船舶結構優化設計方法及應用實踐微探

俞善博 王浩

【摘?要】由于經濟社會建設越發完善，制造業在我國也迎來了全新的發展契機。在船舶制造行業中，船舶的結構設計是一項重要的工作性，其具有較高的綜合性與創造性，隨著科技水平的不斷發展，實現了對船舶結構進行優化設計，改變了傳統船舶結構設計中存在的困境，并實現了創新性船舶設計，對船舶制造業的發展起到了重要作用。本文結合船舶制造過程中結構設計的優化方案和策略進行分析，并結合船舶的實際應用需求，合理的選擇優化方式，實現良好的應用價值。

【關鍵詞】船舶結構;優化設計方法;應用實踐

引言

隨著國民經濟體制的不斷改革，給各行各業都帶來了全新的機遇。在船舶制造領域中，基于科技水平的提高也實現了良好的發展。目前，市場對船舶的質量和性能提出了全新的要求，為船舶制造企業帶來了巨大的考驗，因此，船舶制造企業必須秉承科技時代理念，積極開展船舶制造過程優化，并有效的提高船舶制造的速度和質量，才能確保船舶制造企業持續的發展。在船舶制造領域中，在保障船舶質量問題的前提下，提高船舶制造效率是船舶企業最關注的問題，所以，實現船舶結構設計的全面優化具有重要意義。

1.船舶結構優化設計的意義

隨著計算機技術的全面普及，在船舶制造業中得到了廣泛的應用，在開展船舶結構設計中，船舶結構的基本原則是要體現出便捷性與安全性，在這個基礎上為了追求更好的經濟收益開展優化設計，從而實現全新的船舶結構設計理念。通過對船舶結構的合理優化，能夠有效的挖掘船舶更大的經濟收益，在進行船舶的結構設計時，主要包括船舶的外形以及大小等內容進行合理規劃，并滿足重量和目標的同時也要注意相關標準的約束設計，確保船舶各環節的結構設計能夠與船舶主體完美融合。

2.船舶主船體結構設計的若干問題及對策

2.1 船底骨架

（1）肋腹板的高度與厚度之比。對于單底船，實肋板腹板的高度和厚度比不能超過75;雙底船的比例不能超過100。規定這樣做是為了確保密肋腹板的局部穩定性，并且不能忽略。如果該值超過規定值，則會由于肋板腹板的局部不穩定性而導致結構損壞。第一種解決方案是增加腹板的厚度，第二種解決方案是在堅固的肋板上安裝垂直加強筋。

（2）內龍骨修正系數K。在計算實肋板剖面模量的公式中，船體結構類型、船側肋骨制類型、內部龍骨根數和艙底平面長度等都與內部龍骨修正系數的K值有關。所以，想要獲取K值，就需要對船體結構類型進行分析，對于艙內龍骨的數量、機艙的長度以及肋骨制進行深入的了解，這樣才能正確的計算出K值。

（3）實肋板跨距l。針對單口船艙：一般情況下會使用船寬B，所以該值既方便又安全;在具有型線圖的前提下，使用實肋板所在艙室內肋板高度的水線寬度，往往是更正確有效的方法。如果沒有準確的實肋板高度，測量該值也會受到一定的阻礙。針對甲板船（半倉船包含在內）：縱向艙壁或者縱向艙壁與舷側之間距離的大值。但應注意的是，當縱向桁架（包括縱向艙壁）有3條道時，l應不小于B / 3;當大于等于4線時，l不應小于B / 4。

（4）機艙內船底骨架。針對機艙底架有著獨特的要求：1）采用“T”型組合型材料制作船底骨架，不能用邊緣折疊的材料來制作。2）相較于貨倉腹板的厚度，實肋板腹板的厚度應當適當增加1mm，而且在橫截面積上也應當有一倍的提升。3）相較于機艙中實肋板的尺寸，龍骨的面板和腹板尺寸應該更大。4）在每個肋位都應該設置實肋板，對橫骨架式單底機艙來講是如此，縱骨架式實肋板之間的間距要保持在1.25m以下。底部框架應當另行計算：結合貨艙外實肋板的截面模數，根據相關的計算公式算出需要的截面模數，然后將腹板厚度和面板厚度增加一倍，這樣才能決定機艙實肋板與內龍骨剖面的尺寸。

（5）雙殼船雙層底實肋板。有時雙殼雙底，并且高度不足，就需要使用塞焊工藝，在實肋板上邊緣位置配置面板，也就是使用“T”型材，而不能使用折邊材。相較于腹板來說，面板的厚度應當保持在1.25倍以上，寬度不應小于80mm。對實肋板的厚度應當進行把控，保持大于船底的厚度。

