關(guān)于船舶船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究

謝志洋

摘 要：船體結(jié)構(gòu)建造是指施工人員根據(jù)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，按照設(shè)計規(guī)劃完成最終的船體建造。施工人員在船體建造的過程中需要滿足船舶整體設(shè)計。本文對船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：船體;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化

引言

堅持建造優(yōu)質(zhì)的船舶產(chǎn)品，注重管理、設(shè)計與創(chuàng)新的共同發(fā)展。公司里的客戶會根據(jù)自身公司的需求提出相應(yīng)的要求，而最大程度滿足客戶的需求是每個公司賴以生存的必要法則。不論是公司的管理人員、設(shè)計人員還是建造人員都會關(guān)心如何能夠方便且優(yōu)質(zhì)的完成客戶提出的任務(wù)，設(shè)計并建造出客戶所需的產(chǎn)品。

一、船體結(jié)構(gòu)設(shè)計條件

基于實用性作為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，在安全性能得以滿足之下再考慮外表。只有實現(xiàn)了安全航行，才能體現(xiàn)其利益。船體的穩(wěn)定性偏向于基礎(chǔ)設(shè)計理念，結(jié)構(gòu)設(shè)計還需要考慮力學(xué)條件。基于航海規(guī)律，最大限度的分析水文因素和天氣因素帶來的實際影響，以此來應(yīng)對出航的惡劣天氣，同時，當(dāng)本身的承重性得到保障，其外部的形態(tài)設(shè)計可以滿足航行動力需求，在實際設(shè)計中，就需要對其計算與構(gòu)思加以分析，進(jìn)而達(dá)到設(shè)計要求。

結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定要求，實際上就是需要建造技術(shù)水平能夠達(dá)到設(shè)計條件，并且在具體的過程中還應(yīng)該對材料的實際性能加以分析。實用性本身就是需要從設(shè)計的角度來分析體系的問題，對于船體、甲板等設(shè)計，也需要有對應(yīng)的裝載條件，并且要滿足設(shè)計的合理性要求，其不僅僅需要囊括對應(yīng)的貨物與人員，同時還需要確保本身的安全性。

二、船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體實施過程

由于目前的設(shè)計水平較低，無法一體化的設(shè)計出船體結(jié)構(gòu)，并且一體化設(shè)計容易在細(xì)節(jié)上出現(xiàn)問題。因此，在設(shè)計初期，一般情況下會將船體結(jié)構(gòu)分體、分段進(jìn)行細(xì)致的構(gòu)建，但還需要考慮能否將各部分合理組合，以便設(shè)計出合理的方案。因此對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分體、分段設(shè)計時還需要考慮各部分的組裝問題。對于小規(guī)模的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，對其進(jìn)行分體、分段設(shè)計并連接組裝的過程是相對簡單的，但對于較大規(guī)模的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，要想合理進(jìn)行分體、分段，需要用到一體化技術(shù)，考慮首尾和上下結(jié)構(gòu)的組建和拆分問題并進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，以便更好的統(tǒng)籌整個船體結(jié)構(gòu)。另外，船體的最大負(fù)荷、船體之間的連接關(guān)系、船體重量、材料性能和出航條件等也需要著重考慮。

三、船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

（一）采用先進(jìn)設(shè)計工藝對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層優(yōu)化

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計人員有必要對船舶甲板的厚度、防水能力以及前進(jìn)動力進(jìn)行調(diào)試，也要對船舶不同結(jié)構(gòu)部位的材料性能進(jìn)行檢測，對存在安全隱患的部位進(jìn)行排查，保證船體各個部位處于正常工作狀態(tài)。同時，工作人員需要基于船舶折角保護(hù)器、底板、甲板以及框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計順序，來優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在對船體負(fù)載部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要充分考慮到關(guān)鍵部位的受力問題，設(shè)計人員可以采取分段設(shè)計來保障各個環(huán)節(jié)設(shè)計工作的順利，最終實現(xiàn)船體關(guān)鍵位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

針對具有雙層結(jié)構(gòu)的船體而言，其不但具有更高的穩(wěn)定性，同時整個船體具有更大的儲存空間，這對船舶的動力和航行時間具有重要影響。船舶骨架通常都是由高性能的低碳鋼架組成，其中船體的縱向船體骨架主要是用來承受負(fù)荷。因此，合理的運用力學(xué)原理來最大限度減少鋼架的受力和減緩船體底板所承受的壓力，可以大幅度提高船舶的速度。就船體的橫向骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，其在一定程度上可以通過增加船體內(nèi)腔的受力來對折角保護(hù)器施加反作用力，這樣可以有效實現(xiàn)外力的相互抵消，保證整個船體減少外界壓力。

（二）在生產(chǎn)活動中使用高等級鋼完成剖面設(shè)計，確保船體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定

