船体结构节点优化设计
船体结构节点优化设计
摘 要：关键词：本文介绍以生产导向思想为指导，和现场之间紧密联系，在施工过程中优化船体结构节点。
生产导向 优化设计 船体结构节点 质量和效率
⑴ 在建模的工作中，不同的设计者对0 前言
上面两种情况有不同的理解，导致在建模船体生产设计的任务之一是将设计、过程中，对同一种情况有不同的处理，见工艺融为一体，把设计、工艺、质量和安图3。
全等要求的工艺信息，生产数据等反映到分段结构图中，作为分段制作的唯一有效依据，在图面上模拟造船，把问题考虑在前面，改善施工条件，以减少船体建造现场工艺的工作量，为提高设计效率和施工效率创造条件。可以说，生产设计既是指导现场施工，又是为现场施工服务，这样一种双重关系处理起来并不容易，所以需要一个思想作为指导。为此，引进“生产导向”这个思想，即重视提高生产效率，降低生产成本，提倡节约性的设计，注重标准化设计。
设计人员拥有丰富的理论知识，施工人员拥有丰富的现场经验。设计人员要主动到现场去了解情况，根据设计要求和现场反馈进行问题分析，遇到特殊的问题必要时要通过实验，从数据理论的高度上对问题进行处理，然后优化船体结构节点，提高施工效率。
1 重视理论探讨优化船体结构节点
在某船节点图册中对结构的偏移形式是两种规定：① 在另一侧没有结构时，肘板偏移6～8mm；② 在另一侧有结构时，肘板不偏移，焊接时开坡口。见图1、图2。
根据现场装配和焊接施工的实际情况，对该节点有以下四点问题进行思考：（广船国际技术中心）
容术昌 朱成平
图1 节点图册肘板偏移
图2 39 000 DWT化学品/成品油轮节点图册
图3 建模不同处理
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容术昌 朱成平：船体结构节点优化设计
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某个肋位上下分段球扁钢不对应，原该处焊角大小、结构强度（满足规范要求因是上面分段的球扁钢进行偏移，肘板没剪切面积和疲劳强度）等有关，不合理的有偏移，而下面分段的球扁钢没有偏移，偏移会产生剪力，对结构强度产生不利影肘板有偏移，这样上下球扁钢不在同一线响并且可能导致结构不能满足焊接的要上，存在剪力。
求。
在底部分段实肋板上的扶材，有的对广船的船舶由于骨材规格偏小，骨材加强筋进行了偏移，有的没有偏移，虽然面板宽度（d）也偏小，生产建造时忽略扭肋板为数控下料，并有结构划线，可在现转力矩的影响，结构的偏移值都按6～场装焊时，工人均按偏移处理，这就很难8mm的范围来取。
保证纵壁上的肘板装焊时肘板①与纵骨之⑵ 结构的偏移只存在于骨材顶死连接间的距离，距离过大则需换板，两结构若的地方，且只相对于端部有角钢或球扁钢重叠则导致该肘板需要现场切割，加大现与之连接的情况，故当扶强材端部削斜时场的作业量。
不应有偏移。
⑵ 所以以上节点图册中所表示的两种⑶ 对于偏移，可以归结为一句话“有情况，并没有完全表示出所有的情形，对肘板则肘板偏移，无肘板则扶材偏移”，不同的情况到底是肘板偏移还是扶材偏然而在现实的设计中球扁钢、扁钢、T型材移，结构在什么时候可以偏移，什么时候若顶死一般都有肘板与之连接，所以上面不能偏移，没有统一的规定。
说的扶材一般就指扁钢，特殊情况例外⑶ 在某些船舶中尤其在客滚船上存在（如图5）。
大量骨材（角钢或球扁钢）的腹板厚度小于10，甚至为7、6的骨材，如『140×7、『120×6，若单纯以偏移一个定值处理，不可避免的出现肘板偏出球扁钢受力作用线的情况，导致在受力时出现扭转力矩，见图4，从而影响局部受力甚至降低局部结构的强度。
⑷ 明确概念并清楚在不同情况的处理方法，对于节点图册上的两种情况的正确的理解应该是：
① 另一侧没有结构的情况
肘板跟纵骨不在同一个平面上时，有⑷ 根据公司目前的情况，肘板下料时两种处理方法减少硬点: 即在肘板下方加骨只在要求深熔焊或全焊透的位置开坡口，材（一般为扁钢，且厚度至少为10）或将对普通的肘板均不开坡口，而现场工人为肘板加长至纵骨跨距，且肘板偏移（如图施工的方便，达到焊接的要求，除特殊说6）。
明外，对肘板均以偏移处理，这就不可避免的出现第三种情况（即出现扭转力矩）的出现。
以上四个问题的解决的办法：
⑴ 结构偏移主要是为了焊接时的方便，节省开坡口的时间。偏移量的大小与
图4 肘板偏移产生扭矩
图5 扶强材连接的肘板偏移
图6 肘板下面有加强不偏移
肘板跟纵骨在同一个平面时，有多种情况，具体见图7。
由于在壁板装配好和焊接完成之后，再装配补板，此时在壁板和平台板之间已经形成了一道焊缝。为了避免补板压到焊缝，需要在补板靠壁板面开坡口后再装配，然后在补板的背壁板面和平台板之间烧角焊（见图11）。
② 另一侧有结构的情况：
背面结构无论是型材还是板材，考虑到两侧结构的对应，肘板都不应该偏移（如图8）。
现场工人觉得原来的工艺过程比较繁琐，因为在组件装配完成后报验一次，等报验合格后，才能进行焊接，然后散件装肘板若一边跟板有对接时，肘板不应配时再报验一次合格后才做焊接，由于等该偏移（如图9）。
待报验的时间比较久，而原来的工艺还需要二次报验，这样的节奏对现场生产效率影响极大，因此，现场工艺采取把补板坡口开在背壁板面，在装配的时候把补板一起装配，进行一次报验合格后，直接完成焊接工作。
了解现场反馈的情况之后，我们对工艺问题和现场做法做了调查和分析，做了以下4点思考：
2联系现场工艺优化船体结构节⑴ 现场希望减少装配、报验和焊接的点
次数，才能够提高生产效率，因此，需要补板在船体设计当中作为散装件进行优化工艺流程。
装配焊接的。在原来的建造工艺过程中，⑵ 原来的建造工艺过程更多的是考虑先装配壁板等组件，然后进行报验，接着到壁板和平台板之间的焊接质量，满足强焊接后进行报验，然后装配补板等散装度要求，而对散装件的焊接考虑较少。目件，然后进行报验，接着焊接散装件后进前，船东对船体结构焊接的质量要求越来行报验（如图10）。
越高的情况下，由于补板的焊接质量而影响到对PSPC的要求的案例也发生过。
⑶ 审视原来的焊接过程，先在壁板和平台板之间焊接形成了一道焊缝，补板开的坡口是否能够刚好和焊缝无隙连接？由于坡口角度的偏差和焊缝大小的偏差，多数情况下都会有一点间隙，这种焊接工艺不能说是十分完善。
图7 不同情况处理办法
图8 对应结构的肘板不偏移
图9 对接板的肘板不偏移
图10 补板安装工艺流程
图11 原补板安装工艺
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（４）现场工艺采取在补板背壁板面开坡
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口，一次烧焊就完成补板和壁板焊接在壁经过测试对比，改进设计之后现场施工的板上，但是焊接的质量有没有问题，壁板生产效率比原来提高将近一半。
和平台的强度是否满足要求，特别是水密3 注重实验得到最佳的船体结构舱壁上是否满足止漏焊段的要求？
节点
以上4点问题的思考，经过理论探讨和研究后，得到了以下的解决方案：
一些标准设计节点，随着船东对造船⑴ 减少现场装配和报验的次数能够极质量的要求日益严格后，原来的一些做法大地提高生产效率，因此，最好能够一次已经不适合当前的质量要求，所以需要改装配，一次报验，一次焊接。原来建造工进原来的标准设计节点，从而方便现场的艺的过程补板角焊和壁板角焊有一段焊缝施工要求，满足船东的质量要求。以下是是在同一位置的，如果这一段焊缝可以一两个通过实验改进船体设计的例子：
