纵桁上的贯穿孔位置，采用全补板，不开减轻孔或人孔；

(2)对于底边舱斜板与内底板的交叉位置，肋板不开扇形孔、底边舱斜板与内底板采用深熔焊或者全焊透；

(3)对于底墩斜板与内底板的交叉位置，采用以下方案：在重压载舱增加纵桁，或在底墩位置处纵骨增加背肘板；

(4)对于底墩顶板与槽型舱壁的连接位置，采用以下方案：增加封槽板；或者，对于在重压载舱内的底墩隔板采用全焊透型式；对于在普通货舱内的底墩隔板的焊接加大焊脚；

(5)对于船体外板上的屈曲筋，端部不进行削斜处理。

优选的，进行所述补强设计时，根据历史数据统计中产生疲劳裂纹时的船龄设定补强设计的安全系数，且所述安全系数的大小与所述产生疲劳裂纹时的时间的大小成反比。

上述补强设计由若干具体措施进行组合运用，最大限度的提高了木屑船船体结构抗裂纹性能。

优选的，在建模分析步骤后，对于疲劳强度薄弱的部位，进一步通过以下方式对船体的焊接结构节点进行如下优化改造：

(1)减少几何应力集中，通过采用软连接的良好节点细节设计形式，降低几何非连续性产生的几何应力集中系数

(2)改善焊缝形状，特别注意在焊缝趾端处良好的几何形状和平滑过度，以减小由此产生的应力集中系数

(3)控制建造偏差，减小构件连续对中的偏差，以减小由此产生应力集中系数

(4)降低名义应力等级，通过增加局部构件尺寸降低名义应力，从而减小结构节点的热点应力。

作为进一步的改进，本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法其所述焊缝制造误差数据的收集包括采用多维激光扫描仪对所述容易产生疲劳裂纹的船体部位的焊缝进行扫描，从而获得焊缝的高度尺寸和形状误差数据。

优选的，所述焊缝制造误差数据的收集还包括在多维激光扫描仪无法扫描检测到的部位，采用带有误差实体比较器的焊脚测规对容易产生疲劳裂纹的船体部位的焊缝进行检测，从而获得焊缝的高度尺寸和形状误差数据。

上述焊缝(焊脚)制造误差数据的收集，采用多维激光扫描仪与带有误差实体比较器的焊脚测规相组合的方法，两者具有互补作用，从而能够全面快速地获取焊缝的高度尺寸和形状误差数据，为模型修正和模型修正后的疲劳寿命分析提供了基础。

本发明中所述焊脚测规的具体结构为：所述焊脚测规包括矩形检测样板，所述矩形检测样板的四个角部分别设置有不同大小的用于检测焊脚形状和尺寸的缺口，所述缺口的形状和尺寸被设置为与所要检测的焊脚的理论形状和尺寸相适配；其中，所述矩形检测样板的缺口部位设置有用于反映焊脚的实际形状和尺寸并与所述理论形状和尺寸相比较的的所述误差实体比较器；所述误差实体比较器包括设置在所述矩形检测样板的所述缺口部位置的蛇形尺、设置在所述矩形检测样板上且邻接在所述蛇形尺的远离所述缺口部边缘位置的自由变形流体袋，在所述矩形检测样板上位于所述缺口部的两端设置有用于挡住所述蛇形尺的外挡板，所述矩形检测样板上还设置有用于按压所述自由变形流体袋的弹性回复按钮。

上述技术方案中，矩形检测样板的缺口部位被制作成与所要检测的焊脚的理论形状和尺寸相适配。所述适配包括以下两种情况：

第一种情况是缺口部位的形状和尺寸完全与焊脚的理论设计值相同。这种情况下最适宜测量其实体形状完全小于理论设计值的焊脚；测量时矩形检测样板角部的两个直角边分别靠在焊件的两个焊板上，然后按下弹性回复按钮来挤压自由变形流体袋，自由变形流体袋受挤压后发生变形，推动蛇形尺向焊脚靠拢。然后松开弹性回复按钮，使得自由变形流体袋恢复原形并脱离蛇形尺。由于蛇形尺的柔性和变形后的形状自保持性能，因此取下焊脚测规后就能看到蛇形尺的外侧部分完全复制了焊脚表面的实体形状，因此蛇形尺的外侧轨迹线外露于矩形检测样板上缺口部的部分即是其实际的误差。而且，通过将矩形检测样板拿到二维以上的测量机上，可以较为方便的得到焊缝误差的扫描数据。由此可以方便利用有限元技术对焊缝的强度进行精确的分析和评估，也可以通过所获得的焊缝的扫描数据，进行焊缝的自动化焊补修正。

