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

刘文埙

  武汉船舶设计研究院有限公司 湖北武汉 430060

摘要：在船舶行业的发展下，建造技术应用需要得到改善，其中结构设计作为基础环节，影响着建造效果。为了提升船舶建造质量，应合理地运用设计方法进行优化。在此过程中，一定要进行设计理念的创新、设计方法的创新以及设计模式的创新，并且关注船舶结构的整体设计与各处细节。基于此，才能保障船体结构设计具有科学性、有效性及适用性，进而推动整个船舶制造产业的发展，实现船舶的安全稳定运行。基于此，本文主要分析了船舶结构优化的基本要求与设计方法。

关键词：船体结构设计；基本要求；设计方法

中图分类号：U662文献标识码：A

引言

船体结构每一个设计环节中的细节都与设计工作的效率与整体质量有着一定联系，而且设计细节的质量还会对船舶产品的质量产生直接的影响。所以，需要对船体结构的设计进行一定程度的优化。作为船体结构设计工作者，应当充分立足于这些不同的问题，更多地关注不同的设计细节，在创新设计理念、提升设计工艺的基础上，寻求更为高效和精准的问题解决方案。

1船舶结构优化设计概述

船舶结构优化设计，是指根据设计要求，对船舶结构及各部分构造进行优化的设计过程。在当前的船舶建造过程中，需要考虑其使用需求，结合实际影响来明确其性能要求，比如海浪冲击影响，应使船舶结构具有较高的强度，优化其性能。船舶结构设计涉及较为复杂的内容，导致在进行设计的过程中无法直接开展试验，对此需要使用CAD和Ansys等技术手段来加以辅助，以实现对设计的优化。借助有效的技术可使结构设计得到优化，并且满足仿真试验的需求，更好地发现设计中所存在的问题，使设计发挥出有效的作用。

2船舶结构优化的基本要求

2.1前期设计

对于船体结构设计来说，前期设计也就是初步设计，这一阶段主要围绕着规划方案展开，设计师要在较短的时间内掌握各种不同的技术标准，并且对这些技术标准进行全面的剖析，构建起合理的设计框架。这样的阶段是极为重要的准备期，需要建立合理的预定目标，形成一个较为合理的预案，然后再按照各种规范要求去完成预算报告。

2.2详细设计阶段

详细设计阶段工作按照实际设计要求和规定，根据相关审批意见和建议，就设计的相关细节展开深度分析，并且依据实际情况作出适度的调整。在这一阶段，设计人员需要针对生产施工过程的细节予以最大程度地考虑，包括所有结构设备模型和材质，以确保符合设计的要求。针对船体结构设计项目，应注意设计方案的全面性和完整性，当图纸完成时，应与相关设计方案的内容与要求进行匹配，并将相关内容报告给相关审计部门。还需要在初步设计的框架中完善不同的细节，比如船体构件实际型号、材料性能等。针对细节的设计，按照有关标准、上级审批作出相应的调整，在充分考虑各项细节的基础上，使设计的方案更加全面，为船舶制造后续工作提供有效支撑[1]。

2.3生产设计

生产设计阶段，可以看作是一个理论付诸实践的过程，需要加大落实力度，才能对生产产生更好的引导和规范作用。在具体生产的进程中，需要关注的方面有很多，比如材料的选择运用、质量检验等。鉴于此，针对生产条件、各类材料等因素一定要高度重视起来。关于实际的施工说明图方面，应当确保其与船体结构设计方案相符合，不能出现违背后者要求的情况[2]。

3船舶结构优化设计方法

3.1加快设计理念的创新

妥善解决船体结构设计中的生产工艺性问题，推进设计理念的创新。在船舶航行能力提升方面，随着船舶的应用和发展以及全球化步伐的加速，可以利用更多的新能源，比如海上风能、太阳能等，使船舶的动力源更加广泛，以此也可以提升船舶航行的持久性、安全性，保证航行的速度。对过去的船舶动力系统来说，柴油内燃机是其主要的动力来源，对生态环境的污染非常大，也影响了船舶的使用年限。所以，可以将电力驱动对船舶的核心部位进行优化。也就是说，通过电池的配置和连续使用，可以保持航行速度，通过风力发电或者太阳能发电等形式补充相应的电源，使船舶远程续航能力得以强化。