次焊接完成，就解决了问题。
⑴ 防倾折边肘板的趾端形式
⑵ 采取现场的工艺，最大的问题是壁防倾肘板的与面板连接的趾端一般离板的焊接质量问题，如果直接采用开坡口空10 mm，进行包角焊，见图13。
的方法，那么壁板和平台板之间的焊接是
不牢固的。所以，在设计补板的时候，采取离空3mm的做法，使焊缝能够连接壁板和平台板，保证焊接的质量（如图12）。
原来的防倾折边肘板是根据防倾肘板的节点，直接倒圆弧后折边而成（如图13）由于现在船东对焊接的质量要求严格之后，对防倾折边肘板的包角焊不太满意，原因是倒圆弧后折边挡住焊接的空⑶ 补板背壁板面开45o的坡口，使壁板间，工人进行包角焊时受到阻碍，影响了的角焊和补板的角焊一次烧焊完成两道焊焊接的质量（如图14）。从现场拍出来的接工作，壁板和补板的角焊成为无间隙的照片可以看出，原来的防倾折边肘板直接焊缝，使焊接工艺更加完善。
倒圆弧后折边，可以包角焊的空间很小，⑷ 壁板和补板重叠的板宽一般是50 焊接出来的效果不理想（如图15）。
mm，在补板离空3 mm后，这一段板宽延长到55 mm，比重叠的板宽多了5 mm，离空的3 mm用于补板和壁板之间做填角焊，使焊接的质量更好。
现在，现场施工是连同补板一次装配，一次报验合格，然后焊接。壁板和平台板焊接那一段和原来一样，壁板和补板重叠那一段采用二氧化碳手工焊，两种焊接工作可以同时进行，一次焊接就完成所有的装配工作。
原来的工艺和改进的工艺
图12 优化后补板安装工艺
图13 防倾折边肘板形状
图14 现场包角焊质量差
对于这种情况，我们考虑有三种方法来解决：① 肘板的趾端垂直延伸10mm，即L垂直底边A且L=10mm，然后再倒圆弧R25起折边；② 肘板的趾端沿着斜边延伸10mm，即L平行斜边B且L=10mm，然后再倒圆弧R25起折边；③ 肘板的趾端沿着斜边延伸15mm，即L平行斜边B且L=15mm，然后再倒圆弧R25起折边（如图16）。
⑵ 数控切割引弧线和长度
现场反馈，由于引弧线和影响，数控套料的零件经常出现割伤的情况，造成零件需要打磨修复，增加了现场的工作量，影响生产节点。出现这种情况的原因是数控切割时，切割枪头在引弧点先要钻开一对于上面三种方法，通过做试验进行个圆孔，该孔直径大约6 mm，零件之间的对比分析：① 第一种方法A2折边肘板折边间距是10 mm，引弧线的长度原来设定为处还是挡住焊接的空间，而且垂直延伸10mm，如果零件的引弧线和另一个零件边10mm与倒圆弧处过渡不光顺，影响质量界相接时，就会割伤另一个零件（见图（见图17）；② 第二种方法B2的效果比20）。
A2好一点，但是还没有完全解决折边挡住焊接空间的问题（见图18）；③ 第三种方法C2比 B2更好，解决了折边挡住包角焊的空间问题，平行于斜边延伸又满足倒圆弧光顺过渡，效果非常理想（见图19）。
通过实验的结果，最终选择了第三种办法来解决问题。后来，船东对焊接质量也十分满意。
解决的方法可以增加零件之间的间距变成12 mm，这样引弧钻孔就要会割伤旁边的零件，但是这个办法带来一个新的问题，就是套料板的钢材利用率将会大大降低。
既然钻孔的直径基本不变的，零件之间的间距又不能更改，只有对引弧线的长
度进行修改。因此，我们制定了三组实验
图16 肘板趾端开状
图17 第一种方法效果图
图18 第二种方法效果图
图19 第三种方法效果图
图20 引弧线太长割伤旁边零件
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图15 包角焊焊接空间小
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的数据，把引弧线的长度修改成6 mm、8 mm、10 mm进行实验。实验结果如下：
⑴ 当引弧线的长度是6 mm时，引弧过程中，由于引弧线过短，切割的过渡区域已经碰到了自身零件（见图21），造成轻微地割伤自己，但是不会割伤旁边的零件（见图22）；
通过上面三个实验，得出结论：6 mm的引弧线会割伤自己，但不会割伤旁边的零件，如果使用6 mm会造成零件次品率达100%；8 mm的引弧线不会割伤自己，但是轻微地割伤旁边的零件，因此只需要通过打磨可以进行补救；10 mm的引弧线由于较深地割伤旁边的零件，需要使用补焊方法来补救，若补救不成功就会造成废品零件。
鉴于8 mm引弧线的效果比较理想，为了达到最佳的设计节点，我们按照上面的实验方法，又进行了7 mm和7.5 mm引弧线的长度实验。实验的最终的结果是取7.5 mm长度的引弧线，在引弧过程中不会割伤自己，旁边的零件几乎看不到割伤的痕迹，所以只需要对某几个零件进行打磨， ⑵ 当引弧线的长度是8mm时，引弧过极大地减轻了现场的工作量。
程中不会割伤自己，但是会轻微地割伤旁4 结束语
边的零件（见图23）；
生产导向思想的引入，改变了船体设计人员原来的设计观念，设计人员根据生产导向来思考优化船体结构的节点，提高了自己的主观能动性，自觉地去研究理论对施工的作用，主动地把现场先进的方法转化成设计理论，认真地通过实验的办法解决现场问题，为提高现场的效率和质量做出贡献。
参考文献
[1] 康友平, 生产导向的船体结构设计。⑶ 当引弧线的长度是10mm时，引弧过[2] 李启光,设计人员培训教材。程中不会割伤自己，但是会较深地割伤旁[3] 常用船体标准手册。边的零件（见图24）；
[4] Tribon M3-User's Guide
图21 引弧线太短割伤自身零件
图22 6 mm引弧线效果图
图23 8 mm引弧线效果图
图24 10 mm引弧线效果图
（收稿日期：2011-10-20）
基于多学科优化的船舶结构设计研究
基于多学科优化的船舶结构设计研究 发表时间：2017-09-21T14:15:44.680Z 来源：《防护工程》2017年第12期作者：叶帆[导读] 满足其实际设计要求，建立健全相关管理机制，合理解决其中存在的设计问题，提高优化设计工作效果。 武汉船舶设计研究院有限公司湖北省武汉市 430000 摘要：在船舶结构设计的过程中，设计者需要积极应用多学科优化设计方式，建立专门的框架体系，在继承有限元建模与分析软件优化技术的支持之下，科学开展船舶设计工作，逐渐提高设计质量与可靠性，增强其工作成效。 关键词：多学科；船舶结构；优化设计 在船舶设计的过程中，设计人员应用多学科优化设计方式，可以有效提高设计工作质量，建立科学的计算结构，对其进行校核处理，应用专门的软件设计技术，明确约束条件，提高结构的耐波性与操控性，满足其实际设计要求，建立健全相关管理机制，合理解决其中存在的设计问题，提高优化设计工作效果。 一、优化设计模型的构建措施 在建立优化设计模型期间，需要对船舱区域结构进行重点分析，主要因为其占有整个船体重量的70%左右，决定着船舶的造价与费用，因此，需要对其进行全面的处理，提高结构设计的优化型，做好区域结构设计工作。 第一，设计模型范围。对于模型范围而言，需要根据船舱实际情况，对其货仓进行划分处理，利用先进的定位技术，明确船舱的各类区域。一方面，需要建设完善的有限元模型，按照工作要求，对其进行优化处理。另一方面，需要建设有效分析区域模型，根据传承的设计要求，对其设计质量进行控制。且在结构优化设计期间，需要对燃油舱与淡水舱等重量进行检验，通过多点约束的方式，对其进行等效划分处理，全面调节空船重量与实体船舱重量之间的关系，及时发现其中存在的差值问题，采取有效措施对其进行改革，以此增强设计成效。 第二，边界条件的明确。