俞善博 王浩

【摘 要】由于经济社会建设越发完善，制造业在我国也迎来了全新的发展契机。在船舶制造行业中，船舶的结构设计是一项重要的工作性，其具有较高的综合性与创造性，随着科技水平的不断发展，实现了对船舶结构进行优化设计，改变了传统船舶结构设计中存在的困境，并实现了创新性船舶设计，对船舶制造业的发展起到了重要作用。本文结合船舶制造过程中结构设计的优化方案和策略进行分析，并结合船舶的实际应用需求，合理的选择优化方式，实现良好的应用价值。

【关键词】船舶结构;优化设计方法;应用实践

引言

随着国民经济体制的不断改革，给各行各业都带来了全新的机遇。在船舶制造领域中，基于科技水平的提高也实现了良好的发展。目前，市场对船舶的质量和性能提出了全新的要求，为船舶制造企业带来了巨大的考验，因此，船舶制造企业必须秉承科技时代理念，积极开展船舶制造过程优化，并有效的提高船舶制造的速度和质量，才能确保船舶制造企业持续的发展。在船舶制造领域中，在保障船舶质量问题的前提下，提高船舶制造效率是船舶企业最关注的问题，所以，实现船舶结构设计的全面优化具有重要意义。

1.船舶结构优化设计的意义

随着计算机技术的全面普及，在船舶制造业中得到了广泛的应用，在开展船舶结构设计中，船舶结构的基本原则是要体现出便捷性与安全性，在这个基础上为了追求更好的经济收益开展优化设计，从而实现全新的船舶结构设计理念。通过对船舶结构的合理优化，能够有效的挖掘船舶更大的经济收益，在进行船舶的结构设计时，主要包括船舶的外形以及大小等内容进行合理规划，并满足重量和目标的同时也要注意相关标准的约束设计，确保船舶各环节的结构设计能够与船舶主体完美融合。

2.船舶主船体结构设计的若干问题及对策

2.1 船底骨架

（1）肋腹板的高度与厚度之比。对于单底船，实肋板腹板的高度和厚度比不能超过75;双底船的比例不能超过100。规定这样做是为了确保密肋腹板的局部稳定性，并且不能忽略。如果该值超过规定值，则会由于肋板腹板的局部不稳定性而导致结构损坏。第一种解决方案是增加腹板的厚度，第二种解决方案是在坚固的肋板上安装垂直加强筋。

（2）内龙骨修正系数K。在计算实肋板剖面模量的公式中，船体结构类型、船侧肋骨制类型、内部龙骨根数和舱底平面长度等都与内部龙骨修正系数的K值有关。所以，想要获取K值，就需要对船体结构类型进行分析，对于舱内龙骨的数量、机舱的长度以及肋骨制进行深入的了解，这样才能正确的计算出K值。

（3）实肋板跨距l。针对单口船舱：一般情况下会使用船宽B，所以该值既方便又安全;在具有型线图的前提下，使用实肋板所在舱室内肋板高度的水线宽度，往往是更正确有效的方法。如果没有准确的实肋板高度，测量该值也会受到一定的阻碍。针对甲板船（半仓船包含在内）：纵向舱壁或者纵向舱壁与舷侧之间距离的大值。但应注意的是，当纵向桁架（包括纵向舱壁）有3条道时，l应不小于B / 3;当大于等于4线时，l不应小于B / 4。

（4）机舱内船底骨架。针对机舱底架有着独特的要求：1）采用“T”型组合型材料制作船底骨架，不能用边缘折叠的材料来制作。2）相较于货仓腹板的厚度，实肋板腹板的厚度应当适当增加1mm，而且在横截面积上也应当有一倍的提升。3）相较于机舱中实肋板的尺寸，龙骨的面板和腹板尺寸应该更大。4）在每个肋位都应该设置实肋板，对横骨架式单底机舱来讲是如此，纵骨架式实肋板之间的间距要保持在1.25m以下。底部框架应当另行计算：结合货舱外实肋板的截面模数，根据相关的计算公式算出需要的截面模数，然后将腹板厚度和面板厚度增加一倍，这样才能决定机舱实肋板与内龙骨剖面的尺寸。

（5）双壳船双层底实肋板。有时双壳双底，并且高度不足，就需要使用塞焊工艺，在实肋板上边缘位置配置面板，也就是使用“T”型材，而不能使用折边材。相较于腹板来说，面板的厚度应当保持在1.25倍以上，宽度不应小于80mm。对实肋板的厚度应当进行把控，保持大于船底的厚度。

2.2 甲板骨架

（1）横梁跨距l。无论什么样的情况，对于船舶来讲，舷侧与甲板纵桁或者甲板纵梁（纵向舱壁）之间的距离大值，是不会小于2m的。

（2）甲板纵桁。1）通常情况下，跨度1的距离会参照两个相邻横向舱壁之间的距离，但是如若甲板跨度中有支柱传递集中载荷那就需要通过计算的方式来测算出甲板截面尺寸纵桁，而不能简单的使用舱壁到支柱的距离大值。2）甲板纵桁与舷侧或者甲板纵桁之间的1/2距离加上甲板纵桁间距的1/2中的大值，就是支撑区域的平均宽度b。

