关于船舶结构优化设计方法的研究 黄格

关于船舶结构优化设计方法的研究黄格

发表时间：2019-08-05T16:13:21.780Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：黄格

[导读] 随着科学技术在船舶制造中应用的逐渐普及，我国的船舶制造工艺、质量、效率等都有了进一步提高，为海上运输的安全性提供了有力保障。

武汉船舶设计研究院有限公司湖北武汉 430060

摘要：随着科学技术在船舶制造中应用的逐渐普及，我国的船舶制造工艺、质量、效率等都有了进一步提高，为海上运输的安全性提供了有力保障。为了更好地优化船舶内部结构设计，使之更加符合时代的发展需求，就必须要在提高现有优化方法的基础上，重视对新理念、新方法的研究，突破原有技术的局限性，积极开拓创新。

关键词：船舶结构优化设计方法

引言

随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律，而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。

1.船舶结构设计的方式

1.1船舶结构设计的设计理念

对于船舶结构的设计首先就要对其设计理念、建设内容进行具体的分析。这最先要分析船舶将来进行任务的总量。船舶结构的工程量十分巨大，在通常条件下，它是多种工程建设的一个基础性、综合性的工作，为此，船舶的设计过程当中涉及到了一些其它的专业，因此，在进行船舶设计时，一定要做好充足的准备工作。

1.2船体结构设计的设计要求

船体结构设计一定要具备使用性，并且在保障船舶航行安全的情况下，进行具体的外观设计、美化。船舶在海洋当中安全航行是进行一切工作的重要保障，在设计过程中，一定要确保船舶的稳固性，符合力学建设的原理，并且要对海洋环境进行分析，要对航海过程当中的气候、水文条件展开充分的考虑，使其能够更好的对航海过程当中的极端性天气具有足够的准备。设计船舶一定要进行全面性的考虑，实现建设的科学性。

更好的实现结构稳定是设计所需要的技术能力一定要做好配合，在进行建造时一定要保证建造材料的质量。比如，船舶建设使用的板材一定要足够的适应船体的弯曲度，厚度适中。不能为了过度追求成本而使用残次的材质。

设计过程当中必须高度重视设计角度，并且将其充分纳入参考系统当中，船舶的船体、以及甲板等部位的设计一定要按照现实的装载要求进行科学的设计，做到人员以及货物能够被充分的空间所包纳，并且也应该考虑到船舶的安全性以及舒适度。

2.船舶结构经典优化设计方式

2.1 准则优化设计方式

准则法是在力学相关知识和工程设计相关经验的基础上，创建出来的优化设计方式。这类船舶结构经典优化设计方式，在符合所有约束限制的设计方案内，选择最佳的准则法设计方式。

准则法经典优化设计方法的优点包括：（1）物理层的作用比较清晰，能够更好地开展分析工作；（2）准则法计算方式比较简单；（3）在具体的计算环节里，结构分析的次数较少；（4）计算过程中收敛速度较快，在最初使用传播结构优化设计的时候，这类设计方式得到了广泛的应用。准则优化设计方式的缺点包括：（1）无法确保计算结果的最优化；（2）收敛性难以验证；（3）在优化过程中，设计工作人员需要按照实际状况完成各项工作。

基于准则法的缺点，将其融入了形状优化内，通过实践形状优化设计方式，能够有效避免应力集中问题。若是力学模型中涉及大量的变量，使用这类方法能够简化设计环节。目前，在一般的船舶建造工程内，常见的准则法包括：位移准则法、能量准则法、满应力准则法。

2.2数学规划设计方式

随着准则法的不断发展，相关专家学者对数学规划也展开了探讨，在1970年，相关学者创新了结构优化定义，为规范法注入了活力。通常情况下使用的方式为：单目标排序法、降维法、函数评价法等。在使用过程中是将多个目标进行规范，简化为单个目标，通过优化单个目标进行实现设计方式的优化。

数学规划法是在规划论的基础上存在，由于理论较为全面，因此使用范围也比较广，数学规划法自身还具备一定的收敛性。但是在应用中依旧存在一些缺点，主要包括：（1）计算环境较为复杂、收敛耗费的时间比较长，特别是是在变量较多的情况下，收敛耗时比较明显；（2）在计算上还存在一些隐性缺陷。

针对上述问题，相学者进行了改进，在规范法中融入了准则法的优点，依照力学的特征进行了完善，其完善范围包括：选取显示、导入倒数、制约功能、连接变量等方面，很大程度提升了运算速度。

3.船舶结构的完整性检查

船舶的甲板、舷侧及船底骨架无论是在何种结构条件下，都应具备良好的连接性，以便使船体结构整体性完整。对于纵向骨架过舱壁处可以采取以下形式进行良好的衔接：①用有面板或折边的肘板与舱壁或垂直桁（扶强材）连接，肘板直角边长等于骨架高度，厚度和面板尺寸与骨架相同。②将骨架面板在1个肋距内逐渐放宽，至舱壁处为原宽度的2倍，并与舱壁焊接。③骨架在1个肋距内升高至原高度的1.5倍，面板相应延伸至舱壁，并与舱壁焊接。

在船舶骨架上连接有效的框架对整个船体结构的影响非常严重，因此应着重注意避免出现错位、断头或未能有效连接等错误。

主要问题：舱壁两侧的纵向构件不连续；纵向构件在舱壁处终止，形成断面；横向甲板、舷侧骨架与船底实肋板安装错位或没有效连接；纵向构件过舱壁处欠缺加强的过渡区域。

4.提高船舶结构优化设计方法有效性的措施 4.1提高设计者专业水平

早期的船舶结构优化设计方法研究，需要设计人员具有丰富的工作经验，而在智能优化方法研究中，已经在一定程度上降低了设计经验对计算结果的影响。虽然智能化在船舶结构优化设计中的应用已经大势所趋，但仍有部分设计人员尚未接受新型设计理念的应用，从而造成船舶结构优化有效性的降低。因此，必须要重视对设计人员专业水平的提高，鼓励他们积极学习先进的设计理念和设计方法，并在实践中不断深化对相关专业知识的理解，为我国船舶业的稳定发展贡献力量。

4.2算法的进一步优化

随着我国船舶业的不断发展，越来越多更加科学的算法被研究出来。对于不同的船舶结构来说，所选用的算法也不尽相同。因此，如何提高所选算法的有效性，已经成为船舶结构优化设计中面临的一个主要问题。首先，设计人员应加大对现有算法的研究力度，降低无关因素对算法准确性造成的不利影响；其次，树立创新意识，结合优秀的船舶优化案例，不断研究更符合我国船舶业发展需求的优化设计方法。

5.结束语

对船舶结构优化设计方法的研究，我们得出在进行船舶结构优化设计的时候，往往会涉及到很多相互制约和互相影响的因素，这就需要设计人员权衡利弊，进行综合考察，不但要进行结构参数与结构型式的优选，而且还要针对具体情况对做出的方案进行评估、优选和排序。通过什么准则对不同的方案进行综合评估，得出最优方案，成为专家和设计人员需要继续研究的问题。

参考文献：

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