设计者需要科学明确边界条件，按照国家《钢制海船入级规范》等条例，对船舱模型进行独立点约束，明确独立点的位置，对其横剖面与轴高速进行分析，提高前后端面约束处理工作质量。 第三，荷载调节措施。为了做好简化设计工作，需要对于船舱的装载情况进行分析，及时发现危险荷载中存在的问题，例如：静水荷载、波浪荷载等，科学计算船舱压力数据信息，以此提高优化设计工作效果。 二、舱段优化设计模型 在结构优化设计的过程中，需要对舱段优化设计模型进行全面分析，在严格控制的情况下，提高设计质量。 第一，设计变量的分析。在多学科优化设计期间，需要利用多个学科对船舶主尺度进行全面的分析，明确结构优化设计要求，在获取相关确定值之后，科学开展设计工作。首先，对于船体而言，可以利用高级强度钢对其进行建造处理，例如：AH32强度钢材料，对于货仓区域而言，需要对其纵向构件进行处理，利用AH36级强度的钢材料开展制作工作，提高优化设计工作质量，增强其工作效果[1]。其次，在有限元软件的限制之下，板单元的应力数据信息分析工作受到广泛重视，需要相关设计者对其设计参数进行全面的处理，在参数改变的情况下，提高系统设计质量。最后，需要对各类板单元的厚度进行控制，根据实际设计情况，对设计方案进行简化处理，在减少计算时间的基础上，提高设计工作效率与质量，满足其实际发展需求。同时，需要规范计算方式，选择离散设计变量开展优化设计工作，提高工作成效。 第二，边界条件的明确。设计者需要科学明确边界条件，按照国家《钢制海船入级规范》等条例，对船舱模型进行独立点约束，明确独立点的位置，对其横剖面与轴高速进行分析，提高前后端面约束处理工作质量。 第三，荷载调节措施。为了做好简化设计工作，需要对于船舱的装载情况进行分析，及时发现危险荷载中存在的问题，例如：静水荷载、波浪荷载等，科学计算船舱压力数据信息，以此提高优化设计工作效果。 二、舱段优化设计模型 在结构优化设计的过程中，需要对舱段优化设计模型进行全面分析，在严格控制的情况下，提高设计质量。 第一，设计变量的分析。在多学科优化设计期间，需要利用多个学科对船舶主尺度进行全面的分析，明确结构优化设计要求，在获取相关确定值之后，科学开展设计工作。首先，对于船体而言，可以利用高级强度钢对其进行建造处理，例如：AH32强度钢材料，对于货仓区域而言，需要对其纵向构件进行处理，利用AH36级强度的钢材料开展制作工作，提高优化设计工作质量，增强其工作效果[1]。其次，在有限元软件的限制之下，板单元的应力数据信息分析工作受到广泛重视，需要相关设计者对其设计参数进行全面的处理，在参数改变的情况下，提高系统设计质量。最后，需要对各类板单元的厚度进行控制，根据实际设计情况，对设计方案进行简化处理，在减少计算时间的基础上，提高设计工作效率与质量，满足其实际发展需求。同时，需要规范计算方式，选择离散设计变量开展优化设计工作，提高工作成效。 第二，约束条件分析。对于约束条件而言，需要参考屈服应力数据信息，对其进行全面的处理，满足相关工作要求。在此期间，需要根据国家规范，对其强度进行计算，如果将刚才的屈服应力条件作为约束条件，就要对其最小值进行计算，获取合理的优化设计成果。同时，在货仓区域优化设计期间，由于材料等级存在差异，系数也会有所不同，因此，在实际设计期间，需要制定针对性的约束条件设计方案，提高优化设计工作的合理性与有效性[2]。 第三，目标函数的分析。对于目标函数而言，在实际分析期间，需要科学设定重量值，对其进行最小化的优化处理，将表达式设置为： ×X2....X6]7 minFX 三、多学科优化船舶结构设计实现措施 （一）工作流程分析 第一，做好准备工作。首先，需要利用相关软件，建立有限元的模型，明确相关材料与各类属性，对荷载问题进行全面的分析与处理。其次，需要对属性进行分析，在强度检验的情况下，生成文件。再次，需要利用计算方式，对文件中的各类数据信息进行全面的计算，以此提高优化设计质量。最后，需要计算质量与应力报告，对各类模型进行分析[3]。
6船舶中剖面结构优化设计
第六章 船舶中剖面结构优化设计 6.1 概述 船舶结构设计通常是从船中剖面设计开始的。中剖面各部分的结构形式、构件尺寸和它们的连接方法，都集中地反映了船舶的结构概貌。船体中部结构是保证其总纵强度的主要部分，也是船体结构重量的主要部分，因此，进行中剖面结构优化设计是十分有意义的。那么，如何运用最优化方法和计算机技术，在保证船体结构必需的强度和刚度情况下，选择最佳的结构方案，使其重量最轻或成本最低呢?这就是本章所要讨论的问题。 本章首先介绍了适用于船舶结构优化问题的混合离散变量的直接搜索法（MDOD 法），接着应用MDOD 法分别讨论了基于“规范”法和直接计算方法的中剖面结构优化设计，并给出了国内外学者（包括编著者）在船舶结构优化设计方面的一些研究成果。 6.2 离散变量的结构优化设计 结构优化设计大体上可分为三个阶段。第一个阶段是建立数学模型，把一个工程结构的设计问题变成一个数学问题；第二个阶段是选择合理、有效的计算方法；第三个阶段是编制计算机程序，进行设计方案的优化计算和评估。 介绍结构优化设计的教材已有一些[1,2]，但由于船舶结构的设计的方法大都是离散的变量, 真正处理起来并不简单。本章将介绍新近发展起来直接处理的混合离散变量优化问题方法[3]。 6.2.1 结构优化的数学模型 混合离散变量优化问题与一般的连续变量优化问题的区别在于，前者的设计变量中既包含有连续变量也有离散变量,而后者只包含连续变量。其数学模型可简单的表达为 min )(X f （6-1） s.t. (X )≤0 j =1,2,3,…,NC g j （6-2） 式中 ub i lb i x x x ≤≤ i =1,2,3,…,NN D T ND D T C D R x x x X X X X ∈==],,,[, ],[21L C T NN N D ND C R x x x X ∈=++],.....,,[21, C D n R R R ×= 其中：x i lb 和x i ub 分别为变量的下界值和上界值，D X 为离散变量的子集合（整型变量可 视为离散变量的特例），C X 为连续变量的子集合。 6.2.2 结构优化的方法
船舶结构图
Unit 1 SHIPS AND SHIPS TERMS SHIP DESIGN AND CONSTRUCTION (general introduction) Basic terms hull superstructure machinery stern bow amidships beam deck engine room propeller shaft bow thruster rudder bulbous bow hold 1 A multi-purpose vessel 2 An oil tanker 3 A container vessel