第二种情况是缺口部位的形状和尺寸按照焊脚的理论设计值进行适当的等距离放大，这样既可以测量其实体形状完全小于理论设计值的焊脚，也可以测量其实体形状部分大于或全部大于理论设计值的焊脚，测量的方法与第一种情况是相同的，但测量的误差数据需要减去一基准值。例如当缺口圆弧部位的半径比焊脚的圆弧尺寸大5mm时，其与缺口圆弧部位进行比较测量后需要减去5mm的基准值。

上述焊脚测规，由于在矩形检测样板的缺口部位设置有蛇形尺，测量时通过挤压自由变形流体袋能够将柔性的蛇形尺完全靠平在焊脚的表面，从而复制了焊脚表面的实体形状，其与矩形检测样板缺口部位的基准形状相比较，就能直观的得到焊脚表面的尺寸误差和形状误差，且这种独特结构的焊脚测规能够较为方便的拿到多维检测仪上进行检测，大大方便了焊脚误差的数字化处理，特别适合于焊件尺寸大、焊缝在隐蔽处不方便直接扫描测量的场合。

优选的，所述焊脚测规还包括设置在所述缺口部的两端的内挡板，所述蛇形尺位于所述缺口部以外的部分置于所述外挡板与所述内挡板之间所形成的槽体内，且位于所述四个缺口部的所述蛇形尺依次连接成一体，并在整体上形成环形蛇形尺。

上述蛇形尺设置为整体环形结构，简化了焊脚测规结构，各口部的蛇形尺依次连接成一体可以实现测量时蛇形尺变形的相互补偿和救济，且环形蛇形尺设置在槽体内，其可靠性好。

优选的，所述矩形检测样板上设置有四个外挡板和四个内挡板，所述的四个外挡板和四个内挡板分置于所述矩形检测样板的四个边部，且位于矩形检测样板同一边部上的外挡板和内挡板之间形成所述槽体，所述环形蛇形尺除了位于缺口部的部分外，其余部分定位于所述槽体内；所述矩形检测样板上设置有连接所述四个内挡板的十字筋，且所述十字筋与所述四个内挡板连接后形成四个独立的自由变形流体袋的安装区，每一所述安装区内分别设置所述的自由变形流体袋。

优选的，所述矩形检测样板为双层矩形检测样板，所述外挡板、内挡板和十字筋被夹在所述的双层矩形检测样板之间；所述矩形检测样板上开设有按钮孔，所述弹性回复按钮包括弹性片和连接在所述弹性片一端的挤压按钮头，所述挤压按钮头安装于所述按钮孔中且其头部对准所述自由变形流体袋，所述弹性片的另一端固定在所述矩形检测样板上。

上述通过设置连接四个内挡板的十字筋，四个独立的自由变形流体袋完全隐藏在双层矩形检测样板之间的内部，一方面保护了自由变形流体袋，另一方面使得焊脚测规保持了良好的外观。

另外，上述弹性回复按钮采用挤压按钮头与弹性片的组合连接结构，实现了按压时自由变形流体袋变形、松开按压时自由变形流体袋恢复原形的功能，从而提高了测量的可靠性。

优选的，在自由变形流体袋上与所述十字筋接触的两边固定连接在所述十字筋上；所述自由变形流体袋为自由变形液体袋或自由变形气体袋。

其中，所述自由变形流体袋包括袋体和设置在所述袋体内的流体。

其中，所述流体为液体或气体。

优选的，所述固定连接为胶接。

优选的，所述外挡板、内挡板、十字筋与所述矩形检测样板的连接为焊接或胶接。

优选的，所述挤压按钮头的头部还连接有用于增大挤压面积的扩展挤压盘。

上述通过在挤压按钮头的头部设置扩展挤压盘，能够在测量时加大自由变形流体袋的变形量，从而有利于蛇形尺与焊脚表面的充分接触，从而提高蛇形尺复制焊脚表面尺寸和形状的精度。