3.2船舶标准及模块化设计

（1）船舶标准化设计

船舶标准化设计可以有效地优化船体结构。船舶标准化设计在最初就是船体结构的优化，而在绿色理念加入后，这种标准化要从最小的零件逐级提升，这样才能避免浪费，有利于船体结构相互连接，提升材料的利用率。因此，船舶标准化设计对于船舶产品的设计建造来说非常重要。

（2）船舶模块化设计

船舶模块化设计有助于提高工作效率和质量。相比于标准化设计，模块化则是将大的项目细分为可使用同一工种或者同一技术的模块，但与标准化并不冲突。船舶模块化设计可以尽可能地避免不必要的人力物力的消耗，节省了经济的开销，并且能够缩短工期，节约资源，帮助企业实现绿色船舶制造的节能环保目的[3]。

3.3使用遗传模型进行设计

船舶结构设计过程中，可应用遗传模型，且该模型是在属性模型优化后得到。通过对遗传模型的应用，可以实现对船舶结构设计的优化目标，对设计中存在的问题进行分析，为船舶结构性能带来保障。可将船舶设计划分成连续变量、离散变量以及混合变量等模型，对传统船舶设计的特点分析，可能会出现结构上的不足情况。而应用遗传模型可使设计得到改善，设计人员通过对设计算法的合理应用，以特性分析为基础，将多门学科融入其中，实现对遗传算法的创新。同时，可配合反复的实验，利用遗传算法来优化设计，使船舶结构设计满足实际需求，弥补结构设计中的不足问题。因此，运用遗传算法可采取代码编写方式完成工作，使船舶结构设计中的不足得到体现，问题得到有效解决。

3.4多目标模糊优化设计方法

多目标模糊优化设计方法的可编程性比较强，可通过实数编码来代替复杂的编码及编译流程，操作比较简单。由于多目标模糊优化设计对结构的刚度及强度等有着直接影响，在具体工况中容易受风力及海浪等多种因素影响，使船舶载荷及结构参数产生误差及不确定的因素。可将船舶结构优化分为3种类型：限定结构参数及载荷的优化；不限定结构参数及载荷的优化；限定结构参数及不限定结构件载荷优化。在设计中应对不稳定因素进行分析，深入明确不稳定因素可能产生的影响，并在多目标模糊优化设计下减少因素带来的影响，以实现对结构设计的优化目标，提升结构的性能水平[4]。

3.5优化船舶节能设计

船舶的节能设计主要涉及到新能源的开发和利用，以及推进节能优化的措施和提高燃料的综合利用率等。首先节能的最优选择是采用新型的绿色能源，比如太阳能、风能等零污染的能源，在此基础上降低船舶对传统燃料的使用。在这一过程中要加快方案落实的速度，使整个优化周期缩短。而在燃料的利用上，要积极更换内燃机，采用先进的机械设备，提高燃料能源的利用率。综合以上的节能设计，在最后的循环方面要加大投入，有效地回收利用各种资源，实现废物的再利用，这样才能积极地实现船舶的绿色优化设计。

结束语

船舶运行环境复杂多变且十分恶劣。所以在船体结构设计过程中，一定要保证相应结构的完整性。通过开展优化设计，使不同的功能在船体结构中得以更加充分的运用，以此来保证船体结构设计阶段的功能，使不同功能之间的协调性变得更高。

参考文献：

[1]刘沛锋.船舶结构优化研究进展[J].船舶物资与市场,2021,29(5):1-2.

[2]李云,张栋.基于有限元分析的船舶结构设计[J].舰船科学技术,2022,44(6):40-43.

[3]刘岩,张庆荣,费梦茹.船舶结构优化的基本要求与设计方法[J].船舶物资与市场,2021(11):43-44.

[4]彭炎武,李永彬.船舶结构优化设计方法及应用实践[J].船舶物资与市场,2021(2):61-62+88.