船舶首部结构优化设计
船舶结构设计中的优化方法研究
船舶结构设计中的优化方法研究1.材料优化：船舶结构设计中，材料的选择对于船舶的性能和成本有重要影响。
材料的优化方法主要包括研究不同材料的力学性能和耐久性能，针对具体的船舶类型和使用环境，选择最合适的材料。
例如，高强度钢材可以减轻船体重量，提高载重能力；复合材料可以提供良好的耐腐蚀性能等。
2.结构拓扑优化：结构拓扑优化是一种基于数学优化方法的设计方法，通过改变船舶结构的形状和布局，以达到减轻船体重量、提高结构刚度和减小船舶的阻力等目标。
这种优化方法可以通过数学模型和计算机软件来实现，能够在保证结构安全性的前提下，有效优化船舶结构。
3.结构刚度优化：结构刚度是船舶结构设计的重要指标之一、通过优化结构的刚度，可以提高船舶的稳定性和航行性能。
采用结构刚度优化方法，可以通过改变构件的尺寸和形状，来调整船舶结构的刚度。
此外，通过选择合适的支承结构和刚度分布，也可以实现结构刚度的优化。
4.结构疲劳寿命优化：船舶在长期使用的过程中，会受到疲劳破坏的影响。
结构疲劳寿命优化方法主要包括研究结构的疲劳损伤机理、确定结构的疲劳荷载谱以及预测结构的疲劳寿命等。
通过优化结构的设计和材料的选择，可以提高船舶的疲劳寿命，同时减少结构检测和维护的成本。
5.结构安全优化：船舶结构的安全性是设计中的重要考虑因素之一、结构安全优化方法主要包括研究结构的极限状态和破坏机制，通过合理的结构布局、加强关键部位的结构和采用合适的结构连接方式等手段，提高船舶结构的安全性。
总之，船舶结构设计优化方法是为了提高船舶性能和降低成本而进行的研究。
这些方法可以通过数学模型、计算机软件和实验手段来实现。
然而，每种方法都有其优缺点，需要根据具体情况选择最合适的方法。
此外，船舶结构设计的优化是一个复杂的过程，需要综合考虑结构的力学性能、材料的性能、船舶的使用环境和要求等因素，以实现最佳的设计效果。
集装箱船总体设计中的船舶船首设计优化
集装箱船总体设计中的船舶船首设计优化在集装箱船总体设计中，船舶船首的设计优化是至关重要的一环。
船首设计的合理与否直接关系到船舶的航行性能、燃油消耗以及安全性等诸多方面。
本文将从设计优化的角度，探讨集装箱船总体设计中船首设计的重要性，并就如何进行船首设计优化进行深入分析。
首先，船舶船首的设计优化对航行性能有着重要影响。
船首的形状和曲线直接决定了船舶在水中的阻力大小，进而影响了船舶的航行速度和稳定性。
一个良好设计的船首能够减小水阻，提高航行速度，降低能源消耗，从而达到节能减排的效果。
因此，在集装箱船总体设计中，通过对船首的形状、倾斜度、曲线等方面进行优化，可以有效提升船舶的航行性能。
其次，船首设计的优化还关系到船舶的燃油消耗。
随着航运行业的发展，节能减排已经成为了船舶设计的重要考量因素之一。
而船首作为船舶的前端，直接影响了船舶在航行中的阻力大小。
通过优化船首的设计，减小船舶的水动力阻力，可以有效降低船舶在航行中的燃油消耗，达到节能减排的目的。
最后，船首设计的优化对船舶的安全性也具有重要意义。
船首的设计不仅影响了船舶的航行性能和燃油消耗，还直接关系到船舶的稳定性和抗风浪能力。
一个合理设计的船首能够减小船舶在恶劣海况下的受力，提高船舶的稳定性和安全性，保障船员和货物的安全。
因此，在集装箱船总体设计中，船首设计的优化是确保船舶安全航行的重要保障。
综上所述，集装箱船总体设计中船首设计的优化至关重要。
通过优化船首的形状、倾斜度、曲线等方面，可以提高船舶的航行性能，降低燃油消耗，提升船舶的安全性，实现节能减排的目标。
因此，在集装箱船总体设计中，应当充分重视船首设计的优化，为船舶的安全航行和经济运营提供有力保障。
船舶结构设计中的载荷分析与优化设计
