船体结构设计研究

[摘 要]在船舶设计行业中，技术工程师往往需要通过多样性的设计探究，开展复杂的船体结构优化，才能够完成船体结构设计创新工作。从船体结构设计工艺优化的角度来看，使用分层设计的方法，有利于提高船舶设计的针对性。对于首楼甲板、尾楼甲板的装甲厚度进行加实，防止水域风浪加大时，出现的甲板破裂现象，从而有效防止水渍漫灌问题的出现。设计者要根据描述结构的外形和尺寸来作为主要的处理对象，设计师们仅仅依靠描述结构的外形和尺寸来完成，不包含设计思想和数据信息规范等，所以在前期不利于对设计模型的修改的检查。

[关键词]船体结构设计 ；问题 ；设计师 ；模块

中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0069-01

前言

在基于安全的情况下，如何快速设计出优秀的船体结构并且实现快速修改，是船舶设计师梦寐以求的目标，针对这个目标的制定，设计师们提出了船体结构的快速设计方案，将知识工程原理和参数化技术相结合，对船体结构的设计做出了研究和分析。

1 船体结构设计中的主要内容

解决船体结构的形式、构构件的尺度和连接的设计问题，使得船体结构具有良好的经济性能和十分有益的强度。船体结构的设计质量的好坏主要从船体结构设计中的安全性和整体性以及经济性等方面来分析。

1.1 船体结构的整体性

船体结构的设计是一个十分复杂的水上工程项目，各种设备和仪器以及结构的布置都和船体结构的设计紧密相关，所以船体结构的设计必须满足船体自身的性能、设备、电气和通风等功能的要求，确保船只的工作性能在各方面都能协调配合、具备良好的工作性能。

1.2 船体结构的安全性

安全问题在任何领域领域都是最重要的问题，船体结构设计应该保证船体结构不会受到各种外力的作用下，具备一定的强度和稳定，不会因为构件强度不足出现失去平衡从而导致结构损坏的情况发生，同时船体结构还必须具有十分良好的防震性能，使其在各种激荡力的作用下，都不会产生较大的振动。

1.3 船体结构的经济性

船体结构在设计的过程中在考虑结构强度和构件的腐蚀和使用以及维修之后，还要力求减少结构的重量和成本的投入，船体结构材料在保障安全性的前提下要适当的选择，使得船体结构本身就具有良好的经济性能。

2 采用先进设计工艺对船体结构进行分层优化

船体结构生产人员，还需要对轮船的主尺度、静水力性能、船舶参数和螺旋桨敞水性能进行控制优化，严格生产环节中的船只性能测试，发现不良问题应该及时采取生产维修措施。根据船底板、内底板、三层甲板、二层甲板到主甲板区域的设计顺序，对船体结构进行设计。对于船体板的设计方式，技术人员可以采用分割设计的方法，确保船体的底部防撞性能提高。

使用双层船体结构，不仅可以显著提高船体结构的稳定性，还能够使用双层底部储存更多的油料。船体设计一般都是由多根较差构件和很多主向梁组成的板架，对于横骨架式的板架结构，使用主向梁（实肋板）作为肋板间距范围内的承重材料。保证船体架构的较差构架只需要承受节点反力。对于纵骨架式板架设计来说，可以通过提高底部结构的载荷效果的方法，利用纵骨传给实肋板，保证交叉构建也只需要承受节点反力。对于舱长很短的船底板架设计（例如舱长与板架计算宽度之间的比值小于 0.8 时），为了更好地确定这种板架中板材的弯曲应力，可以将中板材当做单跨梁进行单独处理。

3 船体结构的优化设计

3.1 船体尺寸的优化设计

尺寸优化是用来修改船体内部各单元之间的基本属性，例如厚度和横截面以及刚度等。某些结构单元的个属性之间可能彼此相关联，例如惯性距、梁的更界面和截面几何等。因此在优化过程中各单元的属性并不一定作为设计变量来进行计算。对船体结构设计分析的问题大多数都将问题归纳与对船体尺寸的设计中，船体结构游蛇设计中尺寸是十分重要的组成部分。例如利用商业软件来对小水线面的双体船结构进行尺寸优化，或者在船体坐墩墩上布局进行尺寸优化，利用分级优化的分式来进行计算。

3.2 船体形状的优化设计

结构形状的优化设计是通过选择描述边界形状的若干参数来作为设计变量，通过特殊的方式来改变这些参数值使其能够确定其本身的形态结构来完成的。在船体的结构设计中，部分部件的边界位置容易因为承受载荷而产生应力集中造成疲劳或者断裂破坏的，造成船体结构的损伤，所以在船体结构的优化设计r要通过寻求良好的边界形状来改变应力的分布。

4 船体结构的设计方法

船舶自身的造价高昂、使用期限长、工作环境十分恶劣。在其使用期间会遇到多种事故，这些事故本身就会对船舶的结构产生各种恶劣的影响，甚至会导致整个船体结构失去工作能力，造成很大的经济损失，降低社会效益，目前船体结构的设计方法主要分为确定性设计法和结构可靠性分析法。

4.1 确定性设计法

船体结构的确定性设计法又可以分为两类，第一类是规范设计法，即根据船体主尺度和结构形式，以及各种营运和施工要求，按照船级社制定的船体建造规范的相关规定来决定构件的布置和尺度的，最后再进行总强度和局部强度的审查，同时还要对结构的稳定性和安全性进行检查，一旦发生任何不足植株，则在原设计方案上进行修改之后在进行局部的加强，指导达到相应的目标。第二类是直接计算法，直接计算法是根据船型和构件布置的不同，来通过规范不可能罗列的全部特征来进行设计的，所以要求设计师具有结构力学的知识，可以按照各种构件和受力情况，直接进行强度的计算。使得船体结构本身就具备良好的力学合理性，而且可以预先选择目标函数，进行优化设计。

4.2 结构可靠性分析法

在船体结构强度的确定性设计方式中，将有关参数都设置为定值。所采用的安全系数都表现为强度的储备，使得人们对结构已经产生了固定的印象，认为结构是绝对安全不会被破坏的，然后，所有船体结构不论哪种船型或者结构形式，都是通过空间的板梁组合结构来完成的，这样的话，当船体结构中的一个构件失去效果之后，内力重新分配。整个结构还能继续工作，只有当相当数量的构建都失效之后，整个构建才会失去效果。这就促使人们去研究船体中某些构件结构被破坏的原因，和损坏后对船体的影响，这样才能形成某种采用概率法对结构进行可靠性的分析和计算。结构可靠性是指结构在规定的时间内和条件下完成预定功能的概率，即达到结构的功能极限状态就可以认定为结构实效，目前我国所采用的是基于概率论的结构可靠性全概率的分析法，还存在很大的局限性。近年来。结构系统风险的评估和决策建议在海洋工程领域以及船舶的应用中正逐步推广，世界上主要的船级都已经制定了合理规范的风险评估方法和文件。

5 结束语

船体结构设计主要是在满足船舶总体性和船舶本身的功能性的前提下，通过结构设计使得船舶在试用期间满足稳定性和刚度、强度的要求，船舶设计的内容决定了其设计任务的繁重程度。目前各国的船舶业之间的竞争十分激烈，世界各国船舶业的生产技术正朝着机械化、自动化和集成化的方向发展。提高船舶结构设计的要求已经成为船舶业十分重要的问题。

参考文献

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