論船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式

趙博

摘 要：為保障船舶安全穩(wěn)定航行，在船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足應(yīng)力、變形、動力特性、穩(wěn)定性、使用性和可靠性等相關(guān)要求，同時(shí)也要結(jié)合實(shí)際工程特點(diǎn)，建立有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，從而滿足船舶安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。文章探討了船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題及對策基于此，本文就船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行分析，希望可以為船體的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

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

1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)處理的問題

船體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是以一定質(zhì)量與型式的建造材料為基礎(chǔ)。它保證船體的結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)者應(yīng)首先考慮的問題。否則就有可能出現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)的變形、破壞，影響其使用壽命，甚至發(fā)生危及船舶及人命、財(cái)產(chǎn)安全的事故。但是，若構(gòu)件尺寸過大，強(qiáng)度過剩，又會造成材料浪費(fèi)、成本加大，造成船舶自重增加。有時(shí)甚至對局部強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響?？梢?，這又是矛盾的。長寬比小，穩(wěn)性要求高，總縱強(qiáng)度要求小。我們在設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足船級社要求的前提下，盡量減少縱向構(gòu)件尺寸，局部作加強(qiáng)。我們考慮到每航次作業(yè)時(shí)間較長，又是多用途，必須有足夠的艙容積。一般艙室多，艙小，施工工藝難度大，必須充分地考慮結(jié)構(gòu)工藝性要求，最大限度地?cái)U(kuò)大分段建造范圍。同時(shí)考慮減少立體分段，合理布置焊縫，盡量選擇自動焊與二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，以減少焊接變形及焊縫總量，改善施工條件，避免在封閉狹小的環(huán)境下施工。盡量簡化結(jié)構(gòu)，使船舶結(jié)構(gòu)型式與構(gòu)件連接方式能兼顧建造施工及船舶的維修和保養(yǎng)。

結(jié)構(gòu)的布置與尺寸應(yīng)與輪機(jī)、電氣等緊密配合。艙室結(jié)構(gòu)要有適當(dāng)合理的凈高，機(jī)艙的結(jié)構(gòu)則要求不應(yīng)妨礙機(jī)器設(shè)備的安裝及日后船員操作、維修、使用及便利。

2 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式分析

2.1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件

在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮其實(shí)用性能，在使船體結(jié)構(gòu)安全性得到保證的前提下使船體外觀變得更加美觀。在船體的設(shè)計(jì)理念中，穩(wěn)定性處于基礎(chǔ)地位，船只結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與相關(guān)力學(xué)條件符合。運(yùn)用實(shí)際的航海定律，充分考慮水位與天氣因素所造成的影響，使船體結(jié)構(gòu)的承重性能得到充分保障，在設(shè)計(jì)船體外部形態(tài)的過程中，應(yīng)當(dāng)滿足航行動力的相關(guān)要求。為了保證設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性與合理性，應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累與總結(jié)工作，運(yùn)用科學(xué)的方式方法進(jìn)行構(gòu)思與計(jì)算。

關(guān)于船體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的要求方面，指的是建造技術(shù)水平應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)條件相適應(yīng)，在建造的過程中，應(yīng)當(dāng)對設(shè)計(jì)參考材料的具體功能進(jìn)行認(rèn)真考慮。

在設(shè)計(jì)船體時(shí)，預(yù)估因素與使用因素占據(jù)非常重要的位置。從安全性這一角度出發(fā)，船體設(shè)計(jì)的根本要求就是其實(shí)用性。從之后所投入使用結(jié)算成本的角度出發(fā)，作為設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的預(yù)算情況，開展相關(guān)使用技術(shù)的改進(jìn)工作，確保實(shí)現(xiàn)安全與利益的最優(yōu)結(jié)合，認(rèn)真貫徹并落實(shí)經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)的原則，最大限度地減少材料浪費(fèi)狀況的發(fā)生，在選擇所運(yùn)用的材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮并最大程度地運(yùn)用環(huán)保安全科學(xué)的材料。

2.2 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

1）前期設(shè)計(jì)。在前期規(guī)劃工作開展的過程中，主要根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與有關(guān)設(shè)計(jì)要求條件制定框架性的設(shè)計(jì)任務(wù)。對基本的圖紙預(yù)想稿件進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)有關(guān)預(yù)計(jì)方案與相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，制定材料與零件規(guī)格和用度預(yù)算計(jì)劃，并作出相關(guān)的預(yù)算總結(jié)，深入開展船體尺寸大小與結(jié)構(gòu)方式的設(shè)計(jì)工作。