船舶结构设计中的载荷分析与优化设计一、背景船舶是作为海上运输工具的承载体，需要在水下和水上生活环境中保持稳定的船体结构，以保证航行的安全和船舶的寿命。
因此，船舶结构设计中的载荷分析和优化设计显得尤为重要。
二、载荷分析船舶的载荷通常包括静载荷和动载荷两种。
静载荷主要指船舶自身的重量和货物的重量等固定载荷，而动载荷则包括波浪、风力、液压力等变化的载荷。
载荷分析的主要目的是确定船体结构的承受力和稳定性，以满足航行的要求。
1.静载荷分析静载荷分析是在船舶设计初期进行的，其主要目的是确定船舶自身的重量和船载荷的分布情况，以确定船舶的稳定性和航行性能。
静载荷主要包括以下几个方面的分析：（1）船舶自重分析：船舶的自重主要由船体结构、舱壳、船舱设备等组成。
通过计算这些结构的重量、体积，可以确定船舶自重的分布情况。
（2）货物重量分析：船载货物的种类、数量、重量等都会对船舶的稳定性和承受力产生影响。
因此在设计船舶时需要对各类货物的重量进行分析。
（3）油料重量分析：油料是船舶的重要能源，而不同的油料种类和数量会对船舶的重心位置产生巨大差异。
因此，设计船舶时需要对油料的种类、数量及其分布进行分析。
（4）悬挂件分析：不同的吊装设备会对船舶的结构和稳定性产生巨大影响。
因此，在设计船舶时也需要对悬挂件的种类、数量及其分布进行分析。
2.动载荷分析动载荷分析的目的是为设计师提供关于特定航行条件下船舶如何承受变化载荷的数据。
在船舶设计中，最常见的两种动载荷是波浪和风力。
波浪造成的负荷通常被描述为与振动频率和波浪形状有关的未知变量，需要特殊的计算方法来确定。
同样，风力的大小和方向也会对船舶的承受力产生影响。
三、优化设计在载荷分析的基础上，优化设计可以有效提高船体的强度和航行性能。
优化设计主要涉及以下几个方面：1.结构设计优化结构设计优化是指通过充分考虑船舶载荷情况来改变船体结构形式和尺寸，以达到船体强度和稳定性的最优结果。
2.材料选择优化材料选择优化最终目的是选择最经济、最适合船舶的材料，以满足船体结构的要求。
试析船舶结构设计方式及其优化
试析船舶结构设计方式及其优化船舶结构设计方式及其优化主要涉及船舶的结构设计原理和方法，以及通过优化设计提高船舶结构的安全性、寿命和性能等方面的问题。
船舶结构设计方式可以分为传统设计方法和现代设计方法两种。
传统设计方法主要是基于经验和试错的方法，通过参考以往的经验和实践，来设计出合适的船舶结构。
这种方法在船舶设计领域有着长期的应用和积累，可以快速有效地完成船舶结构设计。
然而，传统设计方法存在一些问题，比如设计流程复杂、效率低下，无法全面考虑到各种复杂的力学和环境因素对船舶结构的影响等。
现代设计方法则主要依靠计算机辅助设计软件（CAD）和有限元分析软件（FEA）等工具，以数值模拟和优化算法为基础，通过数学模型和仿真实验，来进行船舶结构设计和优化。
现代设计方法具有较高的精度和效率，并可以全面考虑到各种因素对船舶结构的影响。
此外，现代设计方法还可以进行多目标优化，综合考虑结构的轻量化、强度、舒适性、节能性等多个指标，并找到最佳的设计方案。
船舶结构的优化设计主要包括以下几个方面：1.结构轻量化：通过降低结构的重量来提高船舶的载重能力和性能。
轻量化设计可以从材料的选择、结构的布局和形式等方面入手，通过优化设计减少结构的重量，同时确保结构的强度和刚性满足要求。
2.结构强度优化：通过合理的结构布局、合理的材料选择和合理的结构设计等方式，提高船舶结构的抗弯、抗扭和抗疲劳等强度指标，以增强船舶的结构安全性和耐久性。
3.结构舒适性优化：船舶结构舒适性是指减小船舶在航行过程中受到的振动和噪声等不良影响的能力。
通过优化设计船舶的结构材料、结构布局和减振措施等，可以降低船舶的振动和噪声水平，提高船员和乘客的舒适性。
