船体结构设计与建造细节优化处理分析_豆正伟.pdf

第 31 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.31 No.1Jan.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言船体结构设计要根据船体的实际使用要求，在设计初期进行详细调研，制定出符合预算和实用性要求的具体方案，并采取相应的技术措施。这样，设计者就可以根据有关知识，迅速地建立起高品质的产品。因此，以知识为主体、以知识为核心的知识工程是船体设计的一种新的发展趋势。1 船体结构设计流程分析1.1 制图阶段在整个设计阶段，必须提供结构设计图、整体剖面图。根据相关的专业知识和丰富的经验，设计者必须严格控制船体的设计尺寸、相关的零部件和连接方式，并根据用户的个性化需求，制定切合实际的、合理的规划设计方案，使方案更具科学性和可操作性。另外，对已经制定的计划，要多预留一组替代方案和改善方案。其目的是根据工程实际情况，进行一系列的优化，节省工期和建设费用。这一阶段的图纸设计是整个后续工作中最关键的一步。相关设计人员需要将相关尺寸、零件尺寸编号、不同部位的不同焊接方法，在图纸上做好标记。CATIA V5 包括 3 个船体结构设计模块SFD，SDD，SR1，主要应用 SFD，SDD 模块进行船体结构 3D 设计，利用这2个模块基本上可以构建出所有的船体结构零件，在 SFD 中建立一些总体结构，如各层甲板、各个舱壁、船体结构设计与建造细节优化处理分析豆正伟，原跃峰，钱汝娟，周涛涛（扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225211）摘 要：当前，世界各个国家的船舶设计水平和技术能力都已经达到了相当高的水准，但在设计中常常忽视某些细节，使得船舶在建造和交付使用后出现了很多问题。船体结构设计是影响船舶强度与安全性的关键因素，而对其进行细致的设计与处理则显得尤为重要。本文对船体结构设计与建造细节优化处理分析，明确船体结构设计的具体内容，总结细节优化处理措施，确保船体结构设计质量显著提升。关键词：船体；结构设计；建造细节中图分类号：U663.2 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.01.021引用格式豆正伟,原跃峰,钱汝娟,等.船体结构设计与建造细节优化处理分析 J.船舶物资与市场,2023,31(1):62-64.收稿日期：2022-10-19作者简介：豆正伟（1987-），男，本科，工程师，研究方向为船舶与海洋工程。纵骨、肋骨、舷侧纵桁、骨材等大构件，在 SDD 模块中建立肘板、型材贯穿孔、补板等小构件。在建完所有的构件后，最后一次转入到 SR1 模块中，在此过程中可选择自动去掉板的干涉部分，生成正确零件形状。这一设计过程如图 1 所示。船壳SFDSDDSR1整船或较大区域框架设计 分段设计为出零件图准备参照系标准库节点库项目环境设置壁板型材型材修正零件型材端部设计开孔开孔图 1 制图阶段1.2 辅助设计在建造船体时，必须要做到标准化和精准化，并且对每一个细节都有着严格的控制。辅助设计包括强化阶段、永久环的安装、脚手架的安装等。因此，在实际安装中，关键在于如何正确地确定其安装位置以及如何选取最优的安装方法1。另外，正确地安装位置和最优的安装方法也要根据具体情况和船体自身条件来考虑，而不是主观选择。其目标是确保船体自身的安全和整体操作效率，从而节省大量的时间。在这种辅助设计中，可以合理地将各工序进行二次分割，从而有效地减少二次作业，节省大量的施工时间，并为以后的工作提供充足的时间，确保项目的执行质量。第 1 期 63 1.3 前期工作这一阶段没有特别复杂的需求，主要是为下一步的施工做好准备。在此基础上，应考虑到不同船型的准备工作，并不能一概而论。为确保各项准备工作的顺利进行，必须按阶段、分层进行。