本发明的焊脚测规中，所述挤压按钮头上开设有弹性片安装孔，所述弹性片的一端插接于所述弹性片安装孔中。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，依据历史统计数据对船体结构进行补强设计，并考虑了制造误差对于疲劳寿命的影响，通过模型修正前和模型修正后的两次有限元建模分析，提高了木屑船船体结构抗疲劳性能；同时，通过将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，建立了焊缝制造误差影响系数，为后续新船的改进设计提供了指导。由此可以克服现有常规设计所造成的木屑船船体抗裂纹性能较差的弊端。

第二，本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，补强设计由若干具体措施进行组合运用，最大限度的提高了木屑船船体结构抗裂纹性能。

第三，本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，焊缝(焊脚)制造误差数据的收集，采用多维激光扫描仪与带有误差实体比较器的焊脚测规相组合的方法，两者具有互补作用，从而能够全面快速地获取焊缝的高度尺寸和形状误差数据，为模型修正和模型修正后的疲劳寿命分析提供了基础。

附图说明

图1是本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法的设计流程示意图；

图2是本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法中所使用的带有误差实体比较器的焊脚测规的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是采用图2中的焊脚测规进行焊缝制造误差数据收集的示意图

图中：1、矩形检测样板，2、角部，3、缺口，4、误差实体比较器，5、蛇形尺，6、自由变形流体袋，7、外挡板，8、弹性回复按钮，9、内挡板，10、槽体，11、十字筋，12、弹性片，13、挤压按钮头，14、双层矩形检测样板，15、扩展挤压盘，16、焊脚，17、焊件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至4所示为本发明的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法的实施例，包括以下步骤：

(1)历史数据统计：建立以往木屑船疲劳裂纹的统计数据；所述统计数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位和产生疲劳裂纹时的船龄；其中，所述以往木屑船均是根据散货船结构共同规范进行设计制造的木屑船；

(2)新船设计：按照散货船结构共同规范进行木屑船的新船设计，且在设计新船时，根据以往木屑船疲劳裂纹的统计数据，在容易产生疲劳裂纹的船体部位进行补强设计；

(3)建模分析：根据补强设计后的新船设计图纸，建立新船的有限元模型，采用有限元分析软件，对模型施加疲劳载荷，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位进行疲劳寿命分析；

(4)收集制造误差数据：新船在建造过程中，进行制造误差数据的收集；所述制造误差数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位的制造误差数据，且所述船体部位的制造误差数据包括焊缝制造误差数据；

(5)模型修正：根据新船的制造误差数据，对有限元模型进行修正；

(6)疲劳寿命分析：利用修正后的有限元模型，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位重新进行疲劳寿命分析；

(7)建立焊缝制造误差影响系数：将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，评估缝制造误差对疲劳寿命的影响程度，建立焊缝制造误差影响系数，用于后续新船的改进设计。

其中，所述建模分析步骤中，建模时对容易产生疲劳裂纹的船体部位进行网格细化。

其中，所述建模分析步骤中，对模型施加的疲劳载荷模式包括满载和压载两种模式。

上述木屑船船体结构抗裂纹设计方法中，依据历史统计数据对船体结构进行补强设计，并考虑了制造误差对于疲劳寿命的影响，通过模型修正前和模型修正后的两次有限元建模分析，提高了木屑船船体结构抗疲劳性能；同时，通过将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，建立了焊缝制造误差影响系数，为后续新船的改进设计提供了指导。由此可以克服现有常规设计所造成的木屑船船体抗裂纹性能较差的弊端。