4.结构节能优化：船舶的结构设计也可以影响船舶的能源消耗和航行性能。
通过优化船舶的流线型、减少阻力、提高推进效率等，可以降低船舶的能耗，提高船舶的航行速度和经济性。
综上所述，船舶结构设计方式及其优化是为了提高船舶的安全性、寿命和性能等方面的问题进行研究和实践的重要领域。
船舶结构优化的基本要求与设计方法
船舶结构优化的基本要求与设计方法摘要：船舶结构升级的目的是为了确保船舶的物理性能，降低边际效益，提高应用性能，提高使用性能。
起重原理是找到结构尺寸和结构更匹配的布置。
边际效益的降低并不是为了以劣代优，而是为了寻找一种更合适的以经济价格替代结构性条款的方法。
优化目标是在保证原有优势的前提下，提高船舶结构的刚度和强度，保证其可靠性，保证工作频率。
将计算机分析与仿真相结合的方法应用于船舶结构的优化设计中，改进后的外观效果将是原来的一半，而且是原来的两倍。
人工智能数据管理系统的技术集成已应用于船舶智能结构设计，取得了重大突破。
关键词：船舶结构优化；基本要求；设计方法1船舶结构优化的基本要求船舶结构升级必须考虑应用要求。
同时，应在确保船舶安全运行的前提下，对船舶外观进行相应的设计和装饰。
对于船舶航行，首先要保证的是安全系数。
因此，在吊装船舶结构时，必须保证其结构的稳定性，以满足结构力学的基本原理。
此外，还需要全面解读船舶航行的自然环境，考虑航行中的水文、水利、温度等因素，确保能够有效应对航行中的恶劣环境。
在船舶结构升级过程中，必须进行系统的考虑，以确保结构的合理化。
船舶结构稳定，设计过程中必须采用先进技术；此外，在船舶生产过程中，必须确保船舶的原材料符合要求。
例如，只有为生产船舶而选择的板材必须满足船舶的弯曲要求，并确保厚度合适。
不允许选择质量不合格的原材料，以过度操纵成本。
在船舶结构升级过程中，解决方案设计的视角备受关注，同时也被纳入参考体系。
对于主甲板、船体等部件的设计，必须根据具体的安装要求进行有效的设计，以确保有货运人员和足够的室内空间。
此外，还需要高度重视船舶的舒适性和安全性。
2船舶结构优化设计中的关键环节2.1纵横向构件为了保证船舶结构的抗压强度和刚度，顶罐、底罐等部位将采用高强度箱三角结构，双底结构设计方案能够满足船舶结构抗压强度的要求。
对于单壳船，有必要重点关注布局优化设计等方面。
大多数船舶在双层底层结构中选择纵向框架式总体设计方案。
船舶首部结构优化设计
按公式 (2) 进行了列表计算并根据计算
得出的 Z 值选取型材 ,整理得到表 1。
表 1 纵骨架式首部纵骨模数与实取型材
模数Βιβλιοθήκη 名称位置 (肋位) Z(cm2)
实取构件 (型材)
SL - 2A FR177 - FR179 223 L200 ×90 ×8/ 14 (Z = 331)
水线
SL - 3 FR149 - FR153 223 L2000 ×90 ×8/ 14 (Z = 331)
(cm3 )
规格
首 1015 平台至 FR172 - FR179 238513
15 ×460
尖 上甲板
18 ×190
舱 1015 以下 FR172 - FR179 788133 L350 ×90 ×11/ 70
上甲板至主甲板 深
舱 上甲板至深舱顶
FR158 - FR172 FR158 - FR172
