船舶结构有关论文范文集,与未来船舶主船体结构的简化方向相关毕业论文范文

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[摘 要]船舶结构研究已有非常悠久的历史.自造船工业诞生起,如何合理确定船舶结构强度,保证船舶营运安全,降低建造成本,始终是造船界十分关注的重要课题.近二十年来,随着现代科学技术的飞速发展,船舶结构的研究已取得了很大的进步,使得船舶结构设计的水平不断提高.但各种新船型、新材料、新技术的涌现,提出了许多新的间题,研究工作者又面临着新的挑战.本文拟结合我国的实际情况,探究船舶结构的发展现状,通过多目标模糊优化设计、可靠性优化设计、鲁棒性设计等方法,对船舶结构简化与优化的若干研究方向的现状和发展趋势作一探讨,提出一些观点以供参考.

[关 键 词]船舶结构；发展现状；结构简化；鲁棒性；优化设计

中图分类号：U663.2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）27-0150-02

1.船舶结构发展现状

早年建造的钢质铆钉远洋货船,舫昵部呈尖形,有舶、舰楼,中部有上层建筑,称谓“三岛式”结构.这种船型货舱底二侧设有污水沟,船壳板通过角钢与上甲板用铆钉连接,货舱口有许多大梁并用插梢梢牢,船壳板并叠铆接.这种结构抗扭性较好,刚度较大,使用寿命也较长.现代远洋货轮主尺度大大增加,舫部加球鼻,艉部削平为三角方昵,上层建筑后移,有的甚至无舶楼,污水沟改为污水井,连接的角钢没有了,货舱口的大梁也没有了,船壳平整.这种结构从模型试验来看,抗扭效果、稳定性都较差,使用寿命很少能超过三十年,大型恶性事故频频发生.这一演变引起我们极大的关注,通过分析实船存在的问题,为什么脂部钢板容易锈蚀,新造的船会出现裂缝（仓口围四角肘板与甲板脱焊）等,并通过模型和有限元计算证实,得出以下观点.

（1）船舶较大部位的严重锈蚀与弯、扭有关巨大的波浪外载荷等外力会引起板材蠕动、材质酥松、涂层撕裂、海水渗入,足以证明有一定柔性的焦油沥青漆都不能复盖牢钢板.

（2）营运船舶是“每弯必扭”,甚至“不弯也扭”船舶主尺度的增加,外力也大大增大,其中扭力不可低估.但肋骨和纵骨不参予船舶的抗扭,甚为可惜,材料潜力没有发挥出来.

（3）船壳板上逐渐严重的垂向或肿部水平向瘦马型和舱底板瘦马型与弯、扭有关.

（4）船是很软的,高边柜斜底板是散货船的致命弱点船舶在大海中航行尤如蚕起伏爬动,不但被广大船员注意到,也被各大船级社在电脑屏上显示出来.

（5）树的结构最为科学树的高度与直径之比远大于超高层大楼高度与长x宽之比.塔松（如伞、金字塔形）结构稳定,其道理就在树干上长出许多树叉,树叉的根部即树的节疤,将树木展开就可看到不在同一高度的许多节疤,这一高一低的节疤就是“诀窍”,造船业如果引进这一结果,可使舱壁加固,抗扭性可大大提高,舷侧加固,抗弯能力也有可观的提高.

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（6）船舶刚度的提高,目的是要减少无谓的蠕动这可延长使用年限,降低折旧费,改善经济效益.通过计算,采用新的结构形式,船舶自重可以较大幅度地减轻.

2.船舶结构优化设计方法

船舶结构优化设计,就是要寻求合理的结构形式和适当的构件尺寸,使船体结构在满足强度、刚度、稳定性及频率等条件下具有较好的力学性能、工艺性能、经济性能及使用性能.随着计算机的普及和计算技术的发展,建立在计算机分析和模拟基础上的船舶结构优化设计通过吸收有关基础学科的研究成果,借鉴相关工程学科的共同规律,已取得了卓有成效的进展在可靠性设计方面进行了大量的基础性工作在以人工智能原理和专家系统技术为基础的智能型设计方法方面进行了开创性的研究在综合评估船舶结构性能方面进行了探索性的工作.这些研究构成了船舶结构现代设计方法的基本内容.

