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摘要：随着社会经济与科学技术的不断发展，船舶制造业在制造工艺及制造技术上获得很大突破，船舶质量不断提高。为进一步降低船舶制造成本，缩短施工时间，提高船舶质量，就需要改进造船工艺水平。进行船舶制造相关工艺的主要应力及变形问题的探讨，是不断改进与提高造船工艺水平的基础，通过对船舶建造过程中应力与变形控制的研究，从力学角度出发，分析船舶制造相关工艺的科学性，找出存在的问题及不足，提出改进措施，最终降低生产成本，提高船舶质量，为企业获得良好的经济效益与社会效益。
关键字：船舶制造 相关工艺 应力 变形
【分类号】：TD353.5
船舶制造是一个十分复杂的生产过程中，需要经过号料、切割、加工、焊接装配、总装等一系列生产活动，在船舶建设过程中，钢料需要经过预处理，并根据设计要求，制造零部件，进行焊接装配，最终形成完整船体。在船舶制造过程中，其应力与变形问题无所不在，且十分复杂。研究船舶制造相关工艺的主要应力与变形问题是改进造船工艺水平的重要基础，通过对船舶制造过程中的应力与变形问题的研究，发现当前造船工艺中存在的问题，从而提出改进措施。本文中，在研究船舶制造过程中的应力与变形问题的基础上，对船舶制造的三项主要制造工艺进行了研究，这三项船舶制造工艺分别为船体外板自重成型预报、上层建筑整体吊装工艺技术、船体结构修造开口工艺技术，在应力与变形研究的基础上，找出三项船舶制造工艺中存在的问题，并提出改进措施。
一、船体外板自重成型预报
船体外板一般分为鞍型板与帆型板两种，多是由不可展的复杂空间曲面所构成。针对大型船体外板来说，其几何尺寸一般是较大的，板长可达12m，板宽范围在2-3m之间。这种船体外板在自重作用力影响下，外板两端处于自由支撑状态，将会导致较大变形。据统计，在所有的船体外板中，需要经过不同程度的水火弯曲加工成型的外板比例高达75%。进行船体外板自重成型研究，能够提高外板加工效率及质量，降低能源消耗，缩短造船周期，提高竞争力。在进行船体外板自重研究时，会进行自重成型计算，当前，大部分船体外板自重成型计算方法都是建立于弹性理论基础上的，其方法主要包括李维法计算平板的自重成型、壳体理论计算柱壳板的自重成型、有限元方法求解自重成型等方法。使用有限元方法分析大挠度弯曲。
（一）影响自重成型效果的因素
综合来看，影响自重成型效果的因素较多，主要包括三种类型，第一类为可以暂时忽略的因素类型，包括材质变化、气温变化及测量误差等，这种类型的因素对自重成型效果影响较小；第二类为固定参数，如自重成型的边界条件等；第三类为钢板自重成型计算的工艺参数，如板长、板宽、板厚等因素，这些因素是影响自重成型效果的主要因素。
（二）应用神经网络研究船体板自重成型预报
在分析变量之间的相互关系时，多采取传统的经典回归方法，需要事先制造回归模型，但这种方式，对参数关系的研究容易产生误差。应用神经网络技术，可以在不知道参数模型的基础上使用数据样本，通过计算，可以获得模型拟合曲线，完成对自重模型的研究。如以自重成型数据样本库为依据，建立板厚的神经网络预报模型，通过计算获得计算结果：
通过如上计算，可以看出，应用神经网络的预测结果误差很小，计算精度高，能够满足工程生产的要求。
在研究应力与变形问题的基础上，建立自重成型预报系统，并应用于船舶制造工艺中，能够降低生产成本，缩短制造周期，获得良好的经济效益。
二、上层建筑整体工艺吊装工艺
在船舶制造工艺中，上层建筑整体工艺吊装是深化造船生产设计的重要内容，是提高制造进度的重要方法。通过计算研究后发现，采取常规吊装方法进行整体吊装上层建筑是不可行的。进行整体吊架设计工作，为满足吊架基本要求并节约成本，进行结构设计方案优化，确保结构安全性的同时，减少钢量。通过吊架设计上层建筑整体吊装工艺，通过试验，证明采取吊架能够有效降低结构应力与变形问题，且不需要改变结构。吊架的应用，为各类船舶上层建筑整体吊装施工提供了有效保障，能够提高吊装效率，获得良好的经济效益。在吊装作业中，吊环属于吊装作业的连接点，为确保吊装作业的顺利进行，要求吊环具备较好的安全可靠性。在传统的吊环强度计算中，其校核公式十分简单，计算误差相对较大，并不能够反映出吊环的真实受力状态，导致计算结果与实际值相差很大。为此，改变传统的校核公式算法，使用吊环接触应力算法，进行吊环优化设计，可以更好的确保吊环设计的安全性与经济性。
三、船体结构修造开口工艺
