船舶主船体结构设计过程

摘 要：船体结构设计如同其它的工程设计一样，首先要知道设计应满足那些要求，采用什么方法进行设计。本文就船舶主船体结构设计的若干问题进行分析。

关键词：船舶；主船体；结构设计

引言

对船体结构的设计要求大致包括以下几方面：可靠性，使用性，工艺性及维护性。其中最重要的是可靠性要求，它为船舶执行任务提供一个基础，可靠性规定了结构必须满足的应力，变形，稳定性以及动力特性等要求，目前这些要求主要反映在有关的规范，规则中。他们是根据理论计算分析，并且总结多年来航运经验制定出来，是结构设计的依据，结构设计之前要明确设计的依据。

一、结构设计的要求

对船体结构的设计要求大致包括以下几方面：可靠性，使用性，工艺性及维护性。其中最重要的是可靠性要求，它为船舶执行任务提供一个基础，可靠性规定了结构必须满足的应力，变形，稳定性以及动力特性等要求，目前这些要求主要反映在有关的规范，规则中。他们是根据理论计算分析，并且总结多年来航运经验制定出来，是结构设计的依据，结构设计之前要明确设计的依据。

工艺性主要是考虑设计的结构便于制造，保证质量。限于对钢板弯曲能力，板不要太厚，为了充分利用自动焊机，减少装配最，提商劳动效率，骨材间距不要太小.为降低建造成本，尽量使用轧制型材或标准型材。

使用性主要由船主提出，如舱口尺寸不能太小以免形响装卸效率，客船船体总变形不要太大以免影响旅客的恐慌，这些问题在设计中都应当考虑满足。

设计出满足上述条件的船体结构不是唯一的，衡量设计水平高低主要是建造成本，无论是船主还是船厂都讲究经济效益，所以设计时结构要减少材料消耗，要容易制造。重量减少了，还能相应提高航速.续航力，提高运抽力，所以结构设计要重量、成本两兼顾。

二、结构设计的过程

船体结构是很复杂的，它由许多构件组成，他们相互连接，相互影响，理想的方式是统一设计整个结构，但这是十分困难的，至少目前难以作到，为使设计能够进行，根据各部分结构的作用，以及它们之间连接特点，可把船体分成许多子结构进行设计，如船中纵向结构和横向结构，首和尾部结构，上层建筑等。实际上船检在建造结束时也是分段进行检验的。这些子结构之间互相影响，他们之间的组合决定了船体梁的特征，这些在设计之前虽然是未知的，但都与设计有关。

另外，船体受到载荷也是很复杂的，这不仅是因为海洋波浪的随机性以及对船的动力作用，而且载荷中相当一部分是由结构自身重量产生的，这部分载荷在事先难以准确计算，由于船体结构设计具有这样的特点，它决定了船体结构设计任务是艰巨的，不可能一次完成，整个设计是循环、迭代、由粗到精的过程。

三、船体结构型式

船体结构的基本方式是板和型材的组合，又称板架结构。根据结构所处的位置和做用，人为地把他们分成若干板架，如船底板架，甲板板架，舷侧板架和舱壁板架。由船体梁分析可知，甲板和船底板架相当船体梁的上下冀板，舷侧板架相当船体梁的腹板，他们的做用不同，骨架排列方式也不一样，通常分成纵骨架式和横骨架式结构。一般地说，特别是较大的船，上甲板和船底板架宜于纵骨架式，一方面可以使更多纵向的材料布置在船体梁上下翼板，另一方面可以提高板的稳定性，充分发挥材料的作用。而抵抗总纵弯曲贡献不大的下甲板和舷侧宜采用横骨架式结构，一方面可以有效地承担局部横向载荷，另一方面由于横向骨材高度较小，这样不致于占据过大的舱容。

在纵向结构的装配过程中，有较多的纵向构件要穿越横向构件，在分段合拢时，纵向构件的接口较多，这些都使得纵骨架式结构装配比较困难，所以有些情况下，即使甲板和船底也采用横骨架式结构。对于干货船，上甲板宜于采用横骨架式结构的情况是：

（l）船长小于100米时；船长在100米至130米以内L/D小于12；总弯矩比较小，中刨面模数要求值比较小，局部强度条件成为主要的。

（2）上甲板经常放置货物，因而横向载荷较大，如果采用纵骨架式结构，较大的横梁会影响舱容。

对于船底宜采用横骨架式结构的情况是：（l）船底板架长宽比L/B大于17时。（2）船长小于100米，L/D小于12时，船底外板的厚度不是由强度条件来决定，而是由锈蚀磨损来控制。（3）船的中垂弯矩远大于中拱弯矩。（4） 船底易于搁浅， 或舱内用抓斗起货而舱底无护板时， 船底板厚度主要由磨损来决定。

舷侧结构型式， 由横舱壁间距和甲板到舱底距离而定。一般垂向距离较小宜采用横骨架式. 这对冰区航行尤为重要. 丹东地区冬季常有漂浮冰排， 船舶舷侧结构骨架型式就要考虑这一因素。

四、结构钢材的选择

船体结构材料的选择是结构设计的一项任务， 在设计构件尺寸前就应选择好材料。目前象钢、木材、合金铝、玻璃增强塑料， 钢筋混凝土等都可以用于船体结构， 其中以钢为主。选材时要兼顾结构重量和建造成本， 不仅要广泛选材， 而且要考虑不同材料组合。材料来源， 机诫性能， 工艺性能， 价格等都是选材时要考虑的因素。一般用钢料的屈服极限代表他的强度特性， 但是确定结构尺寸的因素不仅仅是材料的屈服极限. 还有结构的稳定性， 腐蚀余量。小船腐蚀余童较大， 对横骨架式结构的船为提商板的稳定性， 必须增加板厚。当船的尺度比较大， 总弯曲比较严重的情况下， 采用商强度钢材可以降低船体重盆。提高设计水平不仅要依靠船舶理论， 更要善于向经验学习， 充分利用计算机， 因为成功的设计是经验和现代化设计方法的综合体现， 如此方可使结构设计更加合理。

五、结束语

由于我们再设计中严格遵守以上所述的结构设计原则及结构处理工艺，目前没有发现整体或局部振动以及结构安全缺陷。并具有布置合理，舱容利用率高。因此只要我们这几上予以重视，建造质量上加强监督，工艺上认真处理，在结构上会得到一个满意的效果。