4 A roll-on/roll-of ship 5 bulk carrier - elevation / profile 6 A bulkcarrier – upper/main deck plan Ships are large, complex vehicles which must be self-sustaining in their environment for long periods with a high degree of reliability. A ship is the product of three main areas of skill, those of the naval architect , the navigating officer (deck officer) and the marine engineer (engineering officer). The naval architect is concerned with the hull, its construction, form, habitability and ability to endure its environment. The navigating officer is responsible for safe navigation of the ship, and its cargo operations. The marine engineer is responsible for the various systems which propel and operate the ship. More specifically, this means the machinery required for propulsion, steering, anchoring and ship securing, cargo handling, air conditioning, power generation and its distribution. There are two main parts of a ship: the hull and the machinery. The hull is the actual shell of the ship including her superstructure,
关于船舶结构优化设计方法的分析
关于船舶结构优化设计方法的分析 摘要：船舶优化设计方法有很多，从经典的优化设计方法到启发式优化设计方法，是从不同的角度采用不同的算法进行设计，船舶结构越来越复杂化，因此设 计者需要明确自身的优势，并且根据市场的需求进行船舶结构的优化设计。 关键词：船舶结构；优化水；方法 前言：船舶结构的优化设计需要满足刚度、强度、稳定性等多方面的要求， 同时也要科学利用数学方法以及计算机编程。在实践过程中，设计者需要掌握更 多的技能，才能真正满足当前船舶优化设计的要求。 一、经典优化设计方法 传统的船舶设计方法主要是针对简单的结构，比如一些规范的公式或者是经 验公式等，设计者一般需要把这些公式编程程序，并且利用准则法一级数学规划 等方式对一些问题采用求解的方式。准则法是根据问题的工程经验等建立的最佳 设计准则，这样就可以构建最优迭代式进行求解。采用物理的方式进行计算，比 较简单，而且结构重分析次数比较少，收敛的速度比较快。船舶工程中经常使用 的准则法有位移准则法、能量准则法等，数学规划化则是将规划论作为基础，然 后具有较好的通用性，能够对不同性质的优化问题进行求解，经典优化算法也具 有比较广泛的用途，但是其中也存在一些问题： （一）准则法缺乏数据理论的基础，收敛性无法有效证明，使用的准则法不 一定能够达到最优的结果，因此在整个优化的过程中也需要设计者进行干预才能 得到满意的结果。数学规划法理论性较强，但是其收敛性无法有效保证，特别是 需要进行大量的计算，因此收敛较慢。 （二）经典优化算法的搜索得了会基于梯度信息的最速下降法，但是在分析 实际的工程问题时，无法有效获取信息，所以导致经典算法在工程上的使用存在 较大的限制。 （三）梯度信息搜素偶的方式，无法有效解决高非线性问题，尤其是无法得 到最优解，这样的话就会在极大程度上影响结果，虽然可以得到局部最优解，但 是不是整体的最优解。而且这一过程也要依赖于初始点，设计者需要不断的进行 分析，通过初始点的计算，会降低工作的效率。 （四）经典优化算法一般可以解决连续变量优化的问题，在船舶结构优化过 程中会出现离散变量优化问题，因此其适应性不够[1]。 二、智能型的优化设计方法 随着技术的不断几部，船舶结构的优化设计也有了新的方法，智能型优化设 计方法就是其中之一。智能型优化设计方法的主要内容是：搜索优秀的相关产品 资料，然后不断的进行整理，将其概括成典型的模式，然后进行关联分析，类比 分析以及敏度分析，进行寻找设计对象以及样本模式间的相似度，差异性和设计 变量敏度等，需要根据某一准则实施的样本模式进行变化，然后可以产生很多符 合设计要求的新模式，最后可以利用综合评估和经典优化的方式进行调参以及优选，最后可以得到一个最优的方案。智能型优化设计方法的优势在于创造性较强，但是也存在一些缺点，比如可靠性不高，因此分析计算其产生的各种性能指标的 过程中，需要注意多目标的模糊评估，如果其中存在一些问题，还是需要依靠经 典优化设计方法来进行参数的调整。 三、启发式优化设计方法 当前船舶行业发展迅速，市场竞争也越来越激烈，因此船舶的大型化也对结
船体主要构件结构图
船舶各部位名称如图所示。船的前端叫船首（stem）；后端叫船尾（stern）;船首两侧船壳板弯曲处叫首舷（bow）；船尾两侧船壳板弯曲处叫尾舷（quarter）；船两边叫船舷（ships side）；船舷与船底交接的弯曲部叫舭部（bilge）。 连接船首和船尾的直线叫首尾线（fore and aft line center line,centre line）。首尾线把船体分为左右两半，从船尾向前看，在首尾线右边的叫右舷（starboard side）；在首尾线左边的叫左舷（port side）。与首尾线中点相垂直的方向叫正横（abeam），在左舷的叫左正横；在右舷的叫右正横。
船体水平方向布置的钢板称为甲板，船体被甲板分为上下若干层。最上一层船首尾的统长甲板称上甲板（upper deck）。这层甲板如果所有开口都能封密并保证水密，则这层甲板又可称主甲板（main deck）,在丈量时又称为量吨甲板。 少数远洋船舶在主甲板上还有一层贯通船首尾的上甲板，由于其开口不能保证水密，所以只能叫遮蔽甲板（shelter deck）。 主甲板把船分为上下两部分，在主甲板以上的部分统称为上层建筑；主甲板以下部分叫主船体。 在主甲板以下的各层统长甲板，从上到下依次叫二层甲板、三层甲板等等。在主甲板以上均为短段甲板，习惯上是按照该层甲板的舱室名称或用途来命名的。如驾驶台甲板（bridge deck）、救生艇甲板（life-boat deck）、等等 。 在主船体内，根据需要用横向舱壁分隔成很多大小不同的舱室，这些舱室都按照各自的用途或所在部位而命名，如图1-18所示，从首到尾分别叫首尖舱、锚链舱、货舱、机舱、尾尖舱和压载舱等。在
《船体结构与制图》课程标准