件则是按局部强度来设计 。当前船舶结构优 化设计 (不管是按规范进行设计 ,还是进行三 维有限元计算分析) , 它是以规格书 、规范及 强度 (刚度) 标准为约束条件 , 以结构重量最 小 (或造价最低) 为目标 ,在首先确定某一种 结构形式下 ,把构件的尺寸当作为设计变量 , 然后去寻找一组尽可能小的船体构件之尺 寸 ,以达到船体结构重量最轻 (造价最低) 的 目的 。也就是把结构优化设计的数学命题为 : 求解结构重量 (造价) 为最小的目标函数极 值 ;把构件的尺寸 (如纵骨 、纵桁 、外板 、甲板 等) 当作设计变量 ,而把结构形式仅仅是当作 设计参数 (先确定了一种的结构形式) 去进行 优化设计工作 。现在 ,我们所研究的船首区域 结构优化设计的着眼点 ,不仅把构件尺寸当 作设计变量 ,而且把结构形式亦作为设计变 量加于研究 ,研究船首部区域采用什么样的 结构形式 ,才能使结构重量最轻 。根据优化设 计的广义的定义 ,只要有不同的方案存在 ,就 存在着优化问题 。我们以一艘最近在广船国 际设计与建造的滚装船为对象 ,分别按《规 范》设计成两种不同的结构形式 ———纵骨架 式与横骨架式 ,然后 ,对这两个不同的方案进 行比较 ,以达到首部区域结构优化的目的 。另 外 ,我们不仅把重量 (造价) 最小作为优化设 计的目标 ,而且把船舶的寿命最长 (最不易锈 蚀) 亦作为优化设计的目标函数 (目的) 来研 究 。分析船舶的锈蚀与结构的强度的关系 ,扩 大优化设计的目标函数的研究范围(锈蚀) , 增加设计变量的种类 (骨架形式) ,把船首部 的锈蚀与球鼻首的造型及首部的结构强度结 合起来分析研究 。
船舶工程中的船体结构优化设计指南
船舶工程中的船体结构优化设计指南船体结构在船舶工程中起着至关重要的作用。
它不仅为船舶提供了必要的稳定性和强度，还承载着各种载荷和海况条件下的振动和荷载。
为了确保船舶的安全性、可靠性和经济性，船体结构的优化设计非常关键。
本文将介绍船舶工程中船体结构优化设计的指南，以帮助设计师更好地完成其工作。
首先，船体结构优化设计中需要考虑船舶的运营需求。
船舶的用途和运营条件将决定船体结构的设计要求。
例如，不同类型的船舶可能需要不同的甲板布置、侧壁高度和舱室排列等。
因此，在开始优化设计之前，设计师需要与船主和操作人员充分沟通，了解他们的需求和运营要求。
其次，船体结构优化设计需要考虑船舶的稳定性和强度。
船体的稳定性是指船舶在水中保持平衡的能力，而强度则是指船体能够承受各种荷载和环境条件的能力。
在进行船体结构的优化设计时，设计师需要确保船体的重心位置合理，以提高船体的稳定性。
此外，设计师还需要根据船舶的载荷情况和运营环境，选择合适的材料和结构形式，以提高船体的强度。
第三，船体结构优化设计还需要考虑船舶的航行性能。
船体结构的优化设计应该能够提高船舶的航速和航行稳定性。
在设计过程中，设计师可以通过减少船体的阻力，改善船舶的航行性能。
船体的减阻设计可以通过优化船体的外形、减少船体的湿表面积和优化船舶的尾流等方式来实现。
第四，船体结构优化设计还需要考虑船体的可维修性和可维护性。
船舶在使用过程中，可能会受到各种外部因素的影响，例如碰撞、腐蚀等。
因此，在船体结构的优化设计中，设计师需要考虑船体的维修成本和维护难度。
船体结构的设计应该便于维修和维护，以降低维修成本和提高船舶的可靠性。
最后，船体结构优化设计还需要考虑船舶的经济性。
经济性包括船体结构的造价和船舶的燃料消耗等方面。
在设计过程中，设计师应该根据船舶的经营需求和预算限制，选择合适的船体结构形式和材料，以达到经济性的要求。
总之，船舶工程中船体结构的优化设计是一项关键任务。
设计师需要考虑船舶的运营需求、稳定性和强度、航行性能、可维修性和可维护性以及经济性等多个方面。
船舶结构强度分析及优化设计
船舶结构强度分析及优化设计船舶，是沉浸在海洋中的移动性建筑物，其结构强度的分析和优化设计是保证其安全性的关键。
本文将从船舶结构的发展历程、强度分析的步骤和方法、在优化设计中如何应用结构分析等方面进行探讨。
一、船舶结构的发展历程船舶结构的发展历程可以追溯到古代文明时期，中国南方古代船舶厂遗址就证明了古代船舶结构的科学性和技术精湛性。
