船舶板架结构动力优化设计方法研究

来源:用户上传      作者:

　　[摘 要]随着船舶技术的不断进步，人们为了进一步的探索海洋肯定不满足于现阶段的发展状况，肯定要进行进一步的发展创新。船舶板架结构动力受到多种条件所制约的，优化的过程不是一帆风顺的。而随着科学技术的不断发展，人们运用计算机网络系统可以实现对船舶板架结构动力的优化。在海洋探索方面，运用计算机建立建筑模型来对船舶板架结构动力进行优化，推动我国船舶事业的发展。
　　[关键词]船舶；板架结构；动力优化；设计方法
　　中图分类号：C61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0318-01
　　前言
　　结构在不同的工况条件下会受到地震、振动以及风浪等多种外界激励的影响，这些来自外界的载荷条件会严重导致船舶板架结构的疲劳时间，甚至会出现严重的动力破坏与损伤，这不但会导致船舶在正常服役期间出现主机与螺旋桨故障，同时还会影响设备的运行稳定性以及安全性。随着设计水平的不断提升，为了进一步探究船舶板架结构动力优化的策略，就必须先来认识一下船舶与海洋工程结构环境的载荷来源以及相应的设计基本原理。
　　1 分析船舶板架结构的设计理念
　　通过分析结构内容来分析船舶板架结构的设计理念。船舶板架结构的建造需要多个工种参与，且其工作量占据了整个船体建造工作量的一半。船舶板架结构设计的具体过程分为图纸设计阶段、辅助设计阶段、准备工作阶段和管理施工阶段。其中图纸设计阶段主要包括三大模块，分别是套料图、结构图和加工图。套料图需要对应于结构图里的零件编号、坡口信息和加工流向等；结构图主要包括平面图、局部及整体的截面图、展开图等，通过利用结构图连接好各个部分后再运用其他专业知识对各个结构的优化提出对应改进方案。例如，需要注意船舶板架结构中的切角、透气孔和焊接孔的对应，标注焊接的方法和规格等；加工图主要是指各部分型材和板材等的加工方法、结构等。辅助设计阶段主要为了提升船舶板架结构建造工作的施工效率、节省材料，包括脚手架的安装、强化永久性套环的设计等方面。其中，脚手架的安装是一项复杂且重复的工作，在实际操作过程中，需要结合船体的实际情况确立最佳的安装位置；在设计强化永久性套环过程中，最重要的是其安装位置的设计，考虑到美观、实用性和船体的综合结构等因素，吊环的设计需要进行分段处理，避免二次作业。准备工作阶段主要是为船舶板架结构的制造过程提供准备，一般是以船体的不同结构作为单位分别进行准备，并根据各单位施工的实际情况进行管理。例如，需要对各个阶段进行设计和准备，包括吊环的程序设计、船台的安装顺序等。管理施工阶段主要是指图表的管理，包括工艺项目、报表项目、密性试验及拍片数量等项目。船体结构的施工设计图纸和工艺联系密切，二者同时贯穿于生产过程中。在船体结构的合成过程中，图纸和工艺相互联系、相辅相成，组成了良好的施工工艺，更好的解决施工过程中出现的技术问题。
　　2 船舶板架结构设计主要内容
　　2.1前期设计
　　在前期规划工作开展的过程中，主要根据相关的设计准则与有关设计要求条件制定框架性的设计任务。对基本的图纸预想稿件进行设计，根据有关预计方案与相关设计技术要求，制定材料与零件规格和用度预算计划，并作出相关的预算总结，深入开展船舶板架结构尺寸大小与结构方式的设计工作。
　　2.2详细设计
　　船舶板架结构设计的初始阶段，就是大致的设想阶段，具有一定的框架性，根据实际的设计要求与规定，根据相关的审批意见与建议，注重开展相关设计的修改工作，对制造建设进程中的详尽细节最大程度地予以考量，对所有构造器件的型号与材料质量，注重开展多次的确定工作，确保与有关设计的要求与规定相符合。关于船舶板架结构设计方案方面，应当注重将设计方案的全面性与整体性予以突出，当绘图工作结束之后，应当与相关设计方案联系起来，并将相关内容向有关审核部门进行汇报。
　　3 分析船舶板架结构形成缺陷的原因
　　3.1结构蚀耗
