關于船舶船體結構優化設計的研究

謝志洋

摘 要：船體結構建造是指施工人員根據船體結構設計的要求，按照設計規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計。本文對船體結構優化設計進行了詳細分析。

關鍵詞：船體;結構設計;優化

引言

堅持建造優質的船舶產品，注重管理、設計與創新的共同發展。公司里的客戶會根據自身公司的需求提出相應的要求，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、設計人員還是建造人員都會關心如何能夠方便且優質的完成客戶提出的任務，設計并建造出客戶所需的產品。

一、船體結構設計條件

基于實用性作為船體結構設計的要求，在安全性能得以滿足之下再考慮外表。只有實現了安全航行，才能體現其利益。船體的穩定性偏向于基礎設計理念，結構設計還需要考慮力學條件。基于航海規律，最大限度的分析水文因素和天氣因素帶來的實際影響，以此來應對出航的惡劣天氣，同時，當本身的承重性得到保障，其外部的形態設計可以滿足航行動力需求，在實際設計中，就需要對其計算與構思加以分析，進而達到設計要求。

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

二、船體結構設計的具體實施過程

由于目前的設計水平較低，無法一體化的設計出船體結構，并且一體化設計容易在細節上出現問題。因此，在設計初期，一般情況下會將船體結構分體、分段進行細致的構建，但還需要考慮能否將各部分合理組合，以便設計出合理的方案。因此對船體結構進行分體、分段設計時還需要考慮各部分的組裝問題。對于小規模的船體結構設計來說，對其進行分體、分段設計并連接組裝的過程是相對簡單的，但對于較大規模的船體結構設計，要想合理進行分體、分段，需要用到一體化技術，考慮首尾和上下結構的組建和拆分問題并進行技術優化，以便更好的統籌整個船體結構。另外，船體的最大負荷、船體之間的連接關系、船體重量、材料性能和出航條件等也需要著重考慮。

三、船體結構優化設計

（一）采用先進設計工藝對船體結構進行分層優化

船體結構設計人員有必要對船舶甲板的厚度、防水能力以及前進動力進行調試，也要對船舶不同結構部位的材料性能進行檢測，對存在安全隱患的部位進行排查，保證船體各個部位處于正常工作狀態。同時，工作人員需要基于船舶折角保護器、底板、甲板以及框架的結構設計順序，來優化船體結構設計方案。在對船體負載部位進行結構設計時，需要充分考慮到關鍵部位的受力問題，設計人員可以采取分段設計來保障各個環節設計工作的順利，最終實現船體關鍵位置的結構設計工作。

針對具有雙層結構的船體而言，其不但具有更高的穩定性，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荷。因此，合理的運用力學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構設計而言，其在一定程度上可以通過增加船體內腔的受力來對折角保護器施加反作用力，這樣可以有效實現外力的相互抵消，保證整個船體減少外界壓力。

（二）在生產活動中使用高等級鋼完成剖面設計，確保船體結構的穩定

船體的內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度，也提高了鋼的耐腐蝕性能。同時，在對船只的甲板與內板進行焊接時，需要配備一定數量的六角螺絲，這可以大幅度增加底板與甲板的牢固性。

在對船只結構進行全面檢測時，設計人員有必要對船體各個部位所用的材料性能以及相應的參數進行了解，并根據實際在船體上的應用情況來進行現場受力分析。為了確保船舶在航行中的安全性和平穩性，技術人員還需要對船只的整體結構進行進一步優化。對設計船只之后所記錄的參數進行二次驗證，根據船只的實際運行情況來進行相應的調整，并對調整后的參數進行檢驗，最終得出相對成熟的設計參數。

（三）采用新設計理念，保證船只行駛安全

（1）采用新設計理念，提高船只遠航能力

開發設計多功能的船舶，最重要一點就是需要符合現階段全球的發展形勢，通過最新技術和創新理念來研發船只，改善船體的穩定性和航行能力。例如，船體內部的臥室或者控制室等場所的照明設備可以采用太陽能電池板供電，船體的動力系統可以應用新能源以及汽電混合系統，這樣不僅環保、節省資源，還可以提高船只的工作效率。傳統的船舶動力系統通常采用的是柴油內燃機，這不僅導致整個船只的載荷增加，船只發動機和氣缸的壽命還會受到影響。針對船體內部核心運行系統的供電問題，可以配備一定數量的蓄電池，無論是船只處于航行狀態還是停止的狀態，時刻可以通過太陽能板來進行充電，以保障電池一直處于滿電狀態。采用新工藝來設計船體還有很多可以優化的地方，現階段我國船舶的動力設備性能不夠優越，可以購買國外先進技術的高性能發動機，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計特色，針對船只的外形進行改良，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，優化船體結構配置

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。在對該類船舶進行結構設計時，技術人員需要有效控制船舶進入海水中的深度在2.5 米到2.8 米之間。當船舶處于滿負荷狀態時，如果需要對船只的運行系統進行檢測，工作人員需要通過特定的測試儀器來對船體動力系統和供電系統進行測試，避免對船舶的運行狀態造成影響，并將船體的發動機轉數調控在一分鐘1900 轉左右。控制船舶的最大航速為12KN 上下，如果船只在上述這些規定的參數范圍內運行，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高效率工作，船舶發動機的性能需要達到一定的標準。在保證發動機持續安全運行的同時，工作人員需要調節船舶的舵角，使其始終處于70度左右。在此方面，我國可以向美國、英國等國家的先進技術進行學習，派技術專家去進行技術交流和學習，掌握國外生產船舶的先進技術和經驗。如果需要對船體關鍵部位零件性能進行檢測，工作人員需要在船體處于工作狀態和停止狀態兩種情況下進行調試，其中船體處于工作狀態的時間不能低于90 秒，在這段時間中，如果船舶的舵角發生較大偏差或者船身發生傾斜，則工作人員需要對船體發動機的運行參數和船體排水系數進行調整，直到船只處于安全航行狀態。

四、結束語

總而言之，在進行船體結構設計中，考慮到船體結構設計工作量較大，所以，很多工作都需要做好對應的設計與安排，并且還需要合理的優化整個結構設計。利用多樣化的轉變船體結構設計，這樣就可以提升船舶生產質量，確保其達到既定的標準。

參考文獻：

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