鄭文濤

摘 要：在船舶設計行業(yè)中，技術工程師往往需要通過多樣性的設計探究，開展復雜的船體結構優(yōu)化，才能夠完成船體結構設計創(chuàng)新工作。從船體結構設計工藝優(yōu)化的角度來看，使用分層設計的方法，有利于提高船舶設計的針對性。對于首樓甲板、尾樓甲板的裝甲厚度進行加實，防止水域風浪加大時，出現的甲板破裂現象，從而有效防止水漬漫灌問題的出現。設計者要根據描述結構的外形和尺寸作為主要的處理對象，設計師們僅僅依靠描述結構的外形和尺寸來完成，不包含設計思想和數據信息規(guī)范等，所以在前期不利于對設計模型的修改的檢查。

關鍵詞：船體結構設計 ；問題 ；設計師 ；模塊

前言

在基于安全的情況下，如何快速設計出優(yōu)秀的船體結構并且實現快速修改，是船舶設計師夢寐以求的目標，針對這個目標的制定，設計師們提出了船體結構的快速設計方案，將知識工程原理和參數化技術相結合，對船體結構的設計做出了研究和分析。

1 船體結構設計中的主要內容

解決船體結構的形式、構構件的尺度和連接的設計問題，使得船體結構具有良好的經濟性能和十分有益的強度。船體結構的設計質量的好壞主要從船體結構設計中的安全性和整體性以及經濟性等方面來分析。

1.1 船體結構的整體性

船體結構的設計是一個十分復雜的水上工程項目，各種設備和儀器以及結構的布置都和船體結構的設計緊密相關，所以船體結構的設計必須滿足船體自身的性能、設備、電氣和通風等功能的要求，確保船只的工作性能在各方面都能協(xié)調配合、具備良好的工作性能。

1.2 船體結構的安全性

安全問題在任何領域都是最重要的問題，船體結構設計應該保證船體結構不會受到各種外力的作用下，具備一定的強度和穩(wěn)定，不會因為構件強度不足出現失去平衡從而導致結構損壞的情況發(fā)生，同時船體結構還必須具有十分良好的防震性能，使其在各種激蕩力的作用下，都不會產生較大的振動。

1.3 船體結構的經濟性

船體結構在設計的過程中在考慮結構強度和構件的腐蝕和使用以及維修之后，還要力求減少結構的重量和成本的投入，船體結構材料在保障安全性的前提下要適當的選擇，使得船體結構本身就具有良好的經濟性能。

2 采用先進設計工藝對船體結構進行分層優(yōu)化

船體結構生產人員，還需要對輪船的主尺度、靜水力性能、船舶參數和螺旋槳敞水性能進行控制優(yōu)化，嚴格生產環(huán)節(jié)中的船只性能測試，發(fā)現不良問題應該及時采取生產維修措施。根據船底板、內底板、三層甲板、二層甲板到主甲板區(qū)域的設計順序，對船體結構進行設計。對于船體板的設計方式，技術人員可以采用分割設計的方法，確保船體的底部防撞性能提高。

使用雙層船體結構，不僅可以顯著提高船體結構的穩(wěn)定性，還能夠使用雙層底部儲存更多的油料。船體設計一般都是由多根較差構件和很多主向梁組成的板架，對于橫骨架式的板架結構，使用主向梁（實肋板）作為肋板間距范圍內的承重材料。保證船體架構的較差構架只需要承受節(jié)點反力。對于縱骨架式板架設計來說，可以通過提高底部結構的載荷效果的方法，利用縱骨傳給實肋板，保證交叉構建也只需要承受節(jié)點反力。對于艙長很短的船底板架設計（例如艙長與板架計算寬度之間的比值小于 0.8 時），為了更好地確定這種板架中板材的彎曲應力，可以將中板材當做單跨梁進行單獨處理。