随着人类的发展，航行时间、航行范围、航行速度等不断提高，船舶结构的强度需求也日益增加。
19世纪初期，船体主要采用木材构成，但当时的木制船只重心过高、抗风性能差、耐久性低等问题逐渐显现。
后来随着钢铁工业的发展，船舶材料演变为钢铁材料，这使得船舶的结构强度得到了极大的提高。
二、船舶结构的强度分析步骤和方法船舶结构的强度分析步骤主要包括载荷计算、结构计算和校核分析。
其中载荷计算是指对船舶在不同航行状态中的外力进行计算，如风力、水力、波浪力、排水力等等，这些外力将对船舶结构产生巨大的影响。
结构计算是指对船舶的各个部分进行计算，如船体、主机房、上层建筑等，以确定各部位的受力情况。
校核分析是指对各个部分的受力情况进行评估和比对，使其满足船级社要求的规范和标准。
在强度分析中需要考虑到船舶腐蚀、疲劳损伤、开裂以及爆炸等突发情况的处理。
船舶结构的强度分析方法主要包括有限元法、有限差分法、刚度法、试验分析法等。
在其中有限元法是目前应用较为广泛的方法之一，其基本理论是将结构分割成若干小块，利用力学原理计算其各个分块的内应力和变形情况，以达到预判属于何种应力状态、哪些部位可能会产生破坏、哪些部位应当加强等目的。
三、在优化设计中如何应用结构分析船舶的优化设计除了要符合船级社的规范以外，还需要考虑到航行稳定性、运载能力、动力性能等方面。
在结构分析中，可以通过对各个部位的分析、对各种力的分析以及应力应变的估算等一系列操作，确定不同材料的使用范围、决策载货量和速度等。
在优化设计中，还需要结合人工智能等技术，进行复杂的数据计算和分析。
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罗展贤
戎嘉隆
(广船国际船舶设计室) (广州远洋运输公司船技处)
提 要 : 根据船舶使用周期不断缩短的 严重现象出发 , 提出在结构优化设计中应把 船体结构的骨架形式作为一个设计变量来加 以研究 , 作者分析了船舶的首部锈蚀与船舶 的结构形式 、首部的形状 (线型) 、构件的强度 等之间的关系 ;指出 :船壳出现“瘦马形”之地 段 ,都是锈蚀严重之地 ;内应力大 (或高应力) 的地方 ,其锈蚀就特别严重 ;产生集中应力的 构件必然会锈块斑斑 。
水线 FR156 - FR172 519 L250 ×90 ×11/ 16 (Z = 526)
FR173 - FR175 192 L200 ×90 ×8/ 14 (Z = 331)
SL - 7 FR149 - FR153 416 L250 ×90 ×9/ 15 (Z = 478)
水线 FR157 - FR168 470 L250 ×90 ×11/ 16 (Z = 526)
选择重量最小的结构形式 。
311 首部波浪冲击压力 ( PSL) 计算 根 据 DNV 规 范 第 三 篇 第 一 章 第 七 节
E300 ,首部受波浪冲击压力计算公式为 :
P SL = C( 212 × 115tanα) ( 014VsSinβ + 016L) 2( kn/ mm2) ……( 1)
187811
15 ×460
18 ×190
55114 L300 ×90 ×10/ 16
上甲板至主甲板 FR144 - FR158 136214
12 ×400
货
15 ×140
舱 主甲板以下 FR144 - FR158 147311
12 ×400
15 ×16
图 2 纵骨架式 (a) 与横骨架式 (b) 的外板展开及其结构布置示意图
我们将上述两种不同的结构形式 ( 纵骨 架和横骨架) 的构件重量进行计算并将其进 行比较见表 3。
பைடு நூலகம்
其中 :CW = 018611 ;
Vs = 1815 ;
d = 514 ;
c = 0118( CW - 015ho) ;
