浅论基于船舶与海洋工程的船体结构设计

浅论基于船舶与海洋工程的船体结构设计

钱海波

江苏扬子三井造船有限公司  江苏 太仓  215428

摘要: 近年来，中国造船业发展迅速。今后，中国水路运输业将加强对船体结构的交通支撑能力建设，船体结构将成为船舶建造的核心环节，决定着船舶的整体质量，这也将极大地促进更多船舶建造业的发展和水路运输业的进步。船体结构的设计也应该与其他工程设计相同，并知道应该采用什么样的技术。本文结合实际情况，对船舶主体结构的设计模式及未来优化进行了分析。

关键词: 船体结构，设计方式，船舶与海洋工程，探讨研究

1前言

在船体结构设计过程中，应在保证船体结构安全的前提下，仔细考虑其实际的性能，使船体外观更加美观。在船体设计概念中，稳性是基础，船体结构设计应符合相应的力学条件。利用实际航行规律，充分考虑水位和气象因素的影响，使船体结构的承载性能得到充分保证。在船体外形设计过程中，应满足相关的航行功率要求。为了保证设计工作的科学性和合理性，必须做好相关经验的积累和总结，运用科学的方法进行构思和计算。对于船体结构的稳定性能要求，意味着施工工艺水平应当适合设计条件。在施工过程中，应仔细考虑设计参考资料的具体作用。在船体设计过程中，预报因子和使用因子占有非常重要的地位。从安全的角度来看，船体设计的基本要求就是实用性。从使用结算成本的角度出发，作为设计人员，应根据实际预算情况，对相关使用技术进行改进，确保安全与效益的最佳结合，认真贯彻落实经济设计原则，最大限度地减少材料浪费的发生。在选择使用的材料时，应尽量优先使用环境友善、安全以及科学的材料。

2船体结构设计的要点

船体结构设计十分复杂，通常需要分阶段进行，然后将各阶段和各部件的设计相结合，形成一个完整的设计方案。在这个阶段，整体结构设计仍然难以实现，局部设计缺陷很容易发生。分阶段设计虽然需要考虑方案集成等问题，但有利于保证设计方案的合理性，也可以支持分阶段施工。船体分段设计是将结构分成若干个有机连接的部分，按实际的头部、尾部或上下部结构进行分段设计、分组施工。同时，也应该考虑组合的完整性。在设计分组时，应做好总体规划工作，并考虑后续装配工作的所有细节。

船体的承载性能与船体本身的材料、机械结构和重量密切相关。同时，在实际航行中还受到气候和水文条件的影响。船体本身的稳定性是关键因素。因此，在船体结构设计过程中，有必要进一步完善连接、加工等环节。在设计中，需要充分考虑船舶在航行过程中的动态变化，优化船舶结构，进行船舶承载能力的过程测试，并对船舶进行系统的整体分析，最终实现船体结构在复杂条件下的精确载荷设计，以保证所设计的船体结构能够满足载荷要求和安全要求。此外，在设计材料的选择方面，一般采用质量较好的钢材。同时，铝合金材料或其他合金可以一起使用，以减轻船舶自身的重量。在这个过程中，还应该考虑材料成本，以防止成本超过预算。

3船体结构设计的体现形式

在船体结构设计的过程中，可靠性基于工艺性和维修性原则，实现船体的科学合理设计，其中最基本的是可靠性设计原则，以确保船体能够在实际运行中顺利完成其任务，同时，在可靠性的约束之下，要考虑船体结构在不同条件下的应力和变形。要充分保证和形成高稳定性的结构型式。在设计过程中，应根据设计原则对其理论进行相应的计算和分析。

3.1基本形式

船体结构设计的基本方法遵循着一定的结构基础，即是由板和型材组成，也称为格栅结构。根据格栅结构在船体中的位置和功能的不同，将其分为底格栅、甲板格栅、舱壁格栅等几种格栅。从船体梁结构上可以看出，甲板格栅和底板格栅等效于船体的上下翼板，头板格栅和舱壁格栅等效于船体的梁板和腹板。它们各自的功能和骨架的排列是不同的。它们一般分为横向骨架船体结构、纵向骨架船体结构和混合骨架船体结构。横向骨架船体结构适用于纵向强度较小的中小型船舶，纵向骨架船体结构适用于纵向强度较高的大型船舶，混合骨架船体结构主要适用于大中型干货船舶。因此，在具体的设计过程中，板材不仅要满足不同类型船体的应力要求，而且要综合考虑极端条件下船体的上下承载极限，根据实际情况设计横向结构，以保证船体应力均匀，保证船体承载性能良好。

