腐蚀损伤后的船排斜架车检测与承载强度评估

陈川

摘 要：作为船舶在水面与陆地的运输纽带，船排自身的结构强度至关重要。尤其在使用多年后，船排斜架车腐蚀损伤严重，承载强度减弱，需要对腐蚀后的船排进行安全评估。本文采用超声波测厚法对某使用多年的船排的腐蚀情况进行检测，并通过三维建模和有限元分析方法对承载强度进行全面分析，获得各工况下的等效应力与变形云图，得出评估及鉴定结果。

关键词：船排斜架车；腐蚀检测；有限元分析；安全评估

中图分类号：U671.5 文献标识码：A

The Corrosion Detection and Load Bearing Strength Assessment of Beaching Wedged Chassis

CHEN Chuan

（ No.4801 factory of PLA， Guangzhou 510715 ）

Abstract： It is very important to have a strength assessment of Beaching Wedged Chassis used for ship launching. Need for safety assessment for Beaching Wedged Chassis on account of serious corrosion damage and bearing strength weakening， especially after used for many years. This paper adopted the ultrasonic flaw detection to obtain the corrosion morphology of Beaching Wedged Chassis used for many years， as well as investigated the strength characteristics with three-dimensional modeling and finite element analysis. A series of calculation results are undertaken， appraisal and evaluation results are obtained.

Key words： Beaching Wedged Chassis； corrosion detection； finite element analysis； strength assessment

1 前言

在船舶修造业务中，船排结构以其操作简单、可行性高的特点在船舶上下排中得到广泛运用。由于船排长期处于干湿交替、水位不断变化的环境中，易发生结构腐蚀受损，甚至锈蚀穿孔、严重变形造成结构失效等现象，有发生船舶、船排损坏、人员伤亡等风险；另外，船排结构的设置方向与水流方向是否一致、船排结构与底部支撑的衔接等因素也间接对船排结构的安全性造成威胁。随着船排结构的使用年限增加，其受损程度加重，日益增加的事故隐患已成为船排上下排过程中不可忽视的问题，非常有必要针对腐蚀损伤后的在役船排结构承载强度进行安全评估，有效的安全评估方法可以预报当前船排结构的受损状态、剩余强度并提出相应的解决方案，避免安全事故的发生。

某1 500 t船排斜架车已服役二十余年，整体腐蚀较为严重，存在大面积锈蚀、腐蚀穿孔现象。为保证该船排结构的安全性，采用超声波测厚法对其进行实地勘测，并采用ANSYS软件进行三维建模，对承载强度进行有限元分析及安全评估。

2 船排结构腐蚀形貌的检测

该船排斜架车由于使用年限较长，从外观上可以目视到斜架车钢结构整体外观较差，水线以下结构附着大量泥沙，水线以上部分存在大面积腐蚀、锈蚀，部分结构件已锈蚀至蓬松状态，连接螺栓暂时无缺件、松动现象（见图1）。

在目视确定整体腐蚀情况后，随后对该结构较为危险的损伤点进行厚度测试。本次检测采用超声波测厚法，其测试设备为DM4，探头为DA301-5MHz，当时的测试环境为32 ℃，对该船排结构的腐蚀形貌进行了检测记录。

船排斜架车测厚以车轮作为横坐标，斜架车第一节架体前部为零点，第一排车轮编号为“1L”，以此类推；以每个轮为横坐标，纵坐标上对腹板、上T型钢、下T型钢、桁架、节点板进行厚度测试，每个厚度测试值均为三次测量后取平均值。

通过大量的测厚工作，获得了该船排斜架车各腐蚀损伤点的厚度数据。通过分析所获的数据，可知该斜架车结构整体腐蚀、锈蚀较为严重，所有主承载结构件材料厚度测点中，上T型钢厚度损伤量最大达38%，下T型钢厚度损伤量最大达22%，腹板及桁架厚度损伤量也较大。

通过腐蚀形貌实际检测，可以清楚了解到该船排斜架车的腐蚀情况。从检测结构可知，斜架车不同部位的腐蚀程度有所不同，但作为支撑构件受压载载荷的桁材其腐蚀情况均较为严重。桁材的厚度减少直接关系到结构失稳等安全性问题，极容易发生安全事故，故有必要对该船排目前的承载能力进行全面评估。

3 基于有限元模型的承载强度评估

采用ANSYS软件对该船排结构进行承载强度评估分析。结合设计图纸与现场实际检测的腐蚀形貌数据建立三维有限元模型。

3.1 三维建模

三维梁单元BEAM188进行模拟该斜架车桁架结构。首先根据设计图纸标明的尺寸进行建模，旨在计算该结构的结构性能，其最终的有限元模型如图2所示，网格大小取200 mm，對于梁单元来说已满足计算精度。仅在车轮处做简支约束，采用集中质量单元MASS21进行均匀加载，其计算的总载荷为1 500 t。

加载工况分为两种（见图3）：一为载荷分布在偏左侧悬臂轨道上（1号区域）；二为载荷均匀分布在整体钢结构上（1+2号区域）。左侧悬臂为1号区域，其余区域为2号区域（见图4）。

3.2 强度校核结果及分析

通过ANSYS的计算结果以及等效应力与变形云图的观察发现，由于斜架车左侧悬臂较长，承载刚性不足，当载荷分布偏向1号区域时，该区域计算结果超过材料屈服强度极限，会导致结构失稳，结构强度校核不合格；当载荷分布在2号区域时，该区域结构强度校核合格；当载荷分布在1号和2号区域时，结构强度校核合格。

由计算结果可知，当载荷均匀分布1号区域时，计算应力高达961 MPa，已经超过屈曲强度，其计算结果无法满足规范要求（见表1和图5）；当载荷均匀分布在1号和2号区域时，计算应力为68 MPa，此时结构尚处于弹性范围内，低于结构的许用应力，满足规范要求（见图6）。因此，该船排斜架车结构只能在限定载荷情况下使用，存在安全隐患。

4 结论

（1）船排斜架车结构常年处于干湿交替的工作环境，其腐蚀情况严重，应对其进行定期检测并制定相关的保养措施，以保证其有效使用；

（2）船排斜架车用于船舶上下排运输，安全性要求较高，应定期针对腐蚀损伤后的船排承载强度进行安全评估；

（3）采用超声波测厚定期检测，以及采用有限元模型分析法评估船排斜架车的承载强度，是一种较为经济、合理、可行的方法，可作为类似钢结构物使用过程检测及安全评估。

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