2.1多目标模糊优化设计方法

在传统结构优化过程中,都是根据确定性条件来进行的,即目标函数和约束条件都是人为的或按某种规定给出的,是一个确定的值.而实际上,船舶结构优化设计过程中,约束条件,评价指标及多个评价指标间的协调,都包含着许多模糊因素.要处理好涉及模糊因素的优化间题,必须借助于模糊数学才能获得令人满意的结果.

模糊优化设计大大增加了设计者选择优化方案的余地,使设计者对方案的性态有更深入的了解.模糊优化设计方法研究发展很快,但目前尚未达到完全实用化程度.其难点在于到底如何针对具体的设计对象,正确确定描述目标函数满意度和约束函数满足度的隶属函数.

2.2基于可靠性的优化设计方法

前苏联首先将概率论和数理统计方法引入结构设计之中,形成了安全度理论.以超载系数、材料匀质系数和工作条件系数来考虑载荷、材料及环境的一些随机性因素,并以此为基础发展成为结构的可靠性理论.

船舶结构可靠性的基本理论和方法,随设计目标要求的不同,可以给出不同的船舶结构可靠性优化设计准则,一般可分为以下三种.（1）给定结构的可靠度要求,使结构的重量最轻；（2）给定结构的最大允许重量,使结构的可靠度最大或破损概率为最小；（3）兼顾结构重量及可靠度或破损概率,使其某种组合满意度达到最大.

2.3鲁棒性设计

鲁棒设计是现代设计方法中的一种重要设计方法,是提高质量特性的一个重要途径.现代鲁棒设计方法是在田口方法的基础上发展出来的方法.通过使用容差模型法、最小灵敏度法以及灵敏度分析法,得到以下结论：（1）容差模型主要解决设计变量的变差对目标函数的影响.设计变量的变差会以一定的规律传递给目标函数.基于容差模型法的鲁棒设计要求目标函数和约束函数均具有一定的鲁棒性.目标函数鲁棒性是指产品特性既要使波动小,又要使偏差小；约束函数鲁棒性一般采用最坏情况容差来处理.（2）最小灵敏度法通过使性能参数对某一设计变量的偏导数最小而求得鲁棒设计解.（3）灵敏度分析法主要是通过估计出设计变量发生微小波动后对目标函数和约束函数影响大小,进而通过这种影响的大小来改变设计变量以达到改善设计质量的目的.3.船舶结构简化方向展望：

现有主船体结构有球扁钢,扁钢,刚板,角钢,槽钢,折边肘板,带面板的肘板等.未来在不降低总纵强度和剖面模数的情况下可以尽量的加强互换性和通用性,不论船型和吨位,都可以提前下料预制,从而减小建造周期和维修难度.新的船体结构形式可以在原有的基础上在以下几个方向做简化.

3.1对新造船第一阶段

（1）线型基本照旧,球鼻照设,肠娓部外板仅作适当鼓起或凹进处理,使船壳板不易出现垂向瘦马型,这就增加了船的抗扭性.（2）三角方尾的娓封板略为单曲面鼓起,如公共汽车车头的驾驶玻璃,其目的也是为了增加抗扭,避免出现娓封板的垂向瘦马型,这几乎是不增加重量的情况下获得的抗扭刚度和昵部横向强度.（3）躺娓部肋骨改为纵骨,这种纵骨参予抗扭.若因钢板太薄,使用焊条太粗引起水平瘦马型也无碍,反而更可增加船舶抗扭性.据肋骨或纵骨对比计算,整段船的自重还可较大幅度地减轻,如今台湾、日本、西德造的船,都采用这一纵向的办法.（4）肿部舷侧外板用交叉肋骨,并与纵衔相结合（或肋骨加斜束腰）.经整段有限元对比计算,重量比常规结构减小,挠度减少,抗扭能力提高.而且整段平面也不易翘曲,刚度大大提高,货仓肋骨脱焊的事将可改观.（5）甲板下的肋骨也交叉,使肋骨或纵骨与板“同舟共济”,减少无谓蠕动,也即减少钢板的锈蚀,并使甲板负荷可以增加.（6）需精确确定外载荷的大小,然后整段计算抗扭刚度,刚度不足,需相应增加舱壁等的刚度.

3.2对旧船原则上与新造船一样

（1）减少无谓的蠕动,具体表现在相对锈蚀严重的部位,在锈蚀严重部位表面௚

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