前言

自从改革开发以后，我国的社会经济得到了很大的进步发展，社会各行各业也在随之进步攀升。我国的船舶制造行业，是社会经济的重要支撑力，并且船舶制造行业也在经济发展的影响下在不断的发展，其中船体结构的设计制造必须要得到有力的保障，所以在进行船体结构设计生产制造的时候，使用到了高强度的钢。在进行船体结构设计的时候，要将船体重量有所减轻，才能使原材料得到有效使用，高强度钢适用与船体结构设计，所以在船体结构中得到了大量的应用。但是在实际的船体结构设计中，高强度钢的应用工艺还是需要优化改善，才能确保船体结构设计的标准性和安全性。

1.高强度钢的特点及其应用情况

⑴高强度钢的特点

高强度钢和其他类型的钢相比较来说，高强度钢的强度较高，并未高强度钢的重量相对来说也比较轻，这是其他类型的钢都不具备的。不过，高强度钢的弹性模数还是存在一定的局限性和限制性，没有得到相应的优化改善，但是高强度钢中所存在的元素众多，所以高强度钢就容易被腐蚀，抗腐蚀能力相对较弱^[1]。并且高强度钢的疲劳强度也没有得到优化改善和提升，造成高强度的疲劳强度弱化的原因主要使由于高强度钢在得到利用之后，高强度钢的利用和使用极限有了很大的提升改善，然后高强度钢的构件尺寸在随时减少，变形在随之增大，而且位于构件的接头处会产生相应的附加载荷，使应力有所集中，直接影响到了船体结构的使用年限^[2]。

⑵船体结构设计中所利用的高强度钢

在船体结构的整体结构中，强力甲板还有底部的纵向构件之间会产生出总纵应力，这种总纵应力也是最大的，船体结构的底部还有底部附近的纵横构件中会产生出最大化的局部应力，在船体结构中的强力甲板、底部的纵向构件、船体结构底部还有底部附近的纵横构件中应用高强度钢，他们的使用效果会更加的显著^[3]。不过，在船体结构中轴附近的舷侧结构中，还有纵横舱壁的结构中，还有船体梁中，使用高强度钢的效果不明显，因为其总纵应力还有局部应力相对较低，使用高强度钢不能达到相应的效果，还会提高生产成本。另外，船体结构中舷侧构件处于水线区域，会承受波浪的交变载荷，导致舷侧构件容易出现疲劳裂纹，所以在此位置也不适用于使用高强度钢^[4]。

规模较大的船体结构，为了可以有效减少船体结构自身的重量，在大型船体结构中的货舱区，都会使用高强度钢。不过，大型船体结构中的全部货舱区都使用高强度钢，会降低整体的船体结构中重要构件的刚度，使大型船体结构的质量和安全性得不到保障，还会造成船体结构中的构件出现变形，直接导致二次应力的提升。所以，在设计船体结构中疲劳节点的时候，相关设计工作人员务必要更加的严格和严谨，针对船体结构的整体进行船体结构的疲劳分析，以及必须要得到船级社的认可^[5]。

2.高强度钢在船体结构中应用的优化方法

⑴高强度钢结构焊接的相关设计

在船体结构中，船体中往往有众多的管子铺设，所以在进行高强度钢的结构设计的时候，普遍情况下会将管路的马脚接焊于高强度的纵骨结构的端部。当船舶在航行的时候，由于力的作用影响，及其容易使高强度的纵骨结构的端部产生集中应力，从而发生断裂的情况^[6]。所以，为了避免高强度的纵骨结构的端部出现裂纹，管路马脚的焊接位置必须要高强度钢结构的中部位置，或者将管路马脚的焊接位置接焊于不适高强度的钢的结构上。管路马脚的设计如下图。