优选的，所述补强设计包括如下补强方案：

(1)在舷侧肋骨在舷侧纵桁上的贯穿孔位置，采用全补板，不开减轻孔或人孔；

(2)对于底边舱斜板与内底板的交叉位置，肋板不开扇形孔、底边舱斜板与内底板采用深熔焊或者全焊透；

(3)对于底墩斜板与内底板的交叉位置，采用以下方案：在重压载舱增加纵桁，或在底墩位置处纵骨增加背肘板；

(4)对于底墩顶板与槽型舱壁的连接位置，采用以下方案：增加封槽板；或者，对于在重压载舱内的底墩隔板采用全焊透型式；对于在普通货舱内的底墩隔板的焊接加大焊脚；

(5)对于船体外板上的屈曲筋，端部不进行削斜处理。

优选的，进行所述补强设计时，根据历史数据统计中产生疲劳裂纹时的船龄设定补强设计的安全系数，且所述安全系数的大小与所述产生疲劳裂纹时的时间的大小成反比。

上述补强设计由若干具体措施进行组合运用，最大限度的提高了木屑船船体结构抗裂纹性能。

优选的，在建模分析步骤后，对于疲劳强度薄弱的部位，进一步通过以下方式对船体的焊接结构节点进行如下优化改造：

(1)减少几何应力集中，通过采用软连接的良好节点细节设计形式，降低几何非连续性产生的几何应力集中系数

(2)改善焊缝形状，特别注意在焊缝趾端处良好的几何形状和平滑过度，以减小由此产生的应力集中系数

(3)控制建造偏差，减小构件连续对中的偏差，以减小由此产生应力集中系数

(4)降低名义应力等级，通过增加局部构件尺寸降低名义应力，从而减小结构节点的热点应力。

作为进一步的改进，本实施例的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法其所述焊缝制造误差数据的收集包括采用多维激光扫描仪对所述容易产生疲劳裂纹的船体部位的焊缝进行扫描，从而获得焊缝的高度尺寸和形状误差数据。

优选的，所述焊缝制造误差数据的收集还包括在多维激光扫描仪无法扫描检测到的部位，采用带有误差实体比较器的焊脚测规对容易产生疲劳裂纹的船体部位的焊缝进行检测，从而获得焊缝的高度尺寸和形状误差数据。

上述焊缝(焊脚)制造误差数据的收集，采用多维激光扫描仪与带有误差实体比较器4的焊脚测规相组合的方法，两者具有互补作用，从而能够全面快速地获取焊缝的高度尺寸和形状误差数据，为模型修正和模型修正后的疲劳寿命分析提供了基础。

本实施例中所述焊脚测规的具体结构为：所述焊脚测规包括矩形检测样板1，所述矩形检测样板1的四个角部2分别设置有不同大小的用于检测焊脚16形状和尺寸的缺口3，所述缺口3的形状和尺寸被设置为与所要检测的焊脚16的理论形状和尺寸相适配；其中，所述矩形检测样板1的缺口部位设置有用于反映焊脚16的实际形状和尺寸并与所述理论形状和尺寸相比较的的误差实体比较器4；所述误差实体比较器4包括设置在所述矩形检测样板1的所述缺口3部位置的蛇形尺5、设置在所述矩形检测样板1上且邻接在所述蛇形尺5的远离所述缺口3部边缘位置的自由变形流体袋6，在所述矩形检测样板1上位于所述缺口3部的两端设置有用于挡住所述蛇形尺5的外挡板7，所述矩形检测样板1上还设置有用于按压所述自由变形流体袋6的弹性回复按钮8。

上述技术方案中，矩形检测样板1的缺口3部位被制作成与所要检测的焊脚16的理论形状和尺寸相适配。所述适配包括以下两种情况：

第一种情况是缺口3部位的形状和尺寸完全与焊脚16的理论设计值相同。这种情况下最适宜测量其实体形状完全小于理论设计值的焊脚16；测量时矩形检测样板1角部2的两个直角边分别靠在焊件17的两个焊板上，然后按下弹性回复按钮8来挤压自由变形流体袋6，自由变形流体袋6受挤压后发生变形，推动蛇形尺5向焊脚16靠拢。然后松开弹性回复按钮8，使得自由变形流体袋6恢复原形并脱离蛇形尺5。由于蛇形尺5的柔性和变形后的形状自保持性能，因此取下焊脚测规后就能看到蛇形尺5的外侧部分完全复制了焊脚表面的实体形状，因此蛇形尺5的外侧轨迹线外露于矩形检测样板1上缺口2部的部分即是其实际的误差。而且，通过将矩形检测样板1拿到二维以上的测量机上，可以较为方便的得到焊缝误差的扫描数据。由此可以方便利用有限元技术对焊缝的强度进行精确的分析和评估，也可以通过所获得的焊缝的扫描数据，进行焊缝的自动化焊补修正。

第二种情况是缺口3部位的形状和尺寸按照焊脚16的理论设计值进行适当的等距离放大，这样既可以测量其实体形状完全小于理论设计值的焊脚16，也可以测量其实体形状部分大于或全部大于理论设计值的焊脚16，测量的方法与第一种情况是相同的，但测量的误差数据需要减去一基准值。例如当缺口3圆弧部位的半径比焊脚16的圆弧尺寸大5mm时，其与缺口3圆弧部位进行比较测量后需要减去5mm的基准值。

