关于船体结构设计方式的分析

卢燕涛

招商局重工(江苏)有限公司 226500  江苏省

摘要：造船行业是我国极为重要的生产行业,其结构设计对于船体和船只的影响极大,做好其设计则可以有效提升船体的应用质量,促进船只的服务效能。基于此,本文就船体结构设计方式进行分析,希望可以为船体的优化设计提供借鉴。

关键词：船体结构；设计方式；

引言

随着科技的飞跃性发展，对船舶构造的创新需求日益凸显，既要保证其结构坚固以承载庞然重量，又需追求艺术美感与功能性并存。这无疑推动了船体结构设计向精细化和标准化迈进。然而，尽管技术日新月异，船体设计依然是一项精细且耗时的专业任务，设计师们必须在严格遵循客户特定需求的同时，巧妙地处理设计与建造过程中错综复杂的各个环节，以实现完美的航行解决方案。

1.船体结构设计理念

一个创新且严谨的船舶结构设计思维模式，对推动构造设计进程及整体效能的升级具有关键性的影响。从设计策略的核心出发，它着重于以下几个关键环节：首先，深入理解并把握船体制造的整体工程规模，因为船体设计占据了整体构建任务的三分之一，且集成了多领域的复合任务，专业要求繁复多样。其次，船体构造的施工细节需精细考量，包括验证施工环境并据此定制最适宜的建造蓝图，同时确保图纸的精确性和实际操作的可行性。此外，强调团队协作与沟通至关重要，这有助于提升工作的连贯性和效率。简而言之，船体结构设计需从全局视角出发，确保设计流程的流畅与整合性。

2.船体结构设计方式分析

2.1明确船体结构设计要求

在船舶设计的初期阶段，安全性是首要考量，结构设计需严格遵循力学原理以确保与航海环境相适应。必须依据实际的海洋法规，全面评估水流和气候条件对船体结构强度的影响，以确保其满足航行需求。在塑造船体外部轮廓时，应兼顾航行效率的标准。为了确保设计的准确性和有效性，积累和提炼实践经验至关重要，设计过程应借助科学的思考和计算方法。

结构安全的本质要求是建造工艺需与设计规范相匹配，施工时必须考虑选用材料的实际性能。在船体设计中，预测因素和实用因素具有决定性作用。从安全性的视角看，设计的核心目标是实用性。从经济效益的长远角度看，设计师应基于预算实际情况优化使用技术，力求在安全性和效益之间找到最佳平衡。经济设计原则应被严谨执行，以减少材料浪费。在材料选择上，应首选环保、安全且科学的材料，最大程度地体现可持续设计理念。

2.2详细设计

在详细设计阶段，图纸绘制的工作量繁重，它承载着船级社和船东的所有审查任务，包括图纸的绘制和处理修改意见。设计质量的优劣直接关乎造船的成本，以及生产设计和现场施工的效率与质量。船体结构设计的核心在于确保在满足总体设计要求的同时，依赖设计师的经验，确保船体功能的有效发挥。

评估船体结构设计质量的关键指标包括：安全性，即在各种外力作用下，设计需确保船体具备足够的强度和刚度，以保障船舶的正常使用；适用性，针对不同类型的船舶，设计需针对特定的使用场景进行，确保其功能性匹配；整体性，船体各部分结构相互关联，设计需协调统一，构建一个有机的整体；工艺性，采用高效工艺流程，提升设计的合理性与执行效率；经济性，作为首要考虑因素，因为船舶建造涉及大量资源投入，设计时必须兼顾成本效益。

在适用性这一基准上，船体的安全性被视为基石。通过强化工艺性，实现整体性目标，并最终追求经济可行性。船体结构设计的主要策略包括确定性设计，进一步细分为规范设计和直接计算设计。规范设计依赖于船舶的尺寸和用途，遵循相关法规来规划构件布局和尺寸。而直接计算设计则弥补了规范设计在提供精确尺寸上的局限，利用结构力学原理，直接计算出各部件的受力情况，从而提出具体的构件设计构想。此外，结构可靠性，基于概率论理论，旨在确保在预定条件下的可靠运行，常用于检验结构构件的强度和尺寸设计的准确性。