1.4 建设阶段的管理施工管理阶段的实施重点是现场的实际状况，在具体的施工过程中要求更多地根据实际情况出具工艺单、修改单、验证单等。将所发出的有关文件编制成一套完整的文件管理体系，使工艺和变更更加紧密。在整个船体结构制造中都需要将相关的流程进行实时的整合，不断优化设计流程，解决和改进设计中的问题，并根据具体情况，进行更人性化的改进。2 影响船体结构设计的因素分析2.1 作业场所因为海洋中的腐蚀性物质会对船舶造成腐蚀，从而引发一系列问题，因此必须对船舶进行定期的维护和检查，如果不及时进行维护，造成的损失将非常严重。此外，因为天气的原因，经常会遇到狂风暴雨，船体结构也会受到损伤。以上这 2 种情况都会导致船舶的结构问题。船舶在航行中往往会遭遇巨大的海浪侵袭，若程度轻，会使船舶发生轻微的震荡，若程度严重，会导致船体弯曲，甚至使船舶倾覆。而且，海浪还会对船舶的航行产生一定的影响，海浪一次又一次地冲击着船舶，会严重影响船舶的平衡，危及船上人员的生命安全。2.2 船身负荷船体的设计工作主要包含以下内容：确定结构的初步方法，根据预算和设计需求，提交材料型号报告，上报船体综合技术。其基本思想是既要注重实用，又要经济，既要有较好的承载力，又要兼顾自身和材料本身的重量，所以可以考虑使用一种轻便、节能的合成材料。根据规划流程，设计步骤可划分为基本设计、详细规划、工艺技术需求，并逐步实施。初步计划是按照技术规范和要求，对设计工作进行框架化的结构化，编制基本的图纸，并按照计划和技术要求编制材料、部件的型号和耗量的预算，编制预算，确定船体的尺寸、结构方式。初步设计是有框架的，具体设计要根据批准的文件进行修改，要充分考虑到施工的各个环节，然后根据图纸的不同，对构件的型号、材质进行重新定位，形成一个比较完整的体系，然后将图纸交给审批部门。在进行船体结构设计时，必须充分考虑船体的实际建造安全和实用价值。当安全性达到一定程度时，必须对其外观进行优化。因此，在进行船体结构设计时应充分考虑到各种力学和审美因素，以保证整体设计符合机械和审美要求。为了保证船舶的稳定性和安全性，设计者还可以利用相关的航海规则，充分考虑天气和风向，从而保证船舶的耐风能力和承重能力。从而使整个运行项目具有一定的科学性、可信度，确保特定作业的安全性。其中船体的稳定性，就是根据船体的实际情况，来确定船体的动力供应。为了使全船的稳定性达到有关的先进科学设计要求，并根据具体情况采取不同的处理措施，以增加对船体在操作时各方面的性能指标的重视2。另外，在建造的过程中也不能忽视资金的合理配置，相关的船型设计师必须要对资金做出合理的预算，并且能够有效地使用这些资金，以防止在使用时出现资金不足、材料浪费等情况。超载也会对船舶的航行造成一定的影响，包括自身的重量、海水的浮力、风力以及装载的货物。如果超载，会造成船体爆炸、碰撞等事故。因此，在设计时必须要考虑到负载的问题，这是一种可以减少设计风险的方法，它必须要由专门的结构来处理，这样才能保证船舶的稳定。2.3 船体结构类型船体的主要形式是板与型材的结合，也称为板框架。根据其所在的位置和用途，可以将其分为几个不同的板架，例如船底、甲板、舷侧板和船板。通过对船体的分析，可以看出，甲板和底板是船体的上端板和下端板，而舷侧板就是船体的腹板，它们的用途和结构也各不相同，一般分为纵向和横向 2 种。大型船体的结构设计需要相应的结构形式来适应实际的承载能力。甲板与船底可以采用纵向承重框架，以提高船身的安全性，而板的受力必须达到极限值，船舷应按实际设计的水平构造，以确保承载力均匀，并具有良好的载重性能；横向设计的另一个优势是占地面积较小，可以为船体设计提供更大的空间。在纵梁组装时，由于纵梁与纵梁之间存在着许多界面，因此在某些情况下，纵梁与底板也是如此。如果是干货轮，则上甲板适合使用横骨架结构，船长在 10130 m 范围内（L/D）12；总体弯矩较低，中截面模数要求较低，局部强度条件占主导地位。上部甲板常放重物，因此，其所受的横向负荷比较大，若采用纵骨架结构，则会对舱容造成一定的影响。