Cmax = 110 ; 对吃水 5m 至 12m 之间五条水线与首部
区域的肋骨 ( FR148 - FR181) 的相交点之中 ,
针对其中的 119 点的压力进行了列表计算 。
最后 ,我们根据计算所得的值设绘了波浪压
横骨架式首部区域的外板骨架 ,同样必 须能承受波浪冲击压力 ,舷侧肋骨必须满足 DNV 规范所规定的最小剖面模数 ;即肋骨的 剖面模数 Z 应不小于公式 (2) 所计算所得的 值 。不过 ,公式中的纵骨间距应改为主肋骨的 间距 ;纵骨的跨距改为主肋骨的跨距即 :
Z = ( 012 ×1 ×S ×PSL ×Wk) / f 1 ………( 2) 其中 : 1 ……为横肋骨跨距 ( m) ;
s ……为横肋骨间距 ( m) Wk - = 1 ……为腐蚀系数 ;
f 1 - = 1 ……为材料系数 PSL ……为首部波浪冲击压力 ( kn/ m2) 我们按公式 (2) 进行了列表计算 ,根据计 算的结果选取型材得表 2。
表 2 横骨架式首部肋骨模数及实取型材
舱
位
置
模数 实取型材
名 平台之间
肋位
的线形外飘角较大 ,而且航速较高 ,因此 ,首
部舷侧结构必须能承受波浪冲击压力的要
求 。当前 DNV 船级社及 LR 船级社对此都作
了明确的规定 ,必须对首部舷侧骨架与外板
进行强度校核 。
该船无需冰区加强 ,船首舷侧外板所受
的外载荷有 :舷外海水的静压力 、压载水舱
内的动压力和静压力 、波浪的冲击压力 。我
图 1 首部区域外板上的波浪压力分析
2 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
船舶首部结构优化设计
312 按纵骨架式进行设计 ———计算决定构 件尺寸
按 DNV 规范要求首部区域的纵骨 ,为了
2 首部区域结构化设计研究的着眼点
船舶的结构设计中 , 船舯 014L 范围内 的纵向构件是由总纵强度来决定 , 而首部区 域 (即由首垂线向尾 013L 船长范围内) 的构
《广船科技》2000 年第 4 期
1
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SL - 10 FR153 - FR156 247 L250 ×90 ×9/ 15 (Z = 478)
水线 FR164 - FR168 478 L250 ×90 ×9/ 15 (Z = 478)
SL - 12 FR156 - FR158 234 L250 ×90 ×11/ 16 (Z = 526)
水线
按公式 (2) 进行了列表计算并根据计算
得出的 Z 值选取型材 ,整理得到表 1。
表 1 纵骨架式首部纵骨模数与实取型材
模数
名称
位置 (肋位) Z(cm2)
实取构件 (型材)
SL - 2A FR177 - FR179 223 L200 ×90 ×8/ 14 (Z = 331)
水线
SL - 3 FR149 - FR153 223 L2000 ×90 ×8/ 14 (Z = 331)
当前在船舶的结构设计中 , 对船舶的部 区域已经采取了许多相应的加强措施 。各国 船级社的规范也特别规定了在首尖舱需设 置间距不大于 2m 的强胸横梁或间距不大于 215m 的平台 ;球鼻首内的前端需设置间距约 1m 水平隔板 ; 每隔 5 个肋位需设置强肋骨 ; 如果首部的宽度大于 015B 时 (B 为船宽) ,在 船体中心处还需设置制荡舱壁等 , 从而导致 目前设计的船舶首部区域的结构极为复杂 , 已成为船体建造中最难施工的区域之一 。然 而 , 我们为了解决首部区域出现的“瘦马形” 和首部区域的锈蚀问题 , 结构势必还要进行 加强 。因此 ,如何才能使首部区域的结构 ,设 计得最轻 , 且又不易生锈 , 以延长船舶使用 寿命之目的 , 已成为我们结构优化设计的研 究课题 。