《船体结构与制图》课程标准 一.前言 （一）课程的性质和作用： 《船体结构与船体图识绘》是船舶工程技术专业的一门核心专业课程，是学生学习船舶工程技术的专业基础课，也是学生职业岗位能力的基本能力训练课程。其功能在于让学生通过一系列船体结构的模型、实船、船体图样的识读及船舶图样的绘制，认识船体结构的形式、构件种类、构件名称，掌握船体制图的有关标准、规则和船体图样的绘制方法，从而具备船体加工与装配、造船生产设计、生产组织与管理等职业岗位所需要的基本能力，为学生顶岗就业夯实基础；同时培养学生认真细致、精益求精的工作作风，并为后续专业课程的学习作好前期准备。 后续课程是“船体放样”、“船体建造工艺”、“船舶质量检验与管理”等。 （二）课程基本理念： 本课程的功能是通过对船体结构和船体制图的基础知识，使学生掌握识读和绘制船体图样的基本技能，和把图纸转化为模型的过程，提高学生船体结构分析能力和识图、制图能力,为学生的后续课程打下坚实的基础，同时也为今后在船舶企业从事船舶生产设计、船体检验、计划调度、编制建造工艺等岗位打下基础，使学生具备胜任船体检验员、计调员、船体工艺员等工作岗位的基本知识和能力。 （三）课程设计思路： 本课程的总体设计思路是以船舶工程技术专业（船体方向）在船体结构的认知及识图、绘图相关工作任务和职业能力分析为依据确定课程目标、设计课程内容，以工作任务为线索构建任务引领型课程。 课程结构以识读和绘制船体图样的任务为线索，以“必需、够用，兼顾发展”为原则，包括船体结构、船体图识读和绘制、船体结构节点的模型制作及型线图、分段结构图等图样的手工及计算机绘制，将船体结构的认识和船体图识读与绘制融为一体，让学生用纸板制作船体结构用型材、板材和结构节点模型，加强对对船体结构的认识，理解船体结构的视图表达，让学生通过识读、绘图等活动，增强各种图样识读和绘制的实践技能，掌握型线图、分段结构图等的手工和计算机绘制方法，形成相应的职业能力。课程内容的选取，围绕完成相应的工作任务，按照培养目标和学生的实际状况，重点突出识读、绘图能力的培养。以工作任务为中心，密切结合专业能力要求，采取课堂教学与现场教学交替的形式，实现教学做一体。积极开发学习资源，为学生提供多种学习媒体与学习机会，教学效果重点评价学生识读、绘制船体图样、船体结构节点的模型制作及型线图的绘制方面的职业能力。 本课程建议课时数为80学时。 二.课程目标 （一）课程总体目标： 通过本课程的学习，使学生在读图、绘图的训练过程中，逐步掌握船体结构的分析能力与识读
船舶结构设计方式及优化分析 邱帜
船舶结构设计方式及优化分析邱帜 发表时间：2019-07-16T09:05:47.510Z 来源：《工程管理前沿》2019年第08期作者：邱帜[导读] 在进行具体的船舶结构优化设计时，必须要与实际工程的特点相符合，同时结合计算机技术、现代数学理论等。武汉船舶设计研究院有限公司湖北武汉 430060摘要：船舶结构设计对船舶的应用性有着很大的意义。船舶结构设计的优化方法主要有经典优化设计的数学规划法、多目标模糊优化设计 法、基于可靠性的优化设计法、智能型优化设计法等。在进行具体的船舶结构优化设计时，必须要与实际工程的特点相符合，同时结合计算机技术、现代数学理论等。 关健词：船舶结构；优化；设计方法 引言 进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律，而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。 1.船舶结构设计的方式 1.1船舶结构设计的设计理念 在设计过程中，由于船舶结构的复杂性，有必要对其设计理念和施工过程中出现的问题进行具体分析。第一要分析船舶运输能力及性能指标。船舶结构的工程量非常大。在正常情况下，它是各种工程建设的基础和综合工作。出于这个原因，船舶的设计过程涉及结构、管系、轮机、电气、舾装等多个专业。因此进行船舶设计时，各专业必须提前做好准备。一方面要分析船舶结构设计和施工过程中的关键点，并针对各关键点制定具体的科学实施方案。另一方面还应设计船舶结构图纸，针对特殊型式有必要与船东方沟通，并按照造船管理的具体过程进行严格管理。这方面主要包括详细设计、生产设计，辅助工装设计，准备工作和管理施工方案。 1.2船体结构设计的设计要求 船体结构的设计必须是可行的，并且应在确保船舶安全的同时进行具体的设计和优化。船舶在海洋中的安全航行是所有工作的重要保证。在设计过程中，必要按照船级设规范要求进行设计，并确保船舶的稳定性。船舶设计时应考虑在航行过程中的海洋环境，气候、水文和极端天气。另船舶的设计需考虑施工的科学性，以方便制造厂进行施工。 船舶结构需有良好的强度和稳性。施工期间必须确保各项材料的质量，例如，船舶构造中使用的板材必须保证强度及机械性能。不能为追求成本而使用有缺陷的材料，导致船舶的安全性降低。在设计过程中，船舶装载能力需高度重视，船舶的舱室和甲板的设计应根据实际装载要求进行优化设计，以便有足够的空间保证人员的生活和货物的装载，同时还应考虑到船员的安全性以及舒适性。 2.船体结构型式 船体结构基础模式属于板以及型材的组合，还可以叫作是板架结构。针对结构处于的地方和功能，手动将其分成几个干板架。例如，船底和甲板板架等。通过分析船体梁，能够清楚甲板与船底板架可以说是船体梁的上冀板和下冀板，舷侧板架则是其腹板。其功能不一样，骨架排列模式不同，一般分为横纵骨架式结构。在纵向结构配置的时候，存在大量纵向构建必须穿过横向构件，在分段合拢过程中，纵向构件有大量的接口，导致纵骨架式结构配置难度较大，因此部分情况下，就算是甲板和船底也应该使用横骨架式的结构。 针对干货船，上面的甲板应该使用横骨架式机构的详细情况为：（1）船只长度不超过 10m 的时候，船只长度在 10m 到 120m，L/D 不超过 11。整个弯矩不大，中刨面模数标准值不大，部分强度要求成为重点的。 （2）上方甲板时常摆放货物，进而横向荷载巨大，若使用纵骨架式结构，相对较大的横梁将会对于舱容造成影响。如图1所示为横骨架式机构图。针对船体应该使用骨架式结构的情况为：（1）船只长度不超过 10m，L/D 不超过 12 的时候，船底外板厚度并不视强度情况确定的，而是以锈蚀和磨损进行掌控。（2）船只中垂弯矩超出拱弯矩较大的时候。（3）船底容易搁浅，或者是舱内使用抓斗起货，同时舱底缺少护板，厚度主要取决于磨损程度。舷侧结构型式，主要是横舱壁之间的距离以及甲板和舱底之间的距离确定的。通常垂向距离不应该使用横骨架式，这对于结冰区域航行十分重要。部分地区在冬天时常存在漂浮的冰排，船只的舷侧结构骨架型式必须充分思考这个因素。 3.船舶板架结构动力优化设计的具体方法
船舶主要构件结构图
船舶主要构件结构图 船舶各部位名称如图所示。船的前端叫船首（stem）；后端叫船尾（stern）;船首两侧船壳板弯曲处叫首舷（bow）；船尾两侧船壳板弯曲处叫尾舷（quarter）；船两边叫船舷（ships side）；船舷与船底交接的弯曲部叫舭部（bilge）。 连接船首和船尾的直线叫首尾线（fore and aft line center line,centre line）。首尾线把船体分为左右两半，从船尾向前看，在首尾线右边的叫右舷（starboard side）；在首尾线左边的叫左舷（port side）。与首尾线中点相垂直的方向叫正横（abeam），在左舷的叫左正横；在右舷的叫右正横。 船体水平方向布置的钢板称为甲板，船体被甲板分为上下若干层。最上一层船首尾的统长甲板称上甲板（upper deck）。这层甲板如果所有开口都能封
密并保证水密，则这层甲板又可称主甲板（main deck）,在丈量时又称为量吨甲板 少数远洋船舶在主甲板上还有一层贯通船首尾的上甲板，由于其开口不能保证水密，所以只能叫遮蔽甲板（shelter deck）。 主甲板把船分为上下两部分，在主甲板以上的部分统称为上层建筑；主甲板以下部分叫主船体。 在主甲板以下的各层统长甲板，从上到下依次叫二层甲板、三层甲板等等。在主甲板以上均为短段甲板，习惯上是按照该层甲板的舱室名称或用途来命名的。如驾驶台甲板（bridge deck）、救生艇甲板（life-boat deck）、等等。 在主船体内，根据需要用横向舱壁分隔成很多大小不同的舱室，这些舱室都按照各自的用途或所在部位而命名，如图1-18所示，从首到尾分别叫首尖舱、锚链舱、货舱、机舱、尾尖舱和压载舱等。在货舱中两层甲板之间所形成的舱间称甲板间舱（tween deck），也叫二层舱或二层柜。
船体结构节点优化设计