上述焊脚测规，由于在矩形检测样板1的缺口3部位设置有蛇形尺5，测量时通过挤压自由变形流体袋6能够将柔性的蛇形尺5完全靠平在焊脚16的表面，从而复制了焊脚16表面的实体形状，其与矩形检测样板1缺口3部位的基准形状相比较，就能直观的得到焊脚16表面的尺寸误差和形状误差，且这种独特结构的焊脚测规能够较为方便的拿到多维检测仪上进行检测，大大方便了焊脚16误差的数字化处理，特别适合于焊件尺寸大、焊缝在隐蔽处不方便直接扫描测量的场合。

优选的，所述焊脚测规还包括设置在所述缺口3部的两端的内挡板9，所述蛇形尺5位于所述缺口3部以外的部分置于所述外挡板7与所述内挡板9之间所形成的槽体内，且位于所述四个缺口3部的所述蛇形尺5依次连接成一体，并在整体上形成环形蛇形尺。

上述蛇形尺5设置为整体环形结构，简化了焊脚测规结构，各口部的蛇形尺依次连接成一体可以实现测量时蛇形尺5变形的相互补偿和救济，且环形蛇形尺5设置在槽体内，其可靠性好。

优选的，，所述矩形检测样板1上设置有四个外挡板7和四个内挡板9，所述的四个外挡板7和四个内挡板9分置于所述矩形检测样板1的四个边部，且位于矩形检测样板1同一边部上的外挡板7和内挡板9之间形成所述槽体10，所述环形蛇形尺5除了位于缺口3部的部分外，其余部分定位于所述槽体10内；所述矩形检测样板1上设置有连接所述四个内挡板9的十字筋11，且所述十字筋11与所述四个内挡板9连接后形成四个独立的自由变形流体袋6的安装区，每一所述安装区内分别设置所述的自由变形流体袋6。

优选的，所述矩形检测样板1为双层矩形检测样板14，所述外挡板7、内挡板9和十字筋11被夹在所述的双层矩形检测样板14之间；所述矩形检测样板1上开设有按钮孔，所述弹性回复按钮8包括弹性片12和连接在所述弹性片12一端的挤压按钮头13，所述挤压按钮头13安装于所述按钮孔中且其头部对准所述自由变形流体袋6，所述弹性片12的另一端固定在所述矩形检测样板1上。

上述通过设置连接四个内挡板9的十字筋11，四个独立的自由变形流体袋6完全隐藏在双层矩形检测样板14之间的内部，一方面保护了自由变形流体袋6，另一方面使得焊脚测规保持了良好的外观。

另外，上述弹性回复按钮8采用挤压按钮头13与弹性片12的组合连接结构，实现了按压时自由变形流体袋6变形、松开按压时自由变形流体袋6恢复原形的功能，从而提高了测量的可靠性。

优选的，在自由变形流体袋6上与所述十字筋11接触的两边固定连接在所述十字筋11上；所述自由变形流体袋6为自由变形液体袋或自由变形气体袋。

其中，所述自由变形流体袋6包括袋体和设置在所述袋体内的流体。

其中，所述流体为液体或气体。

优选的，所述固定连接为胶接。

优选的，所述外挡板7、内挡板9、十字筋11与所述矩形检测样板1的连接为焊接或胶接。

优选的，所述挤压按钮头13的头部还连接有用于增大挤压面积的扩展挤压盘15。

上述通过在挤压按钮头13的头部设置扩展挤压盘15，能够在测量时加大自由变形流体袋6的变形量，从而有利于蛇形尺5与焊脚16表面的充分接触，从而提高蛇形尺5复制焊脚16表面尺寸和形状的精度。

本实施例的焊脚测规中，所述挤压按钮头13上开设有弹性片安装孔，所述弹性片12的一端插接于所述弹性片安装孔中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)历史数据统计：建立以往木屑船疲劳裂纹的统计数据；所述统计数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位和产生疲劳裂纹时的船龄；其中，所述以往木屑船均是根据散货船结构共同规范进行设计制造的木屑船；

(2)新船设计：按照散货船结构共同规范进行木屑船的新船设计，且在设计新船时，根据以往木屑船疲劳裂纹的统计数据，在容易产生疲劳裂纹的船体部位进行补强设计；

(3)建模分析：根据补强设计后的新船设计图纸，建立新船的有限元模型，采用有限元分析软件，对模型施加疲劳载荷，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位进行疲劳寿命分析；

(4)收集制造误差数据：新船在建造过程中，进行制造误差数据的收集；所述制造误差数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位的制造误差数据，且所述船体部位的制造误差数据包括焊缝制造误差数据；