在船舶的改造或修复过程中，为确保工作人员或设备能够进入舱室，需要对船舶甲板、船舶舱壁结构等位置进行切割开口工作。然而在修造开口过程也是超过钢板屈服极限的加热过程，在切割之后，钢板自然冷却，并产生收缩应力，发生变形问题。
切割是船舶焊接的第一道加工程序，切割的质量与效率，直接影响着整个焊接作业的质量与效益。切割残余应力的存在，会降低结构强度，影响焊接质量。在船体结构中修造开口，会对船舶局部强度造成严重破坏。为提高船舶质量，提出消除焊接残余应力的方法。
焊接残余应力会导致焊接结构强度降低，结构抗疲劳及抗脆断能力下降，不利于提高船舶质量。本文对当前消除残余应力的方法进行了研究，主要的方法如下：
（一）焊后热处理方法
焊后热处理是当前流行的消除残余应力的主要方法。在进行焊后热处理时，存在着有利与不利情况。消除应变时效脆化、减少扩散氢含量、残余应力松弛等是有利的，而产生结构变形、高温应变催化是不利的。
（二）过载处理方法
过载处理方法消除残余应力的效果是由过载应力水平来决定的。当过载应力达到材料屈服点时，能够消除全部残余应力。
（三）振动法调整残余应力处理方法
振动法调整残余应力处理方法操作较为简单，可以利用激振器对构件固有频率确定，通过共振频率施振，并利用监测技术，查看振动法处理效果。这种技术，能够有效降低焊接残余应力。
（四）爆炸消除应力处理方法
爆炸消除应力处理是一种操作便捷，经济性及效果良好的消除焊接残余应力的方法。这种方法是通过黏贴于焊缝及其表面的特种炸药，利用爆炸冲击波与残余应力的交互作用最终达到消除焊接残余应力的目的。
四、结语
随着科学技术的不断发展，船舶制造业的制造工艺获得很大进步，船舶质量不断提高。面对日益激烈的市场竞争，进一步降低船舶制造成本、缩短制造周期、提高船舶质量成为了船舶企业生存与发展的重要任务。船舶制造是一个十分复杂的生产过程中，进行船舶制造相关工艺的主要应力及变形问题的研究，从力学的角度找出当前造船工艺中存在不足，并提出改进措施，本文通过对船体外板自重成型预报、上层建筑整体吊装工艺技术与船体结构修造开口工艺技术等制造工艺的应力与变形问题探讨，提出改进措施，进一步提高产品质量，增强企业竞争力，为企业获得良好经济效益。
参考文献：
[1]周波.船舶制造相关工艺的应力与变形问题研究[D].大连理工大学，2009.
[2]于昌利，初冠南，张喜秋等.船舶制造精度管理及过程控制技术探讨[J].现代制造工程，2011，（4）：1-4，41.
[3]安少鹏，刘玉君，汪驥等.考虑残余应力的船舶强度校核分析方法[J].大连海事大学学报，2011，37（1）：21-24.
关键字：船舶制造 相关工艺 应力 变形
【分类号】：TD353.5
船舶制造是一个十分复杂的生产过程中，需要经过号料、切割、加工、焊接装配、总装等一系列生产活动，在船舶建设过程中，钢料需要经过预处理，并根据设计要求，制造零部件，进行焊接装配，最终形成完整船体。在船舶制造过程中，其应力与变形问题无所不在，且十分复杂。研究船舶制造相关工艺的主要应力与变形问题是改进造船工艺水平的重要基础，通过对船舶制造过程中的应力与变形问题的研究，发现当前造船工艺中存在的问题，从而提出改进措施。本文中，在研究船舶制造过程中的应力与变形问题的基础上，对船舶制造的三项主要制造工艺进行了研究，这三项船舶制造工艺分别为船体外板自重成型预报、上层建筑整体吊装工艺技术、船体结构修造开口工艺技术，在应力与变形研究的基础上，找出三项船舶制造工艺中存在的问题，并提出改进措施。
一、船体外板自重成型预报
船体外板一般分为鞍型板与帆型板两种，多是由不可展的复杂空间曲面所构成。针对大型船体外板来说，其几何尺寸一般是较大的，板长可达12m，板宽范围在2-3m之间。这种船体外板在自重作用力影响下，外板两端处于自由支撑状态，将会导致较大变形。据统计，在所有的船体外板中，需要经过不同程度的水火弯曲加工成型的外板比例高达75%。进行船体外板自重成型研究，能够提高外板加工效率及质量，降低能源消耗，缩短造船周期，提高竞争力。在进行船体外板自重研究时，会进行自重成型计算，当前，大部分船体外板自重成型计算方法都是建立于弹性理论基础上的，其方法主要包括李维法计算平板的自重成型、壳体理论计算柱壳板的自重成型、有限元方法求解自重成型等方法。使用有限元方法分析大挠度弯曲。
（一）影响自重成型效果的因素
综合来看，影响自重成型效果的因素较多，主要包括三种类型，第一类为可以暂时忽略的因素类型，包括材质变化、气温变化及测量误差等，这种类型的因素对自重成型效果影响较小；第二类为固定参数，如自重成型的边界条件等；第三类为钢板自重成型计算的工艺参数，如板长、板宽、板厚等因素，这些因素是影响自重成型效果的主要因素。