3.2 纵向结构设计形式

在船体纵向结构设计中，有许多纵向构件需要通过横向构件的部分。同时，在节段闭合过程中，由于纵向构件的界面较多，这些都是导致纵向框架结构装配困难的重要因素。因此，在某些特殊情况下，甲板和船底的设计也应通过骨架结构设计来完成。在货船船体设计中，上甲板采用横向框架: 当船长在10 ~ 130m 之间时，L/D 应小于12，总弯曲距离和中缠绕模量的要求值也较小。局部强度条件是船体结构设计中必须考虑的问题。上甲板的主要作用是放置货物，因此横向载荷较大。如果采用纵向框架结构，较大的横梁会影响储罐的承载能力。船底采用的横向框架结构设计如下: 当船体小于10米时，船底外板厚度不应由强度条件决定，而应由腐蚀和磨损程度控制。由于船底容易接地，船底的厚度也应根据舱内有抓斗或底板没有防护板时的磨损程度来确定。

4船体结构设计的方法

众所周知，船舶的造价高，使用寿命长，工作环境恶劣。在使用过程中不可避免地会遇到各种各样的事故。这些事故的发生，会对船体结构产生一定的影响，也可能导致船体结构失去工作能力，造成巨大的经济损失。为了避免上述问题，可以通过确定性设计方法和结构可靠性分析方法来改善船舶的使用性能。

4.1确定性设计法

基于船舶和海洋工程的船体结构确定性设计方法，可分为以下两类:

4.1.1规范设计法

该设计方法主要包括船体的主要尺寸、结构形式、结构要求和运行方式。在设计过程中，应根据船体结构规范中各部件的布局和尺寸，结合船体总强度和局部强度的审查标准，严格检查已完成设计的船体结构的稳定性和安全性。一旦发现缺陷，应及时修改原设计方案，并反复检查，直至满足相关规范要求。

4.1.2直接计算法

直接计算法是指根据船体构件的布置，对不能列出的所有特征进行归一化的设计方法。这就要求设计人员必须具备相关的结构力学知识，然后结合船体不同部件的应力状况来计算船体结构的强度，使船体结构具有良好的力学性能，最终完成船体的优化设计。

4.2结构可靠性分析法

在船体结构设计的可靠性分析方法中，首先应将有关参数设定为固定值，使用的参数作为船体强度的储备，使人们对船体结构有一个固定的印象，认为船体结构是绝对安全的，不易受到损坏。其次，各种船体结构形式应采用空间板梁组合的方法进行设计。这样，当船体结构中的任何部件失去其功能时，不仅内力将被重新分配，而且整个结构将继续工作。为维修人员研究部件失效的原因及其对船体的影响，进而对船体的可靠性进行全面的分析计算提供了方便。结构可靠性分析方法，是指船体结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率，即满足船体结构的所有功能。无可否认，目前国内采用的船体结构设计仍然沿用概率论分析方法，还有很大的发展空间。

5结语

船体结构设计主要是在满足船舶总体要求和船舶自身功能的前提下，通过结构设计使船舶在试验期间满足稳性、刚度和强度等方面的要求。船舶设计的内容决定了其设计任务的繁重程度。目前，各国造船产业之间的竞争非常激烈。世界船舶工业生产技术正朝着机械化、自动化、集成化等方向发展。提高船舶结构设计的要求已成为船舶工业的一个重要课题。

参考文献

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[3]钱笠君.基于谱分析法的海洋工程结构强度评估方法研究[J].船舶,2017,28(05):38-42.

作者简介：

姓名：钱海波；性别：男；出生年月：1989.01；民族：汉；籍贯：江苏南通；学历：本科；职称：中级工程师；研究方向：船舶与海洋工程。