(5)模型修正：根据新船的制造误差数据，对有限元模型进行修正；

(6)疲劳寿命分析：利用修正后的有限元模型，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位重新进行疲劳寿命分析；

(7)建立焊缝制造误差影响系数：将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，评估缝制造误差对疲劳寿命的影响程度，建立焊缝制造误差影响系数，用于后续新船的改进设计。

2.根据权利要求1所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述补强设计包括如下补强方案：

(1)在舷侧肋骨在舷侧纵桁上的贯穿孔位置，采用全补板，不开减轻孔或人孔；

(2)对于底边舱斜板与内底板的交叉位置，肋板不开扇形孔、底边舱斜板与内底板采用深熔焊或者全焊透；

(3)对于底墩斜板与内底板的交叉位置，采用以下方案：在重压载舱增加纵桁，或在底墩位置处纵骨增加背肘板；

(4)对于底墩顶板与槽型舱壁的连接位置，采用以下方案：增加封槽板；或者，对于在重压载舱内的底墩隔板采用全焊透型式；对于在普通货舱内的底墩隔板的焊接加大焊脚；

(5)对于船体外板上的屈曲筋，端部不进行削斜处理。

3.根据权利要求1所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，进行所述补强设计时，根据历史数据统计中产生疲劳裂纹时的船龄设定补强设计的安全系数，且所述安全系数的大小与所述产生疲劳裂纹时的时间的大小成反比。

4.根据权利要求1所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述焊缝制造误差数据的收集包括采用多维激光扫描仪对所述容易产生疲劳裂纹的船体部位的焊缝进行扫描，从而获得焊缝的高度尺寸和形状误差数据。

5.根据权利要求4所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述焊缝制造误差数据的收集还包括在多维激光扫描仪无法扫描检测到的部位，采用带有误差实体比较器的焊脚测规对容易产生疲劳裂纹的船体部位的焊缝进行检测，从而获得焊缝的高度尺寸和形状误差数据。

6.根据权利要求5所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述焊脚测规包括矩形检测样板，所述矩形检测样板的四个角部分别设置有不同大小的用于检测焊脚形状和尺寸的缺口，所述缺口的形状和尺寸被设置为与所要检测的焊脚的理论形状和尺寸相适配；其中，所述矩形检测样板的缺口部位设置有用于反映焊脚的实际形状和尺寸并与所述理论形状和尺寸相比较的的所述误差实体比较器；所述误差实体比较器包括设置在所述矩形检测样板的所述缺口部位置的蛇形尺、设置在所述矩形检测样板上且邻接在所述蛇形尺的远离所述缺口部边缘位置的自由变形流体袋，在所述矩形检测样板上位于所述缺口部的两端设置有用于挡住所述蛇形尺的外挡板，所述矩形检测样板上还设置有用于按压所述自由变形流体袋的弹性回复按钮。

7.根据权利要求6所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述焊脚测规还包括设置在所述缺口部的两端的内挡板，所述蛇形尺位于所述缺口部以外的部分置于所述外挡板与所述内挡板之间所形成的槽体内，且位于所述四个缺口部的所述蛇形尺依次连接成一体，并在整体上形成环形蛇形尺。

8.根据权利要求7所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述矩形检测样板上设置有四个外挡板和四个内挡板，所述的四个外挡板和四个内挡板分置于所述矩形检测样板的四个边部，且位于矩形检测样板同一边部上的外挡板和内挡板之间形成所述槽体，所述环形蛇形尺除了位于缺口部的部分外，其余部分定位于所述槽体内；所述矩形检测样板上设置有连接所述四个内挡板的十字筋，且所述十字筋与所述四个内挡板连接后形成四个独立的自由变形流体袋的安装区，每一所述安装区内分别设置所述的自由变形流体袋。

9.根据权利要求8所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，所述矩形检测样板为双层矩形检测样板，所述外挡板、内挡板和十字筋被夹在所述的双层矩形检测样板之间；所述矩形检测样板上开设有按钮孔，所述弹性回复按钮包括弹性片和连接在所述弹性片一端的挤压按钮头，所述挤压按钮头安装于所述按钮孔中且其头部对准所述自由变形流体袋，所述弹性片的另一端固定在所述矩形检测样板上。

10.根据权利要求9所述的一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，其特征在于，在自由变形流体袋上与所述十字筋接触的两边固定连接在所述十字筋上；所述自由变形流体袋为自由变形液体袋或自由变形气体袋。

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