2.3 舱壁

（1）平面水密艙壁板。平面水密舱壁有着多种形式，分别是干货仓壁、深舱舱壁和防撞舱壁。所以在实际的制造过程中，对各个舱壁的性质应当做出区分，这样才能选择出正确的K值和c值，得出我们需要的板厚。所谓的深舱是去除双层底之后的压载舱、燃油罐和水舱。因此，这些舱室的两端应视为深舱壁。同时，应注意，根据相应的舱壁计算，双壳船和单舷长开船的货舱的前后横向舱壁的厚度应增加0.5mm。1）计算舱壁板高度的公式：高度h=梁拱+甲板边线高;假如是深舱的话，则需要在原有的基础上加上0.5m，也就是梁拱+甲板边线高+0.5m，无论是什么样的情况下，舱壁板高度都需要大于2m。2）根据舱壁的性质，来选择系数K和c。3）将整个舱壁中各扶强材间距当中的最大值当做扶强材间距s。

（2）扶强材。一般情况下会竖向布置舱壁扶强材，对于深舱舱壁和防撞舱壁，允许的最大间距是650mm，而对于干货舱壁则有750mm。当具体的数值大于规定数值时，需要结合计算法计算剖面模数，而不能使用规范化的公式。在个体造船中经常会出现没有扶强材，只有垂直桁的情况，并且间距比规定的数值更大，这就需要增加扶强材的数量。1）将各扶强材当中的最大值作为间距s。2）水柱高度h的计算：在计算防撞舱壁和干货舱壁时，保持高度大于2m，取舱壁板高度的一半。深舱舱壁取1/2舱壁板高度+0.5m，且应不小于2m。3）跨距1：没有水平桁，舱壁高度值为准，繁殖，将扶强材端部到桁材或者桁材之间的大值为主，需要注意的是有两个距离，应当选择更大的一个。4）系数K：先确定扶强材的两端固定情况，明确舱壁性质，才能选择正确的K植。

3.船舶结构创新优化设计策略与应用实践

3.1遗传模型结构优化设计

在船舶的创新优化设计中，遗传模型结构优化是基于数学模型变量为基础，通过对其进行优化而产生，采用遗传模型的结构设计主要包括连续变量模型、混合变量以及离散变量买模型。通过与传统结构设计中存在的问题进行分析，不断的研究出全新的算法，按照当前船舶结构的设计特点，将其融入到生物进化知识中，从而衍生出创新的遗传模型设计。通过遗传算法的应用，不需要进行导数资料就可以借助函数来解决之前的问题。有效的解决了在出船舶结构设计优化中的离散性和连续性问题。通过遗传模型结构优化设计，主要采用仿生进化策略实现交叉算子、异化算子以及再生算子。

经过长期的实践应用，这种遗传模型结构优化设计主要适用于一些繁琐的设计环境，通过遗传船舶结构优化设计可以实现有效的应用效果，实现了船舶领域结构设计的突破，对船舶制造业的发展具有重要意义。

3.2智能型船舶结构优化设计

随着智能化的全面普及，船舶的结构设计优化也应该朝着智能化发展，就目前的技术水平来看，船舶的结构设计已经实现了智能型的优化，并结合实际设计情况深入研究了设计问题，并采用数学规划实现最佳船舶结构设计方案，有效的促进了船舶制造业的发展。

例如：在进行船舶结构的优化设计时，采用智能型优化方式进行结构的设计，结合系统内部的专家技术系统，实现了船舶结构的合理优化，并全面考虑实际的应用环境，通过智能型设计方式与经典设计优化方式进行有效融合，实现人工智能的结构优化设计，全面提升了船舶结构的设计效率。

对于当前的船舶制造企业而言，智能型优化设计的方法常用的表现为以下两种：神经网络设计法和专家系统设计法，通过这两种系统实现了船舶结构设计的合理优化，促进了船舶制造的经济效益。

4.结束语

综上所述，随着经济全球化发展，船舶企业得到了迅猛发展，为了有效的提高船舶制造企业的技术水平，应该结合传统的船舶结构设计方式，并基于现代化科技水平，实现创新的船舶結构优化设计方法，开创了模糊优化方法、遗传优化方法以及智能型优化等多种方式，促进了船舶结构设计的优化效果，实现了船舶企业的稳定发展。

参考文献：

[1]陈映秋.IACS CSR 中的计算力学的应用及对传统船舶设计方案的影响—— — 兼论风险设计方法的发展趋势 C//2016，15（04）：184-188.

[2]阮雪榆，周雄辉，崔振山，等.数字化制造技术及其在船舶智能设计与优化中的应用 C//2016，08（14）：204-208.

[3]徐雯珠，曹晓伟.我国船舶设计建造技术现状及展望[J].科技创新与应用，2015（23）：166.