2）詳細(xì)設(shè)計(jì)。船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段，就是大致的設(shè)想階段，具有一定的框架性，根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求與規(guī)定，根據(jù)相關(guān)的審批意見與建議，注重開展相關(guān)設(shè)計(jì)的修改工作，對制造建設(shè)進(jìn)程中的詳盡細(xì)節(jié)最大程度地予以考量，對所有構(gòu)造器件的型號與材料質(zhì)量，注重開展多次的確定工作，確保與有關(guān)設(shè)計(jì)的要求與規(guī)定相符合。關(guān)于船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案方面，應(yīng)當(dāng)注重將設(shè)計(jì)方案的全面性與整體性予以突出，當(dāng)繪圖工作結(jié)束之后，應(yīng)當(dāng)與相關(guān)設(shè)計(jì)方案聯(lián)系起來，并將相關(guān)內(nèi)容向有關(guān)審核部門進(jìn)行匯報(bào)。

3）生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當(dāng)重視起生產(chǎn)條件、生產(chǎn)材料以及運(yùn)用過程等問題，關(guān)于實(shí)際的施工說明圖方面，應(yīng)當(dāng)與船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案相符合，滿足船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的相關(guān)要求與規(guī)定。

2.3 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體過程

在開展分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)對組合與鏈接問題予以認(rèn)真考慮，由于設(shè)計(jì)與建構(gòu)工作開展起來十分方便快捷，加之自身規(guī)模比較小，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及檢驗(yàn)工作開展起來十分便捷。在對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段設(shè)計(jì)時(shí)，可以將船體結(jié)構(gòu)分成幾個(gè)部分，結(jié)合各個(gè)部分之間所具有的緊密聯(lián)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。拆分工作中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的首位，亦或是上下結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，在開展分組設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)最大程度地對組合之后的情況進(jìn)行考慮，同時(shí)還要注重開展相關(guān)統(tǒng)籌工作，確保組裝工作的所有細(xì)節(jié)落實(shí)到位。

船體構(gòu)造與材料重量內(nèi)部性能影響著船體組合性能，由于海上惡劣條件的影響作用，船體自身質(zhì)量居于核心地位。在設(shè)計(jì)規(guī)劃船體結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當(dāng)注重強(qiáng)化船體結(jié)構(gòu)的鏈接與加工工作，在動態(tài)改變進(jìn)程中，將質(zhì)量與結(jié)構(gòu)包括進(jìn)來，在過程性計(jì)算中，則包含著載荷能力預(yù)算，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用相關(guān)的系統(tǒng)信息開展整合工作，確保最終承重預(yù)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，與此同時(shí)，對航行條件方面的約束作用，也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行整體系統(tǒng)的考慮。

2.4 船體結(jié)構(gòu)型式

船體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)模式也被稱為板架結(jié)構(gòu)，其是板和型材的組合。根據(jù)結(jié)構(gòu)所在的位置以及自身功能作用，可以通過手動方式，將其劃分為若干個(gè)干板架。在船體梁進(jìn)行分析過程中可以進(jìn)一步明確，上冀板與下冀板分別指的是甲板和船底板架，腹板指的是舷側(cè)板架。由于作用不同，骨架排列模式也就有所不同，通常情況下，可以分為橫骨架式結(jié)構(gòu)與縱骨架式結(jié)構(gòu)。

當(dāng)船只規(guī)模比較大時(shí)，需要應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的承重情況，對相關(guān)的架構(gòu)模式做出調(diào)整。在設(shè)計(jì)船體甲板與底部的過程中，應(yīng)當(dāng)注重運(yùn)用縱向承重骨架，通過相關(guān)支撐力來促進(jìn)船體安全性能的提高。關(guān)于所運(yùn)用的板材方面，在滿足基本的受力條件與要求的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對惡劣環(huán)境中承受力最大值進(jìn)行考慮，在對船舷進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮實(shí)際的橫向結(jié)構(gòu)，使平衡力得到充分保障，確保載重性處于優(yōu)良狀態(tài)之中。在運(yùn)用橫向設(shè)計(jì)的過程中，所占用的空間面積比較小，有利于增加船體的艙容量。

3 結(jié)語

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作量龐大，其中的很多細(xì)節(jié)工作都需要做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)和安排，對其整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程予以優(yōu)化。通過船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的多樣化轉(zhuǎn)變，促進(jìn)整個(gè)船只生產(chǎn)質(zhì)量的提升，促進(jìn)整個(gè)船只能夠達(dá)到更好的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

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