件则是按局部强度来设计 。当前船舶结构优 化设计 (不管是按规范进行设计 ,还是进行三 维有限元计算分析) , 它是以规格书 、规范及 强度 (刚度) 标准为约束条件 , 以结构重量最 小 (或造价最低) 为目标 ,在首先确定某一种 结构形式下 ,把构件的尺寸当作为设计变量 , 然后去寻找一组尽可能小的船体构件之尺 寸 ,以达到船体结构重量最轻 (造价最低) 的 目的 。也就是把结构优化设计的数学命题为 : 求解结构重量 (造价) 为最小的目标函数极 值 ;把构件的尺寸 (如纵骨 、纵桁 、外板 、甲板 等) 当作设计变量 ,而把结构形式仅仅是当作 设计参数 (先确定了一种的结构形式) 去进行 优化设计工作 。现在 ,我们所研究的船首区域 结构优化设计的着眼点 ,不仅把构件尺寸当 作设计变量 ,而且把结构形式亦作为设计变 量加于研究 ,研究船首部区域采用什么样的 结构形式 ,才能使结构重量最轻 。根据优化设 计的广义的定义 ,只要有不同的方案存在 ,就 存在着优化问题 。我们以一艘最近在广船国 际设计与建造的滚装船为对象 ,分别按《规 范》设计成两种不同的结构形式 ———纵骨架 式与横骨架式 ,然后 ,对这两个不同的方案进 行比较 ,以达到首部区域结构优化的目的 。另 外 ,我们不仅把重量 (造价) 最小作为优化设 计的目标 ,而且把船舶的寿命最长 (最不易锈 蚀) 亦作为优化设计的目标函数 (目的) 来研 究 。分析船舶的锈蚀与结构的强度的关系 ,扩 大优化设计的目标函数的研究范围(锈蚀) , 增加设计变量的种类 (骨架形式) ,把船首部 的锈蚀与球鼻首的造型及首部的结构强度结 合起来分析研究 。
们对上述外载的计算结果进行了比较 ,得出
波浪的冲击压力为最甚 ,故我们首先按 DNV
规范计算舷侧处不同点所受的波浪冲击压
力 ( PSL) 。然后 ,根据各点的压力 ( PSL) 按纵骨 架与横骨架两种结构形式计算出构件所需
要的剖面模数 ,再根据计算所得的模数决定
构件尺寸的大小 ,最后 ,两者加于比较 ,从中
本文通过滚装船首部的纵骨架式和横骨 架式两种设计形式的比较 , 前者构件不仅轻 了 2814 % ,并能抵抗船首“瘦马形”的发生 。
关键词 : 船舶结构设计 结构优化设计 船舶锈蚀 船舶寿命
1 课题的提出
从航运部门对船舶使用情况的反映 , 首 部的外板常出现垂向“瘦马形”(永久变形) , 外壳和内部结构锈蚀特别严重 ;新船因腐蚀 , 导致使用年限不断缩短 ; 我们认为不管首部 结构所出现的变形 ,还是锈蚀现象 ,它都与作 用在船舶首部的外力有关 。船的首部不仅线 型变化大 , 而且所受的外载极为复杂 , 例如 : 在空船压载状态下航行 , 首部船底将受到海 浪的拍击 ,因此在船首底部外扳及其骨架(肋 板 、纵骨 、纵桁) 均需作特殊加强 。船舶往往 需要在冰带区航行 , 那怕是最低一级的冰区 加强 , 其首部区域的舷侧外板 (冰带区范围) 必须加厚 , 而且要在冰带区范围内增设中间 肋骨 (即在主肋骨之间需要增加一根肋骨称 中间肋骨或要求在纵骨与纵骨之间增加一根 纵骨称中间纵骨) 。如果首部线型外飘大或
表 1 列出了 5 条水线面在其不同的肋位 上所选择的纵骨的尺寸并标注在首部的外
展开图上得到了图 2 示意图 (a) 。它包括了首 尖舱区 、深水舱 、侧推舱和货舱区等 3 个范 围 。从图中可以看出 ,除极个别地方仍保留 横骨架形式 (首柱及其附近的非常狭窄的地
方) 外 ,其他地方均为纵骨架式 ,那些纵骨均 由强肋骨支持 ,强肋骨为每隔三挡肋位设置 , 纵骨间距一般为 760mm。 313 按横骨架式设计 ———计算和决定构件 尺寸