　　结构腐蚀在船舶板架结构缺陷上十分普遍，而且相对来说这种结果产生的威胁性也比较严重。结构腐蚀有两方面原因造成，一般是环境状况引发，一些涂层接触面，接触到酸性货物或海水时产生，这时外部因素。环境因素则包括潮湿度及温度等，也属于外部因素，而内部因素则和船板的钢材属性和内部应力大小有关。主要腐蚀行为又电化学、应力、空泡、海洋生物及疲劳腐蚀等等。
　　3.2超出正常负荷力
　　船板经常承载一些过重货物，有时可能还伴随着超出原本船板负荷力的情况发生，长期以往，便会造成因外力过大而带来的船板结构损坏。
　　3.3意外事故
　　碰撞、搁浅、浪损和装卸货物及触焦等行为撞击，都会造成船舶板架结构出现超荷现象，造成结构缺陷，这种结构缺陷的特点是大多由意外事故造成。
　　3.4设计失误
　　设计失误最典型特点就是某个部分经常会在同一处位置发生多次正常试用下的损坏现象，在排除其不是因为正常受力及腐蚀原因造成的缺陷后，便可以确认为是因为结构设计失误因素而造成的损坏。
　　4 船舶板架结构损伤分析
　　4.1船底肋板和扶强材的变形损伤
　　根据船舶与海洋工程结构极限强度分析与计算方法的假设，可以得知船体整体的纵向结构与其极限强度密切相关，所以，对于船体底部的肋板以及位于肋板上面的扶强材出现的损坏和变形不需要进行太多考虑，只需要对肋板在变形的时候发生的能量消耗进行关注即可。船舶底部的肋板变形大致可以划分为两侧和中间这两部分。肋板两侧部分对由于船体底部受到礁石的碰撞的波及而导致变形，而中间部分则是直接受到礁石的作用力而产生变形。
　　4.2船舶外底板和纵骨的变形损伤
　　当船舶出现了搁浅事故的时候，船舶的外底板的纵骨深度通常会小于礁石的对船底的撞击深度，而且由于纵骨会受到礁石的擠压和冲撞作用，直接达到整体塑形的状态，所以在船体的结构极限强度中不能发挥出任何作用。因为纵骨的结构极限强度失效，所以在计算和分析的过程中对受到损害的船舶底部的外板也由之前的多个纵向加筋板单元变换成一块横向的加筋板单元。
　　5 船舶板架结构动力优化设计的具体方法
　　5.1船舶与海洋平台结构动力优化设计
　　船舶与海洋平台的结构动力优化设计活动中最大的限制因素就是结构动态响应与设计变量之间的关系。由于两者的关系属于高度非线性，所以在实际设计优化过程中只能够通过可行域对其连通性进行判断，所以优化的难度相对较大。根据国内一些学者的研究情况来看，通过可行域调整、一维搜索以及自适应运动极限调整等方式能够优化求解算法，让优化设计的结果更加接近实际数据。马红艳等人通过实际环境载荷对海洋导管架的平台结构进行了研究，同时也对导管架的海洋平台结构进行了尺寸以及形状方面的优化，提升了非线性设计的可能性，也为实现船舶与海洋平台结构动力的优化设计提供了新的思路与方向。
　　5.2夹层结构力学特性优化与设计
　　金属夹层结构具有良好的机械性能，其不但重量轻、强度高，而且具有良好的隔音性能与隔热性能，通过特殊的表层处理还可以获得不错的耐腐蚀性，所以在夹层的结构力学优化与设计中应用极为广泛。目前最为常见的夹层结构就是上下面板与中间芯层组成的夹层结构，其按照结构形式可以分为连续型以及离散型两种不同的形式。其中结构形式为连续的力学性能更加稳定，离散型的则具有更高的强度，在一些特殊的夹层结构设计中的应用也相对广泛一些。
　　结语
　　人类对于海洋的探索是一个漫长的过程，需要不断地技术革新，建筑模型是运用当今互联网技术对于船舶板架结构的安全与稳定进行一系列的研究。对于不同质量不同种类的船舶板架结构应该有不同的研究方法，这就要求决策者根据实际情况，坚持实事求是的态度，选取适合的方法进行研究，减少误差，使得船舶更加安全稳定地航行在海洋之上。
　　参考文献
　　[1]何力.船舶板架结构动力优化设计方法研究[D].华中科技大学，2011.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15325385.htm