在设计船体结构的时候，由于船体中的部分肘板还有支柱和高强度结构钢所进行的纵骨焊接，在设计的过程中会忽略应力流线平缓过渡的问题，到时船体结构中出现裂纹，影响着船体结构的质量以及船体结构的安全性。所以，在进行船体结构式合计的时候相关船体结构设计工作人员务必要确保应力流线可以平缓的过渡，并且平缓过渡的距离不高于10mm。过渡板差的设计示例图如下。

船体结构的设计中，船体结构中部分位置的加强材面板要和船体结构外板高强度的钢进行焊接。不过，在实际的船体结构设计中，面板会有一定的削斜情况，会造成船体结构中的局部出现裂纹，导致外板强度有所减弱，情况严重还会发生安全事故。因此，在船体结构的设计中，相关船体结构设计工作人员要有效的进行应力分布的分析，并且为了避免船体结构中出现裂纹，务必将船体结构中的面板设计为削斜的形状。外板加强材面板的设计如下图所示。

⑵高强度钢的应用施工对疲劳寿命造成的影响

在进行船体结构的焊接过程中，通过高强度钢的使用，虽然在一定程度上增强了船体结构的强度，但是对于焊接材料还有热影响区域的材料的疲劳强度没有起到提升作用。要是船体结构中的构件表面加工较为光滑，那么高强度的钢的疲劳强度相较于普通钢的疲劳强度就要高，要是船体结构中的构件表面加工不光滑，那么高强度的钢的疲劳强度相较于普通钢的疲劳强度就会存在一定的差异化。所以，可以通过人工行为来针对相应的缺陷样品进行加工实验。材料强度和疲劳管理的结果如下图所示。

3.高强度钢进行焊接前后的处理

⑴把控好高强度钢的预热温度

在船体结构的焊接工作中，所使用的高强度钢的焊接难度要比普通的钢的焊接难度高，更加会出现脆裂的现象，而且因为高强度钢的允许变量相对较小，在进行生产的时候，大多数的船体结构生产工作都不是在室内开展的，由于外界的气候原因还有温度原因会影响焊接工作，导致焊接温度达不到要求，或者没有进行预热，从而出现裂纹。所以，在高强度钢的焊接工作中，要严格把控好高强度钢的预热温度，当焊接工作周围温度低于5摄氏度的时候，要进行预热处理，预热温度约为150摄氏度左右，预热的宽度使板材厚度的4倍，并且不高于10cm，在进行加热的时候还要避免出现局部过热的状况。当焊接完成后，要进行保温处理，以降低冷却的速度。

⑵把控好焊接变形过程中的矫正温度

在进行纵桁还有纵骨以及肋骨和船体外板、甲板的焊接工作的时候，因为焊缝会有所收缩，焊接完成后船体外板和甲板会有一定程度的变形，所以，船体板材要使用火工进行矫正，将线型把控好。另外，在操作的时候，要严格控制好火工温度，使高强度钢的受热均匀。不同的冷却方式使用不懂的火工矫正温度，温度示例图如下。

结束语

综上所述，船体结构的设计专业性和复杂性较强，使用高强度高用以降低船体结构的重量，所应用的方法和技术都有一定的考究，只有严格进行规范的操作，才能使高强度钢的使用具有实效性。

参考文献

[1]冯海炳,彭元煦.高强度钢在船体结构中应用的工艺探析[J].全文版：工程技术,2016:121.

[2]侯渊,孙柏松.高强度钢在50000 DWT油船船体结构中的应用[J].广船科技,2013(02):29-31+47.

[3]张良涛.高强度钢在船体结构中应用的工艺探讨[J].机电技术,2008(02):77-78.

[4]李勇江;.浅析船体结构焊缝质量要求[C].中国渔船检验60周年论文集优秀论文评选会.农业部渔业船舶检验局,2017.

[5]刘立光[1] 谢志洋[2] 杨文[2].船体主船体结构设计的若干问题分析[J].中国科技博览,2015:247.

[6]章漪云,何晓航.高强度钢在船体结构中的应用探讨[J].船舶,2004(02):30-33.