3 船體結構的優(yōu)化設計

3.1 船體尺寸的優(yōu)化設計

尺寸優(yōu)化是用來修改船體內部各單元之間的基本屬性，例如厚度和橫截面以及剛度等。某些結構單元的個屬性之間可能彼此相關聯，例如慣性距、梁的更界面和截面幾何等。因此在優(yōu)化過程中各單元的屬性并不一定作為設計變量來進行計算。對船體結構設計分析的問題大多數都將問題歸納與對船體尺寸的設計中，船體結構游蛇設計中尺寸是十分重要的組成部分。例如利用商業(yè)軟件來對小水線面的雙體船結構進行尺寸優(yōu)化，或者在船體坐墩墩上布局進行尺寸優(yōu)化，利用分級優(yōu)化的分式來進行計算。

3.2 船體形狀的優(yōu)化設計

結構形狀的優(yōu)化設計是通過選擇描述邊界形狀的若干參數來作為設計變量，通過特殊的方式來改變這些參數值使其能夠確定其本身的形態(tài)結構來完成的。在船體的結構設計中，部分部件的邊界位置容易因為承受載荷而產生應力集中造成疲勞或者斷裂破壞的，造成船體結構的損傷，所以在船體結構的優(yōu)化設計時要通過尋求良好的邊界形狀來改變應力的分布。

4 船體結構的設計方法

船舶自身的造價高昂、使用期限長、工作環(huán)境十分惡劣。在其使用期間會遇到多種事故，這些事故本身就會對船舶的結構產生各種惡劣的影響，甚至會導致整個船體結構失去工作能力，造成很大的經濟損失，降低社會效益，目前船體結構的設計方法主要分為確定性設計法和結構可靠性分析法。

4.1 確定性設計法

船體結構的確定性設計法又可以分為兩類，第一類是規(guī)范設計法，即根據船體主尺度和結構形式，以及各種營運和施工要求，按照船級社制定的船體建造規(guī)范的相關規(guī)定來決定構件的布置和尺度的，最后再進行總強度和局部強度的審查，同時還要對結構的穩(wěn)定性和安全性進行檢查，一旦發(fā)生任何不足植株，則在原設計方案上進行修改之后在進行局部的加強，指導達到相應的目標。第二類是直接計算法，直接計算法是根據船型和構件布置的不同，來通過規(guī)范不可能羅列的全部特征來進行設計的，所以要求設計師具有結構力學的知識，可以按照各種構件和受力情況，直接進行強度的計算。使得船體結構本身就具備良好的力學合理性，而且可以預先選擇目標函數，進行優(yōu)化設計。

4.2 結構可靠性分析法

在船體結構強度的確定性設計方式中，將有關參數都設置為定值。所采用的安全系數都表現為強度的儲備，使得人們對結構已經產生了固定的印象，認為結構是絕對安全不會被破壞的，然后，所有船體結構不論哪種船型或者結構形式，都是通過空間的板梁組合結構來完成的，這樣的話，當船體結構中的一個構件失去效果之后，內力重新分配。整個結構還能繼續(xù)工作，只有當相當數量的構建都失效之后，整個構建才會失去效果。這就促使人們去研究船體中某些構件結構被破壞的原因，和損壞后對船體的影響，這樣才能形成某種采用概率法對結構進行可靠性的分析和計算。結構可靠性是指結構在規(guī)定的時間內和條件下完成預定功能的概率，即達到結構的功能極限狀態(tài)就可以認定為結構實效，目前我國所采用的是基于概率論的結構可靠性全概率的分析法，還存在很大的局限性。近年來。結構系統(tǒng)風險的評估和決策建議在海洋工程領域以及船舶的應用中正逐步推廣，世界上主要的船級都已經制定了合理規(guī)范的風險評估方法和文件。

5 結束語

船體結構設計主要是在滿足船舶總體性和船舶本身的功能性的前提下，通過結構設計使得船舶在試用期間滿足穩(wěn)定性和剛度、強度的要求，船舶設計的內容決定了其設計任務的繁重程度。目前各國的船舶業(yè)之間的競爭十分激烈，世界各國船舶業(yè)的生產技術正朝著機械化、自動化和集成化的方向發(fā)展。提高船舶結構設計的要求已經成為船舶業(yè)十分重要的問題。

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