2.2 甲板骨架

（1）橫梁跨距l。無論什么樣的情況，對于船舶來講，舷側與甲板縱桁或者甲板縱梁（縱向艙壁）之間的距離大值，是不會小于2m的。

（2）甲板縱桁。1）通常情況下，跨度1的距離會參照兩個相鄰橫向艙壁之間的距離，但是如若甲板跨度中有支柱傳遞集中載荷那就需要通過計算的方式來測算出甲板截面尺寸縱桁，而不能簡單的使用艙壁到支柱的距離大值。2）甲板縱桁與舷側或者甲板縱桁之間的1/2距離加上甲板縱桁間距的1/2中的大值，就是支撐區域的平均寬度b。

2.3 艙壁

（1）平面水密艙壁板。平面水密艙壁有著多種形式，分別是干貨倉壁、深艙艙壁和防撞艙壁。所以在實際的制造過程中，對各個艙壁的性質應當做出區分，這樣才能選擇出正確的K值和c值，得出我們需要的板厚。所謂的深艙是去除雙層底之后的壓載艙、燃油罐和水艙。因此，這些艙室的兩端應視為深艙壁。同時，應注意，根據相應的艙壁計算，雙殼船和單舷長開船的貨艙的前后橫向艙壁的厚度應增加0.5mm。1）計算艙壁板高度的公式：高度h=梁拱+甲板邊線高;假如是深艙的話，則需要在原有的基礎上加上0.5m，也就是梁拱+甲板邊線高+0.5m，無論是什么樣的情況下，艙壁板高度都需要大于2m。2）根據艙壁的性質，來選擇系數K和c。3）將整個艙壁中各扶強材間距當中的最大值當做扶強材間距s。

（2）扶強材。一般情況下會豎向布置艙壁扶強材，對于深艙艙壁和防撞艙壁，允許的最大間距是650mm，而對于干貨艙壁則有750mm。當具體的數值大于規定數值時，需要結合計算法計算剖面模數，而不能使用規范化的公式。在個體造船中經常會出現沒有扶強材，只有垂直桁的情況，并且間距比規定的數值更大，這就需要增加扶強材的數量。1）將各扶強材當中的最大值作為間距s。2）水柱高度h的計算：在計算防撞艙壁和干貨艙壁時，保持高度大于2m，取艙壁板高度的一半。深艙艙壁取1/2艙壁板高度+0.5m，且應不小于2m。3）跨距1：沒有水平桁，艙壁高度值為準，繁殖，將扶強材端部到桁材或者桁材之間的大值為主，需要注意的是有兩個距離，應當選擇更大的一個。4）系數K：先確定扶強材的兩端固定情況，明確艙壁性質，才能選擇正確的K植。

3.船舶結構創新優化設計策略與應用實踐

3.1遺傳模型結構優化設計

在船舶的創新優化設計中，遺傳模型結構優化是基于數學模型變量為基礎，通過對其進行優化而產生，采用遺傳模型的結構設計主要包括連續變量模型、混合變量以及離散變量買模型。通過與傳統結構設計中存在的問題進行分析，不斷的研究出全新的算法，按照當前船舶結構的設計特點，將其融入到生物進化知識中，從而衍生出創新的遺傳模型設計。通過遺傳算法的應用，不需要進行導數資料就可以借助函數來解決之前的問題。有效的解決了在出船舶結構設計優化中的離散性和連續性問題。通過遺傳模型結構優化設計，主要采用仿生進化策略實現交叉算子、異化算子以及再生算子。

經過長期的實踐應用，這種遺傳模型結構優化設計主要適用于一些繁瑣的設計環境，通過遺傳船舶結構優化設計可以實現有效的應用效果，實現了船舶領域結構設計的突破，對船舶制造業的發展具有重要意義。

3.2智能型船舶結構優化設計

隨著智能化的全面普及，船舶的結構設計優化也應該朝著智能化發展，就目前的技術水平來看，船舶的結構設計已經實現了智能型的優化，并結合實際設計情況深入研究了設計問題，并采用數學規劃實現最佳船舶結構設計方案，有效的促進了船舶制造業的發展。

例如：在進行船舶結構的優化設計時，采用智能型優化方式進行結構的設計，結合系統內部的專家技術系統，實現了船舶結構的合理優化，并全面考慮實際的應用環境，通過智能型設計方式與經典設計優化方式進行有效融合，實現人工智能的結構優化設計，全面提升了船舶結構的設計效率。

對于當前的船舶制造企業而言，智能型優化設計的方法常用的表現為以下兩種：神經網絡設計法和專家系統設計法，通過這兩種系統實現了船舶結構設計的合理優化，促進了船舶制造的經濟效益。

4.結束語

綜上所述，隨著經濟全球化發展，船舶企業得到了迅猛發展，為了有效的提高船舶制造企業的技術水平，應該結合傳統的船舶結構設計方式，并基于現代化科技水平，實現創新的船舶結構優化設計方法，開創了模糊優化方法、遺傳優化方法以及智能型優化等多種方式，促進了船舶結構設計的優化效果，實現了船舶企業的穩定發展。

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