船体结构节点优化设计 摘 要：关键词：本文介绍以生产导向思想为指导，和现场之间紧密联系，在施工过程中优化船体结构节点。 生产导向 优化设计 船体结构节点 质量和效率 ⑴ 在建模的工作中，不同的设计者对0 前言 上面两种情况有不同的理解，导致在建模船体生产设计的任务之一是将设计、过程中，对同一种情况有不同的处理，见工艺融为一体，把设计、工艺、质量和安图3。 全等要求的工艺信息，生产数据等反映到分段结构图中，作为分段制作的唯一有效依据，在图面上模拟造船，把问题考虑在前面，改善施工条件，以减少船体建造现场工艺的工作量，为提高设计效率和施工效率创造条件。可以说，生产设计既是指导现场施工，又是为现场施工服务，这样一种双重关系处理起来并不容易，所以需要一个思想作为指导。为此，引进“生产导向”这个思想，即重视提高生产效率，降低生产成本，提倡节约性的设计，注重标准化设计。 设计人员拥有丰富的理论知识，施工人员拥有丰富的现场经验。设计人员要主动到现场去了解情况，根据设计要求和现场反馈进行问题分析，遇到特殊的问题必要时要通过实验，从数据理论的高度上对问题进行处理，然后优化船体结构节点，提高施工效率。 1 重视理论探讨优化船体结构节点 在某船节点图册中对结构的偏移形式是两种规定：① 在另一侧没有结构时，肘板偏移6～8mm；② 在另一侧有结构时，肘板不偏移，焊接时开坡口。见图1、图2。 根据现场装配和焊接施工的实际情况，对该节点有以下四点问题进行思考：（广船国际技术中心） 容术昌 朱成平 图1 节点图册肘板偏移 图2 39 000 DWT化学品/成品油轮节点图册 图3 建模不同处理 4 容术昌 朱成平：船体结构节点优化设计
船体主要构件结构图
船体结构图 船舶各部位名称如图所示。船的前端叫船首（stem）；后端叫船尾（stern）;船首两侧船壳板弯曲处叫首舷（bow）；船尾两侧船壳板弯曲处叫尾舷（quarter）；船两边叫船舷（ships side）；船舷与船底交接的弯曲部叫舭部（bilge）。 连接船首和船尾的直线叫首尾线（fore and aft line center line,centre line）。首尾线把船体分为左右两半，从船尾向前看，在首尾线右边的叫右舷（starboard side）；在首尾线左边的叫左舷（port side）。与首尾线中点相垂直的方向叫正横（abeam），在左舷的叫左正横；在右舷的叫右正横。 船体水平方向布置的钢板称为甲板，船体被甲板分为上下若干层。最上一层船首尾的统长甲板称上甲板（upper deck）。这层甲板如果所有开口都能封密并保证水密，则这层甲板又可称主甲板（main deck）,在丈量时又称为量吨甲板。
少数远洋船舶在主甲板上还有一层贯通船首尾的上甲板，由于其开口不能保证水密，所以只能叫遮蔽甲板（shelter deck）。 主甲板把船分为上下两部分，在主甲板以上的部分统称为上层建筑；主甲板以下部分叫主船体。 在主甲板以下的各层统长甲板，从上到下依次叫二层甲板、三层甲板等等。在主甲板以上均为短段甲板，习惯上是按照该层甲板的舱室名称或用途来命名的。如驾驶台甲板（bridge deck）、救生艇甲板（life-boat deck）、等等。 在主船体内，根据需要用横向舱壁分隔成很多大小不同的舱室，这些舱室都按照各自的用途或所在部位而命名，如图1-18所示，从首到尾分别叫首尖舱、锚链舱、货舱、机舱、尾尖舱和压载舱等。在货舱中两层甲板之间所形成的舱间称甲板间舱（tween deck），也叫二层舱或二层柜。
船舶结构优化设计方法及应用实践微探周琦
船舶结构优化设计方法及应用实践微探周琦 发表时间：2019-02-21T15:44:46.337Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：周琦 [导读] 不论何种船舶结构，其创造性、综合性、经验性都比较强，随着市场经济的转型，科学技术的迅速发展，各行各业逐渐开始创新周琦 上海中远海运重工有限公司上海市 200030 摘要：不论何种船舶结构，其创造性、综合性、经验性都比较强，随着市场经济的转型，科学技术的迅速发展，各行各业逐渐开始创新，船舶制造行业也应该进行创新。在实际中采取何种优化方法，才能获取相应的效果，这就需要结合实际的建造需求，文章主要探讨的是船舶结构优化设计的方式及其应用实践。首先分析了船舶结构优化设计的概述，同时阐述了各类优化设计方式及其应用。 关键词：船舶结构；优化设计；概念；应用 近几年，随着我国市场经济的迅速发展，船舶行业也得到了较好的发展，在科技时代背景下，船舶建造行业也面临着较大的挑战，对船舶的制造速度和制造质量提出了更高的要求。借助何种手段，在确保船舶制造质量的同时，缩减制造速度是当前船舶制造企业首要解决的难题。全球范围内的造船大国，仅创建了大量的数字化造船体系。 1船舶结构优化设计概述 1.1船舶结构优化设计概念 随着船舶行业的不断发展，计算机技术的不断转变，与船舶设计相关的知识、技术也在发生了变化。在船舶设计制造过程中不管应用何种设计方式，首先需要确保船舶使用的安全性、便捷性，进而再追求船舶设计的经济利益，这也是船舶结构设计的原则。对船舶结构设计进行优化主要是为了挖掘更大的经济效益，同时创新船舶设计结构形式，在设计过程中主要包含设计大小、设计外形等信息，追求目标与重量的同时，还需要符合相应的标准，满足相应的约束限制，以此确保在船舶设计过程中，实现动力形态与精力形态的完美结合。 1.2船舶结构优化分类 按照变量属性，将船舶结构优化划分为离散模型、连续模型、混合变量模型。由于船舶制造过程中自身的比较繁琐，在建造过程中包括连续性、离散性，在骨材制造中包含连续性，在钢材厚度、型材上涉及离散性内容，因此，船舶结构优化设计本身属于一项混合优化设计方式。 2船舶结构经典优化设计方式 2.1准则优化设计方式 准则法是在力学相关知识和工程设计相关经验的基础上，创建出来的优化设计方式。这类船舶结构经典优化设计方式，在符合所有约束限制的设计方案内，选择最佳的准则法设计方式。 准则法经典优化设计方法的优点包括：（1）物理层的作用比较清晰，能够更好地开展分析工作；（2）准则法计算方式比较简单；（3）在具体的计算环节里，结构分析的次数较少；（4）计算过程中收敛速度较快，在最初使用传播结构优化设计的时候，这类设计方式得到了广泛的应用。准则优化设计方式的缺点包括：（1）无法确保计算结果的最优化；（2）收敛性难以验证；（3）在优化过程中，设计工作人员需要按照实际状况完成各项工作。 基于准则法的缺点，将其融入了形状优化内，通过实践形状优化设计方式，能够有效避免应力集中问题。若是力学模型中涉及大量的变量，使用这类方法能够简化设计环节。目前，在一般的船舶建造工程内，常见的准则法包括：位移准则法、能量准则法、满应力准则法。 2.2数学规划设计方式 随着准则法的不断发展，相关专家学者对数学规划也展开了探讨，在1970年，相关学者创新了结构优化定义，为规范法注入了活力。通常情况下使用的方式为：单目标排序法、降维法、函数评价法等。在使用过程中是将多个目标进行规范，简化为单个目标，通过优化单个目标进行实现设计方式的优化。 数学规划法是在规划论的基础上存在，由于理论较为全面，因此使用范围也比较广，数学规划法自身还具备一定的收敛性。但是在应用中依旧存在一些缺点，主要包括：（1）计算环境较为复杂、收敛耗费的时间比较长，特别是是在变量较多的情况下，收敛耗时比较明显；（2）在计算上还存在一些隐性缺陷。 针对上述问题，相学者进行了改进，在规范法中融入了准则法的优点，依照力学的特征进行了完善，其完善范围包括：选取显示、导入倒数、制约功能、连接变量等方面，很大程度提升了运算速度。 