（二）应用神经网络研究船体板自重成型预报
在分析变量之间的相互关系时，多采取传统的经典回归方法，需要事先制造回归模型，但这种方式，对参数关系的研究容易产生误差。应用神经网络技术，可以在不知道参数模型的基础上使用数据样本，通过计算，可以获得模型拟合曲线，完成对自重模型的研究。如以自重成型数据样本库为依据，建立板厚的神经网络预报模型，通过计算获得计算结果：
通过如上计算，可以看出，应用神经网络的预测结果误差很小，计算精度高，能够满足工程生产的要求。
在研究应力与变形问题的基础上，建立自重成型预报系统，并应用于船舶制造工艺中，能够降低生产成本，缩短制造周期，获得良好的经济效益。
二、上层建筑整体工艺吊装工艺
在船舶制造工艺中，上层建筑整体工艺吊装是深化造船生产设计的重要内容，是提高制造进度的重要方法。通过计算研究后发现，采取常规吊装方法进行整体吊装上层建筑是不可行的。进行整体吊架设计工作，为满足吊架基本要求并节约成本，进行结构设计方案优化，确保结构安全性的同时，减少钢量。通过吊架设计上层建筑整体吊装工艺，通过试验，证明采取吊架能够有效降低结构应力与变形问题，且不需要改变结构。吊架的应用，为各类船舶上层建筑整体吊装施工提供了有效保障，能够提高吊装效率，获得良好的经济效益。在吊装作业中，吊环属于吊装作业的连接点，为确保吊装作业的顺利进行，要求吊环具备较好的安全可靠性。在传统的吊环强度计算中，其校核公式十分简单，计算误差相对较大，并不能够反映出吊环的真实受力状态，导致计算结果与实际值相差很大。为此，改变传统的校核公式算法，使用吊环接触应力算法，进行吊环优化设计，可以更好的确保吊环设计的安全性与经济性。
三、船体结构修造开口工艺
在船舶的改造或修复过程中，为确保工作人员或设备能够进入舱室，需要对船舶甲板、船舶舱壁结构等位置进行切割开口工作。然而在修造开口过程也是超过钢板屈服极限的加热过程，在切割之后，钢板自然冷却，并产生收缩应力，发生变形问题。
切割是船舶焊接的第一道加工程序，切割的质量与效率，直接影响着整个焊接作业的质量与效益。切割残余应力的存在，会降低结构强度，影响焊接质量。在船体结构中修造开口，会对船舶局部强度造成严重破坏。为提高船舶质量，提出消除焊接残余应力的方法。
焊接残余应力会导致焊接结构强度降低，结构抗疲劳及抗脆断能力下降，不利于提高船舶质量。本文对当前消除残余应力的方法进行了研究，主要的方法如下：
（一）焊后热处理方法
焊后热处理是当前流行的消除残余应力的主要方法。在进行焊后热处理时，存在着有利与不利情况。消除应变时效脆化、减少扩散氢含量、残余应力松弛等是有利的，而产生结构变形、高温应变催化是不利的。
（二）过载处理方法
过载处理方法消除残余应力的效果是由过载应力水平来决定的。当过载应力达到材料屈服点时，能够消除全部残余应力。
（三）振动法调整残余应力处理方法
振动法调整残余应力处理方法操作较为简单，可以利用激振器对构件固有频率确定，通过共振频率施振，并利用监测技术，查看振动法处理效果。这种技术，能够有效降低焊接残余应力。
（四）爆炸消除应力处理方法
爆炸消除应力处理是一种操作便捷，经济性及效果良好的消除焊接残余应力的方法。这种方法是通过黏贴于焊缝及其表面的特种炸药，利用爆炸冲击波与残余应力的交互作用最终达到消除焊接残余应力的目的。
四、结语
随着科学技术的不断发展，船舶制造业的制造工艺获得很大进步，船舶质量不断提高。面对日益激烈的市场竞争，进一步降低船舶制造成本、缩短制造周期、提高船舶质量成为了船舶企业生存与发展的重要任务。船舶制造是一个十分复杂的生产过程中，进行船舶制造相关工艺的主要应力及变形问题的研究，从力学的角度找出当前造船工艺中存在不足，并提出改进措施，本文通过对船体外板自重成型预报、上层建筑整体吊装工艺技术与船体结构修造开口工艺技术等制造工艺的应力与变形问题探讨，提出改进措施，进一步提高产品质量，增强企业竞争力，为企业获得良好经济效益。
参考文献：
[1]周波.船舶制造相关工艺的应力与变形问题研究[D].大连理工大学，2009.
[2]于昌利，初冠南，张喜秋等.船舶制造精度管理及过程控制技术探讨[J].现代制造工程，2011，（4）：1-4，41.
[3]安少鹏，刘玉君，汪驥等.考虑残余应力的船舶强度校核分析方法[J].大连海事大学学报，2011，37（1）：21-24.