2.3设计型式研究

船舶的主体构造主要采用板架结构，即结合了板材和型材，通常被区分为各种特定功能的分段板架，如甲板板架和船底板架等。通过对船体梁的深入分析，可以识别出两种主要的结构模式：大规模型式结构和横纵骨架型式结构。大规模型式的结构设计中，设计师必须重视船体的安全性，选用的板材需满足基本的承载需求，以保证在恶劣条件下具备足够的强度，维持船体整体结构的稳定性，从而增强整体安全性。另一方面，对于横纵骨架型式的船体，如干货船设计时其长度应限定在10m至120m之间，L/D比例不超过12。在这种情况下，船底外板的厚度不应仅基于强度考虑，而是要根据磨损和腐蚀状况进行合理设计。同时，弯曲矩不宜过大，中剖面模数的数值也应适中。由于船底容易触礁且缺乏防护，因此船底结构的设计必须根据实际磨损情况进行。至于舷侧结构，其设计应根据横舱壁间的距离来确定船底与甲板之间的间距。

3.船体结构的设计方法

3.1确定性设计法

船体结构的设计策略主要划分为两个类别：一是规则导向设计，这种方法以船舶的基本尺寸、构造模式以及运营和建设需求为出发点，严格遵循船级社的建造规范，用于设定组件布局和规格。设计过程涉及全面的强度评估（包括总强度和局部强度），同时着重于结构的稳定性和安全性。如果发现任何潜在问题，设计师会依据这些反馈对初始方案进行修正，并针对性地增强薄弱环节，直至满足预设目标。另一种方法则是直接数值计算设计，也被称为参数化设计。这种方法依赖于设计师的专业结构力学知识，针对特定船型和组件配置，超越规范中详尽列出的所有参数，直接进行精确的强度分析。这种设计方法确保了船体结构在力学上的高效合理性，允许设计师预先设定优化目标，实现精细化的性能优化设计。

3.2结构可靠性分析法

在确定性设计方法中，船体结构的各类参数被视为恒定不变。安全系数通常体现为强度的额外储备，导致普遍观念认为结构是坚不可摧的。所有船体结构，不论其船型或构造，均依赖于三维板梁组合体系。因此，即使单个构件失效，荷载会自动重分布，结构仍能维持运作，除非大量构件同时失效。这激发了对船体构件破坏原因及破坏影响的研究，以期运用概率方法评估结构的可靠性。结构可靠性定义为结构在特定时间和环境下实现预期功能的可能性，即结构功能达到极限状态可视为失效。当前，我国采用的基于概率论的全概率分析法在结构可靠性方面仍有局限性。近年来，海洋工程和船舶领域逐渐推广结构系统风险评估和决策支持，全球主要船级社已制定相应的风险评估标准和指南。

4.结束语

综上所述，当下是我国船体生产及制造业最为重要的发展时期，为了能够更好地把握住这一发展契机，就需对船体整体结构的设计方式开展综合性的分析及研究，不断提升船体整体结构设计的专业化水准，让我国船体生产及制造业逐步迈向新的发展征程。

参考文献

[1]吴海冬，谢永和，邹海江，黄俊.船体结构设计方式的分析与阐述[J].江苏科技大学学报（自然科学版），2020，10（06）：259-260.

[2]刘建峰，吴本华，周应生，蔡金伟，等.船体结构设计及建造的细节处理[J].浙江国际船舶工业博览会暨学术论坛，2021，19（08）：116-117.

[3]余娟.探究船体结构生产设计理念构建[J].珠江水运，2019（17）：88-90.

[4]陈静,张攀,肖汉林,等.大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法[J].中国舰船研究,2020,(5).27-32.