3船舶与海洋工程结构环境载荷来源以及设计原理 船舶结构在服役期间会受到各种外界环境的激励作用，通过设备与海洋平台的相互作用可以产生多种复杂的环境载荷变化，严重时会导致船舶受损。结合研究的现状来看，船舶与海洋工程结构所受到的外界环境载荷在本质上都属于动载荷的范畴。既然属于动载荷，那么其势必成为结构性能设计的重要指标。在船舶与海洋工程平台的结构设计活动中，除了动力优化本身的特点之外，还需要结合静力优化设计的相关要求与内容，通过理论与方法的融合与创新来实现相应的设计目标。一般来说，频率变化较快且动态特性较为稳定的结构可以实现约束目标的效果，动力响应速度、优化约束效果以及目标的结构动力都将成为优化设计工作的主要目标之一。 4船舶与海洋工程结构振动问题的研究现状 随着船舶工程的不断发展以及船舶与海洋工程结构稳定性研究工作的不断深入，当前许多研究人员与学术人员也将注意力集中在了工程结构的振动方面。其中，张生明等人通过使用流体边界法结合结构有限元的方式对于振动的计算特征进行了分析，同时得到了板架结构的相关参数，包括变长比、边界条件以及阻尼参数等不同的内容。另外，邹春萍等人通过结合流固耦合的技术内容实现了用有限元技术对船舶模态分析与动态数值计算的工作，同样为实现在船舶的设计阶段对船舶结构震动进行预测与评估提供了技术依据。目前，板架结构作为船舶与海洋平台结构应用过程中最为重要的结构形式之一，其在结构动态优化中也逐渐成为了核心实践环节。一些学术研究人员开始考
船体结构图文介绍
3 船体结构 （Construction of Ship Hull ） 船体是由骨材和钢板组合而成的复杂结构体。由于骨材布置的方式不同，形成了不同的船体结构形式。船体结构各部位的作用不同，各个结构的细节也不相同。现将船体进行分解，按各个部位给出结构细节的名称。 3.1 船体结构形式 船体横向布置的骨材间距较小，纵向布置的骨材间距较大，这种船体结构称为横骨架式结构；船体横向布置的骨材间距较大，纵向布置的骨材间距较小，这种船体结构称为纵骨架式结构。船体的强力甲板和船底采用纵骨架式结构，而舷侧和下甲板采用横骨架式结构，这种船体结构称为混合骨架式结构。 图 3.1.1 单甲板横骨架式船体结构 transverse framing system of ○12 ○13 ○15 ○16 ○1 ○2 ○9 ○10 ○11 ○3 ○4 ○ 8 ○14 ○7 ○6 ○5 图3.1.1 单甲板横骨架式船体结构
single-deck hull ○1甲板板decked plate ○2舷顶列板top side plate, sheer strake ○3舷侧外板side plate ○4舭列板bilge strake ○5船底板bottom plate ○6龙骨centerline vertical keel ○7平板龙骨flat keel，plate keel ○8旁内龙骨side keelson ○9梁肘板beam bracket ○10甲板纵骨deck longitudinal ○11肋骨frame ○12强肋骨web frame ○13舷侧纵骨side longitudinal ○14肋板floor ○15横梁beam ○16横舱壁板transverse bulkhead plate ○1○2 ○3 ○4○5○6 ○7 ○9○10 ○8 ○11○12○13 ○14 ○15○16○17○18○19 图3.1.2有二层甲板横骨架式船体结构
关于船舶结构优化设计方法的研究 黄格
关于船舶结构优化设计方法的研究黄格 发表时间：2019-08-05T16:13:21.780Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：黄格 [导读] 随着科学技术在船舶制造中应用的逐渐普及，我国的船舶制造工艺、质量、效率等都有了进一步提高，为海上运输的安全性提供了有力保障。 武汉船舶设计研究院有限公司湖北武汉 430060 摘要：随着科学技术在船舶制造中应用的逐渐普及，我国的船舶制造工艺、质量、效率等都有了进一步提高，为海上运输的安全性提供了有力保障。为了更好地优化船舶内部结构设计，使之更加符合时代的发展需求，就必须要在提高现有优化方法的基础上，重视对新理念、新方法的研究，突破原有技术的局限性，积极开拓创新。 关键词：船舶结构优化设计方法 引言 随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律，而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。 1.船舶结构设计的方式 1.1船舶结构设计的设计理念 对于船舶结构的设计首先就要对其设计理念、建设内容进行具体的分析。这最先要分析船舶将来进行任务的总量。船舶结构的工程量十分巨大，在通常条件下，它是多种工程建设的一个基础性、综合性的工作，为此，船舶的设计过程当中涉及到了一些其它的专业，因此，在进行船舶设计时，一定要做好充足的准备工作。 1.2船体结构设计的设计要求 船体结构设计一定要具备使用性，并且在保障船舶航行安全的情况下，进行具体的外观设计、美化。船舶在海洋当中安全航行是进行一切工作的重要保障，在设计过程中，一定要确保船舶的稳固性，符合力学建设的原理，并且要对海洋环境进行分析，要对航海过程当中的气候、水文条件展开充分的考虑，使其能够更好的对航海过程当中的极端性天气具有足够的准备。设计船舶一定要进行全面性的考虑，实现建设的科学性。 更好的实现结构稳定是设计所需要的技术能力一定要做好配合，在进行建造时一定要保证建造材料的质量。比如，船舶建设使用的板材一定要足够的适应船体的弯曲度，厚度适中。不能为了过度追求成本而使用残次的材质。 设计过程当中必须高度重视设计角度，并且将其充分纳入参考系统当中，船舶的船体、以及甲板等部位的设计一定要按照现实的装载要求进行科学的设计，做到人员以及货物能够被充分的空间所包纳，并且也应该考虑到船舶的安全性以及舒适度。 2.船舶结构经典优化设计方式 2.1 准则优化设计方式 准则法是在力学相关知识和工程设计相关经验的基础上，创建出来的优化设计方式。这类船舶结构经典优化设计方式，在符合所有约束限制的设计方案内，选择最佳的准则法设计方式。 准则法经典优化设计方法的优点包括：（1）物理层的作用比较清晰，能够更好地开展分析工作；（2）准则法计算方式比较简单；（3）在具体的计算环节里，结构分析的次数较少；（4）计算过程中收敛速度较快，在最初使用传播结构优化设计的时候，这类设计方式得到了广泛的应用。准则优化设计方式的缺点包括：（1）无法确保计算结果的最优化；（2）收敛性难以验证；（3）在优化过程中，设计工作人员需要按照实际状况完成各项工作。 基于准则法的缺点，将其融入了形状优化内，通过实践形状优化设计方式，能够有效避免应力集中问题。若是力学模型中涉及大量的变量，使用这类方法能够简化设计环节。目前，在一般的船舶建造工程内，常见的准则法包括：位移准则法、能量准则法、满应力准则法。 2.2数学规划设计方式 随着准则法的不断发展，相关专家学者对数学规划也展开了探讨，在1970年，相关学者创新了结构优化定义，为规范法注入了活力。通常情况下使用的方式为：单目标排序法、降维法、函数评价法等。在使用过程中是将多个目标进行规范，简化为单个目标，通过优化单个目标进行实现设计方式的优化。 数学规划法是在规划论的基础上存在，由于理论较为全面，因此使用范围也比较广，数学规划法自身还具备一定的收敛性。