試論船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中生產(chǎn)工藝性問題及應(yīng)對(duì)研究

楊麗榮 顧慶 王瑩

摘 要：保證船舶在航行中的穩(wěn)定性，是船體設(shè)計(jì)人員的首要關(guān)注點(diǎn)。船舶設(shè)計(jì)需要采用新工藝和新設(shè)計(jì)理念來(lái)設(shè)計(jì)船體，并嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)則，在船舶真正下水航行之前，需要對(duì)船只的密閉性和穩(wěn)定性進(jìn)行查驗(yàn)。針對(duì)船體結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)，工作人員需要重點(diǎn)分析不同材料的功能和特點(diǎn)，根據(jù)材料特性將其科學(xué)的應(yīng)用到對(duì)應(yīng)的船只構(gòu)件中。

關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.063

在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，技術(shù)人員通常利用多種方式來(lái)對(duì)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)行多元化的船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作，這也是順利完成船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重要前提。通過船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案層面來(lái)分析，采取分段設(shè)計(jì)手段可以有效提高船體設(shè)計(jì)的針對(duì)性。同時(shí)由于甲板的厚度是船舶在航行過程中始終維持平穩(wěn)性的重要保障，所以需要對(duì)船舶不同部位的甲板進(jìn)行加密。

1 采用先進(jìn)設(shè)計(jì)工藝對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層優(yōu)化

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員有必要對(duì)船舶甲板的厚度、防水能力以及前進(jìn)動(dòng)力進(jìn)行調(diào)試，也要對(duì)船舶不同結(jié)構(gòu)部位的材料性能進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)存在安全隱患的部位進(jìn)行排查，保證船體各個(gè)部位處于正常工作狀態(tài)。同時(shí)，工作人員需要基于船舶折角保護(hù)器、底板、甲板以及框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)順序，來(lái)優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在對(duì)船體負(fù)載部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到關(guān)鍵部位的受力問題，設(shè)計(jì)人員可以采取分段設(shè)計(jì)來(lái)保障各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)工作的順利，最終實(shí)現(xiàn)船體關(guān)鍵位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

針對(duì)具有雙層結(jié)構(gòu)的船體而言，其不但具有更高的穩(wěn)定性，同時(shí)整個(gè)船體具有更大的儲(chǔ)存空間，這對(duì)船舶的動(dòng)力和航行時(shí)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(lái)承受負(fù)荷。因此，合理的運(yùn)用力學(xué)原理來(lái)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，其在一定程度上可以通過增加船體內(nèi)腔的受力來(lái)對(duì)折角保護(hù)器施加反作用力，這樣可以有效實(shí)現(xiàn)外力的相互抵消，保證整個(gè)船體減少外界壓力。

2 在生產(chǎn)活動(dòng)中使用高等級(jí)鋼完成剖面設(shè)計(jì)，確保船體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定

船體的內(nèi)板和底板是整個(gè)船承受外界壓力最高的部分，該部位需要采用高強(qiáng)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(qiáng)度，也提高了鋼的耐腐蝕性能。同時(shí)，在對(duì)船只的甲板與內(nèi)板進(jìn)行焊接時(shí)，需要配備一定數(shù)量的六角螺絲，這可以大幅度增加底板與甲板的牢固性[2]。

在對(duì)船只結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測(cè)時(shí)，設(shè)計(jì)人員有必要對(duì)船體各個(gè)部位所用的材料性能以及相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行了解，并根據(jù)實(shí)際在船體上的應(yīng)用情況來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)受力分析。為了確保船舶在航行中的安全性和平穩(wěn)性，技術(shù)人員還需要對(duì)船只的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)設(shè)計(jì)船只之后所記錄的參數(shù)進(jìn)行二次驗(yàn)證，根據(jù)船只的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并對(duì)調(diào)整后的參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，最終得出相對(duì)成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 采用新設(shè)計(jì)理念，保證船只行駛安全

