温度场变化对船坞搭载精度控制的影响研究

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1、NAVALARCHITECTUREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2013年第3期（总第95期）温度场变化对船坞搭载精度控制的影响研究12杨振，刘建峰（1.江苏科技大学船舶与海洋工程学院，镇江212003；2.上海外高桥造船有限公司，上海200137）摘要：借助数字化船坞系统对温度变化导致的船体分段变形作了研究，在理论计算和实测数据分析研究的基础上，给出了基于温度场变化的船坞搭载定位作业的建议。关键词：数字化；船坞；温度场；搭载定位中图分类号：U671文献标识码：A文章编号：2095-4069(2

2、013)03-0016-05Abstract:Thispaperusesthedigitaldocksystemtostudythehullsegmentdeformationduetotemperaturevariation;onthebasisoftheoreticalcalculationandanalysisofmeasureddata,somesuggestionsfortheoperationofdockerectionpositioningaccordingtochangesinthetemperatu

3、refieldarealsoprovided.Keywords:digital;dock;temperaturefield;erectionpositioning0引言[1]造船精度控制是船舶制造过程中一项十分重要的工作，贯穿于船舶制造的全过程。数字化船坞系统概念的引入，能有效提高定位精度和龙门吊使用效率，缩短船坞周期。数字化船坞系统是在全站仪已广泛运用于船坞地样线开设、船体分段定位等工作的基础上发展起来的，即通过竖立在船坞四周的基准标靶表示传统船坞中的船体中心线、肋位线和高度基准线，形成统一的船坞坐标系统，如图1所

4、示。应用MarineG2软件（船体精度分析软件）系统，建立DES（坐标转换）文件，以建立自然温度场对分段、总段定位间隙影响的数学模型为前提，以建立分段定位最优方案的决策方法为目标，通过充分利用现有的软件系统TribonM3和MarineG2等，将传统的船坞搭载定位作业通过电脑预先进行模拟，实现取消船坞格子线，实现分段快速、无余量搭载，一次定位，从而达到节省工时，提高龙门吊使用效率，缩短船坞周期的目的。图1数字化船坞测量系统第一作者简介：杨振，男，硕士研究生在读，1987年生，现就读于江苏科技大学船舶与海洋工程专业，在

5、江南长兴造船有限责任公司实习，主要从事船舶精度管理和数字化船坞研究。收稿日期：2013-01-14杨振，等：温度场变化对船坞搭载精度控制的影响研究17随着钢材加工、船体装配和焊接精度的不断提高，装配施工因素对船体分段精度的影响所占比重在逐步下降，而环境温度对船舶分段变形的影响变得越来越重要。由于季节性温差变化，甚至是同一天不同时段的温度变化导致的分段不均匀受热变形，造成作业现场大量修割或反复定位，给现场作业带来了极大的困扰。因此，对环境温度导致的船体分段变形的分析自然成为推进数字化船坞应用过程中一个不可避免的课题。1

6、温度变化致分段变形的理论分析船厂施工条件恶劣，大多数作业为露天作业，工件所处的环境温度升降幅度较车间大。在夏季日晒的条件下，船体受晒局部温度升高将加剧温度场不均匀的程度，船体或分段受晒的一面较未受晒的一面温度[2]可能高出30℃以上，其热变形引起的几何量的变化有时甚至大于按一维热变形计算的数值。[3]工件形体热变形的影响因素极其复杂，其变形量Δ不仅与尺寸L、材料的线膨胀系数C、环境温度T有关，而且与形体结构因子k[取决于几何参数，即kfXX(,,,)12Xn]有关，其数学模型为：f(,,,)LCTk(1)常用

7、的温度变化引起的工件热变形计算公式：LLCTT()10(2)式中：L——热变形量，L——实物长度，C——热膨胀系数，T1——升高后温度，T0——原始温度。公式（2）没有考虑工件的形体结构因子的影响，用简单的标准件计算公式作为各种形体工件热变形计算的数学模型。在简单的一维热变形和测量精度要求一般的情况下，按公式（2）计算不会造成显著影响，但对高精度如纳米级精度测量或高精度误差修正时，其影响不能忽略，必须引入形体热变形系数概念，且[4]要进行深入的研究。数字化船坞旋转标靶由210mm×10mm×1800mm

8、的均质圆钢管构成，可以把旋转标靶看作一维细长杆标准件。在夏日，即使气温与钢管温度相差30℃，根据理论公式（2）计算其热变形为：ΔL=1800×11.5×0.000001×30=0.6(mm)，对船体精度影响可以忽略不计。然而，对于长度为20m的船体总段而言，根据理论公式（2）计算其变形ΔL=40000×11.5×0.000001×30=6.90