船體的內(nèi)板和底板是整個船承受外界壓力最高的部分，該部位需要采用高強(qiáng)度、高硬度的低碳鋼。低碳鋼由于含有一定量的碳，其不僅可以改善鋼的強(qiáng)度，也提高了鋼的耐腐蝕性能。同時，在對船只的甲板與內(nèi)板進(jìn)行焊接時，需要配備一定數(shù)量的六角螺絲，這可以大幅度增加底板與甲板的牢固性。

在對船只結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測時，設(shè)計人員有必要對船體各個部位所用的材料性能以及相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行了解，并根據(jù)實際在船體上的應(yīng)用情況來進(jìn)行現(xiàn)場受力分析。為了確保船舶在航行中的安全性和平穩(wěn)性，技術(shù)人員還需要對船只的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。對設(shè)計船只之后所記錄的參數(shù)進(jìn)行二次驗證，根據(jù)船只的實際運行情況來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并對調(diào)整后的參數(shù)進(jìn)行檢驗，最終得出相對成熟的設(shè)計參數(shù)。

（三）采用新設(shè)計理念，保證船只行駛安全

（1）采用新設(shè)計理念，提高船只遠(yuǎn)航能力

開發(fā)設(shè)計多功能的船舶，最重要一點就是需要符合現(xiàn)階段全球的發(fā)展形勢，通過最新技術(shù)和創(chuàng)新理念來研發(fā)船只，改善船體的穩(wěn)定性和航行能力。例如，船體內(nèi)部的臥室或者控制室等場所的照明設(shè)備可以采用太陽能電池板供電，船體的動力系統(tǒng)可以應(yīng)用新能源以及汽電混合系統(tǒng)，這樣不僅環(huán)保、節(jié)省資源，還可以提高船只的工作效率。傳統(tǒng)的船舶動力系統(tǒng)通常采用的是柴油內(nèi)燃機(jī)，這不僅導(dǎo)致整個船只的載荷增加，船只發(fā)動機(jī)和氣缸的壽命還會受到影響。針對船體內(nèi)部核心運行系統(tǒng)的供電問題，可以配備一定數(shù)量的蓄電池，無論是船只處于航行狀態(tài)還是停止的狀態(tài)，時刻可以通過太陽能板來進(jìn)行充電，以保障電池一直處于滿電狀態(tài)。采用新工藝來設(shè)計船體還有很多可以優(yōu)化的地方，現(xiàn)階段我國船舶的動力設(shè)備性能不夠優(yōu)越，可以購買國外先進(jìn)技術(shù)的高性能發(fā)動機(jī)，提高船只的航行能力。同時，也可以參考國外高性能船只的設(shè)計特色，針對船只的外形進(jìn)行改良，降低船只在航行過程中所受到的阻力。在船底，可以使用納米級耐腐蝕涂裝板材，不僅可以提高船只的耐腐蝕性能，也可以大幅度降低船底與海水的摩擦力。

（2）重視操舵實驗，優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)配置

針對長度約為25 米的普通船舶來說，船舶兩柱間的距離約為20米。在對該類船舶進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，技術(shù)人員需要有效控制船舶進(jìn)入海水中的深度在2.5 米到2.8 米之間。當(dāng)船舶處于滿負(fù)荷狀態(tài)時，如果需要對船只的運行系統(tǒng)進(jìn)行檢測，工作人員需要通過特定的測試儀器來對船體動力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)進(jìn)行測試，避免對船舶的運行狀態(tài)造成影響，并將船體的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)控在一分鐘1900 轉(zhuǎn)左右?？刂拼暗淖畲蠛剿贋?2KN 上下，如果船只在上述這些規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)運行，則船只的安全性得到了很好的保障。同時，船只與海水的摩擦力得到降低，船舶的使用壽命延長。為了使得船舶在安全運行范圍內(nèi)高效率工作，船舶發(fā)動機(jī)的性能需要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。在保證發(fā)動機(jī)持續(xù)安全運行的同時，工作人員需要調(diào)節(jié)船舶的舵角，使其始終處于70度左右。在此方面，我國可以向美國、英國等國家的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，派技術(shù)專家去進(jìn)行技術(shù)交流和學(xué)習(xí)，掌握國外生產(chǎn)船舶的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗。如果需要對船體關(guān)鍵部位零件性能進(jìn)行檢測，工作人員需要在船體處于工作狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)兩種情況下進(jìn)行調(diào)試，其中船體處于工作狀態(tài)的時間不能低于90 秒，在這段時間中，如果船舶的舵角發(fā)生較大偏差或者船身發(fā)生傾斜，則工作人員需要對船體發(fā)動機(jī)的運行參數(shù)和船體排水系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到船只處于安全航行狀態(tài)。

四、結(jié)束語

總而言之，在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，考慮到船體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作量較大，所以，很多工作都需要做好對應(yīng)的設(shè)計與安排，并且還需要合理的優(yōu)化整個結(jié)構(gòu)設(shè)計。利用多樣化的轉(zhuǎn)變船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣就可以提升船舶生產(chǎn)質(zhì)量，確保其達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)。

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