3.1 采用新設(shè)計(jì)理念，提高船只遠(yuǎn)航能力

開發(fā)設(shè)計(jì)多功能的船舶，最重要一點(diǎn)就是需要符合現(xiàn)階段全球的發(fā)展形勢(shì)，通過最新技術(shù)和創(chuàng)新理念來(lái)研發(fā)船只，改善船體的穩(wěn)定性和航行能力。例如，船體內(nèi)部的臥室或者控制室等場(chǎng)所的照明設(shè)備可以采用太陽(yáng)能電池板供電，船體的動(dòng)力系統(tǒng)可以應(yīng)用新能源以及汽電混合系統(tǒng)，這樣不僅環(huán)保、節(jié)省資源，還可以提高船只的工作效率。傳統(tǒng)的船舶動(dòng)力系統(tǒng)通常采用的是柴油內(nèi)燃機(jī)，這不僅導(dǎo)致整個(gè)船只的載荷增加，船只發(fā)動(dòng)機(jī)和氣缸的壽命還會(huì)受到影響。針對(duì)船體內(nèi)部核心運(yùn)行系統(tǒng)的供電問題，可以配備一定數(shù)量的蓄電池，無(wú)論是船只處于航行狀態(tài)還是停止的狀態(tài)，時(shí)刻可以通過太陽(yáng)能板來(lái)進(jìn)行充電，以保障電池一直處于滿電狀態(tài)。采用新工藝來(lái)設(shè)計(jì)船體還有很多可以優(yōu)化的地方，現(xiàn)階段我國(guó)船舶的動(dòng)力設(shè)備性能不夠優(yōu)越，可以購(gòu)買國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，提高船只的航行能力。同時(shí)，也可以參考國(guó)外高性能船只的設(shè)計(jì)特色，針對(duì)船只的外形進(jìn)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(jí)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。

3.2 重視操舵實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)配置

針對(duì)長(zhǎng)度約為25米的普通船舶來(lái)說(shuō)，船舶兩柱間的距離約為20米。在對(duì)該類船舶進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員需要有效控制船舶進(jìn)入海水中的深度在2.5米到2.8米之間。當(dāng)船舶處于滿負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，如果需要對(duì)船只的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，工作人員需要通過特定的測(cè)試儀器來(lái)對(duì)船體動(dòng)力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，避免對(duì)船舶的運(yùn)行狀態(tài)造成影響，并將船體的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)控在一分鐘1900轉(zhuǎn)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(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行，則船只的安全性得到了很好的保障。同時(shí)，船只與海水的摩擦力得到降低，船舶的使用壽命延長(zhǎng)。為了使得船舶在安全運(yùn)行范圍內(nèi)高效率工作，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的性能需要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。在保證發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)安全運(yùn)行的同時(shí)，工作人員需要調(diào)節(jié)船舶的舵角，使其始終處于70度左右。在此方面，我國(guó)可以向美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，派技術(shù)專家去進(jìn)行技術(shù)交流和學(xué)習(xí)，掌握國(guó)外生產(chǎn)船舶的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。如果需要對(duì)船體關(guān)鍵部位零件性能進(jìn)行檢測(cè)，工作人員需要在船體處于工作狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)兩種情況下進(jìn)行調(diào)試，其中船體處于工作狀態(tài)的時(shí)間不能低于90秒，在這段時(shí)間中，如果船舶的舵角發(fā)生較大偏差或者船身發(fā)生傾斜，則工作人員需要對(duì)船體發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和船體排水系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到船只處于安全航行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]程維平.某型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2018，51（02）：53-56.

[2]管官，林焰，紀(jì)卓尚.基于知識(shí)的船體結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].船舶力學(xué)，2017，21（04）：472-483.

作者簡(jiǎn)介：楊麗榮（1983-），女，滿族，河北承德市人，本科，工程師，研究方向：船舶結(jié)構(gòu)。