但是在应用中依旧存在一些缺点，主要包括：（1）计算环境较为复杂、收敛耗费的时间比较长，特别是是在变量较多的情况下，收敛耗时比较明显；（2）在计算上还存在一些隐性缺陷。 针对上述问题，相学者进行了改进，在规范法中融入了准则法的优点，依照力学的特征进行了完善，其完善范围包括：选取显示、导入倒数、制约功能、连接变量等方面，很大程度提升了运算速度。 3.船舶结构的完整性检查 船舶的甲板、舷侧及船底骨架无论是在何种结构条件下，都应具备良好的连接性，以便使船体结构整体性完整。对于纵向骨架过舱壁处可以采取以下形式进行良好的衔接：①用有面板或折边的肘板与舱壁或垂直桁（扶强材）连接，肘板直角边长等于骨架高度，厚度和面板尺寸与骨架相同。②将骨架面板在1个肋距内逐渐放宽，至舱壁处为原宽度的2倍，并与舱壁焊接。③骨架在1个肋距内升高至原高度的1.5倍，面板相应延伸至舱壁，并与舱壁焊接。 在船舶骨架上连接有效的框架对整个船体结构的影响非常严重，因此应着重注意避免出现错位、断头或未能有效连接等错误。 主要问题：舱壁两侧的纵向构件不连续；纵向构件在舱壁处终止，形成断面；横向甲板、舷侧骨架与船底实肋板安装错位或没有效连接；纵向构件过舱壁处欠缺加强的过渡区域。
船舶结构设计方式及优化分析
船舶结构设计方式及优化分析 发表时间：2019-04-30T16:18:57.643Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：焦亚东邢海华 [导读] 摘要：改革开发以来，中国经济飞速发展。 上海振华重工启东海洋工程股份有限公司江苏启东 22625 摘要：改革开发以来，中国经济飞速发展。船舶运输业和船舶工程作业作为重要的海上运输途径，船舶设计及建造不仅决定了船舶的整体质量，也决定了海洋运输业的发展和海洋开发的发展。船舶设计及建造是船舶制造的核心步骤，船舶结构的设计与其他工程设计理念类似，我们需要了解使用何种方法来开发设计。 关键词：船舶结构；设计方式；优化分析 引言 在船舶设计及建造中，它包括可靠性，可用性和可维护性等各种特性。最重要的是可靠性。船舶的结构决定了船舶的承载能力，直接影响船体的变形以及质量和动力的稳定性。目前，这一系列要求中大部分都是在相关规范中提出的。船级社及船舶工程师根据具体理论计算，并根据多年的设计及建造经验，制定了一系列造船规范及标准。 1船舶结构优化设计概念 由于造船业的不断发展和不断变化的计算机技术，船舶设计的知识和技术也发生了变化。无论船舶设计和制造过程中采用各种方法，都必须首先确保结构强度，船的使用方便性，然后追求船舶设计的经济效益，这也是船舶结构设计的原则。船舶结构设计的优化不仅促进结构设计创新，而且能提高经济利益。主要设计信息包括设计尺寸和设计形状，以及追求性能目标和控制重量，提高运输及经济效益。船舶结构优化设计需确保船舶的动态和能量形式的完整组合，并满足相应的规范及标准。 2船舶结构设计的方式 2.1 船舶结构设计的设计理念 在设计过程中，由于船舶结构的复杂性，有必要对其设计理念和施工过程中出现的问题进行具体分析。第一要分析船舶运输能力及性能指标。船舶结构的工程量非常大。在正常情况下，它是各种工程建设的基础和综合工作。出于这个原因，船舶的设计过程涉及结构、管系、轮机、电气、舾装等多个专业。因此进行船舶设计时，各专业必须提前做好准备。一方面要分析船舶结构设计和施工过程中的关键点，并针对各关键点制定具体的科学实施方案。另一方面还应设计船舶结构图纸，针对特殊型式有必要与船东方沟通，并按照造船管理的具体过程进行严格管理。这方面主要包括详细设计、生产设计，辅助工装设计，准备工作和管理施工方案。 2.2船体结构设计的设计要求 船体结构的设计必须是可行的，并且应在确保船舶安全的同时进行具体的设计和优化。船舶在海洋中的安全航行是所有工作的重要保证。在设计过程中，必要按照船级设规范要求进行设计，并确保船舶的稳定性。船舶设计时应考虑在航行过程中的海洋环境，气候、水文和极端天气。另船舶的设计需考虑施工的科学性，以方便制造厂进行施工。 船舶结构需有良好的强度和稳性。施工期间必须确保各项材料的质量，例如，船舶构造中使用的板材必须保证强度及机械性能。不能为追求成本而使用有缺陷的材料，导致船舶的安全性降低。在设计过程中，船舶装载能力需高度重视，船舶的舱室和甲板的设计应根据实际装载要求进行优化设计，以便有足够的空间保证人员的生活和货物的装载，同时还应考虑到船员的安全性以及舒适性。 2.3船体结构设计的步骤 首先，准备设计任务书。任务书根据相关技术标准和设计目标构建任务，创建基本设计图，并根据原始计划和设计目标确定所需原材料类型和数量的预估。编制与上述计划所一致的详细目录，保证船舶的主尺度和结构的设计可以如期进行。然后，将进行详细设计，根据基本设计图进行具体的图纸制作，详细设计图纸应满足船舶功能性、安全性、经济性、工艺性的要求。同时根据相关规范标准和船东、船级社意见进行适当的调整。图纸绘制后提交船级社及船东审核。最后，进行生产设计，生产设计根据船厂的生产能力工艺标准进行施工图纸制作。要求设计过程严格按照详细设计选择材料，以及完善设计中发现的不足。生产过程中严格按照图纸进行施工，以满足船舶设计的要求。 3船舶结构设计今后的优化措施 3.1 缩短坞期以及优化遗传模型 有必要对船舶的施工过程进行详细的规划，通过有效的分析完成整船的焊接设计，利用计算机进行仿真，对船舶各部分的制造进行分割，最大限度地提升码头的整体提升效率。并且还要注意要确保坞内的总体吊装的优化，来提高吊装的效率。对于遗传模型，它是基于大量相关数学模型变量而开发得来的，遗传模型的种类可以分为：离散变量模型、连续变量模型和混合变量模型。基于传统模型结构优化设计的缺陷，相关专家学者将生物进化知识与创新遗传算法相结合，并基于船舶结构设计的特点。实验发现，这种类型的遗传算法具有很强的鲁棒性，并且它可以通过目标函数改善先前的时间缺陷，而不需要差分数据。相应的工作由代码集完成，相应的变量关系由二进制表示法表示，有效地解决了设计过程中的连续性和离散问题。遗传模型中进行的异化算子、交叉算子和再生算子的运行方式与生物进化具有相同性，遗传优化的设计方法具有非常好的效果。优化遗传模型对应用和工程方面的重要创新非常重要。 3.2船舶分割的预装配和模糊原理的优化 中大型船舶压载舱的可用空间非常有限，往往距离第一个到最后一个过渡区只有一米。在进行分割设计时，难以更好地进行施工，施工中涉及到的不安全因素，也逐渐增加。因此，有必要高度重视一体化壳体涂层的构造。而说到模糊原理的优化就不得不介绍一下模糊原理了。模糊原理出现在1980年。它是一种基于模糊判断的极限搜索方法。将模糊原理应用于船舶结构优化设计可以有效地解决结构优化问题。使用完全模糊目标原理，阈值用作变量，有效地避免了解决方案下的最大级别方法。解决之后，只需要考虑结构，结构和其他因素，建立一个结合特征权重集和排序的模糊评价方法。在此基础上，确定模糊约束容差值。例如，在计算舱室形状，横舱壁，纵向结构和其他结构时，首先要做的是结合项目的实际情况。清除模糊单元的覆盖范围，然后采用模糊优化来减少原材料的设计方法，实现设计优化。模糊船舶结构优化设计会导致在复杂的设计项目中同时出现多个目标问题。在使用过程中为了扩展了模糊结构优化设计，通常在最大规律的背景下，并结合多目标模糊优化设计方法，实现不同级别目标的约束和模糊性。在应用程序过程中，首先需要创建满足模糊约束的目标子集，然后根据模糊决策将其转换为公共计划，然后求解。在实际应用中，模糊船舶结构优化设计不仅可以满足实际设计要求，而且相关人