船底宜采用横骨架结构：船长在 10 m以下，（L/D）12，船体外板的厚度不受强度状况的影响，而受腐蚀磨损的影响。船底一般很容易搁浅，或在船底用抓斗吊运货物，而在船底没有护罩的情况下，船底的厚度主要取决于磨损情况。船舷结构形式，根据船体之间的距离来确定。豆正伟，等：船体结构设计与建造细节优化处理分析船舶物资与市场第 31 卷 第 1 期 64 3 船体结构设计中的特殊细节3.1 对分块界面进行详细优化在进行传统的焊接工艺时，相关工作者需要对靠近船体底部的船体整体框架进行简单的加工，采用填角焊将其填满，再进行整体拼接。在一系列的灌浆工序完成之后，可以有效地节省下一步的建设时间。后期，当施工人员对界面进行优化时，需要拆除相应的辅助支撑材料，以便节省后期的拼装。尤其需要注意的是，在整段分段时必须严格地确定各槽口的位置，并对具体的槽边区和底板进行科学、合理地划分，以实现对各工序的最佳处理。3.2 对贯通焊接孔洞的优化设计由于船体的用途不一样，所以在进行结构设计时要根据具体的使用情况，对船体的焊接孔进行相应的半径设计，以保证设计的准确性和合理性。同时要严格控制焊接孔的尺寸，并根据船体的具体要求进行尺寸的划分，以减少整体的使用难度。4 制造中的特殊细节处理需求4.1 肘板末端的细节优化肘板底部的缝隙设计和焊接非常关键，特别是肘板的底部和主甲板之间的接合点。在实际使用时，要尽可能地避免出现操作方面的错误，从而减少由于边角填充而带来的不必要的损失。在日常工作中，由于肘板的基座太过平滑，会造成轴承和支座的一些结构发生新的碰撞。为了避免不必要的人员伤亡和结构损坏，工程师们会将靠近舱门两侧的肘板垂直摆放，这样可以降低碰撞的概率，从而保证船体的整体稳定性和使用的安全性。这样既可以减少船舶本身的损失，又可以大大降低工程的难度。在船体构造施工中，首先要对肘板的末端进行加工。在进行弯头加工时，工作人员应首先考虑到传统的过度肘板易与开舱机座基础加固结构发生矛盾，在许多情况下，肘板与主甲板之间的填角焊在操作中易产生裂纹。所以，为了避免与开舱机架支座的加固结构发生冲突，工人只能在舱口围面板侧壁上进行纵向肘板的过渡，这样可以合理地提高船体的加工强度，同时减少施工困难。其次，作业人员在完成肘板的加工时，必须按照船体结构相贯切口与补板的相关规范进行操作，以达到更好的处理效果。4.2 底板结构的优化设计在设计和制造一艘船时，最重要的一步是安装底板，前提是要确保整个工程的施工质量，并在保证施工质量的基础上，对工程的后期施工进行安排，并采用科学的施工工艺。首先要对船舱底部的质量进行检验，再进行下一步的检测。必须严格遵守相关的顺序，否则，一旦出现顺序混乱，将会给整个施工带来严重的影响3。在运行时，会发生一个非常特殊的现象，那就是当船体的底部是外部时，由于船体为流线型，所以必须要等到所有船体都完成才能够进行定位，这是一个非常复杂的工作，非常考验工人的技术能力，而且在实际的安装过程中很有可能会出错，很难把握好时间。4.3 细部优化处理断裂梁梁柱断裂是一个不可忽略的问题，如果能对断裂梁进行有效而安全的处理，那么整个施工过程就会变得更加顺畅和安全。总体来说，要对断裂梁进行全面的定位和分析，对各作业点进行分段作业，各部位均进行焊接。4.4 测深管底压板的详细设计一般来讲，测深管底板上的测深垫，都是在下一道工序之后进行的，而像底板这样的情况，则是在测深管道到位后，才能对其进行定位。这样做无疑会给建造带来很大的难度，不仅会增加工期，而且还会降低工作效率，让整个船舱的设计方案都受到质疑。所以这种问题可以通过调整侧边垫片的位置而得到解决。如果预先将测深垫置于测深管道的底部，则在测深管道的底部设置一个长孔即可。5 结语船体建造的每一个细节都非常关键，它是一个非常复杂的工程。其核心是要对实际需求做出合理分析，并在施工和设计中进行详细的优化。在设计和制造个性化船型的过程中，还有很多值得研究的问题，希望每一个细节都能更好地体现出来，并得到完美处理。为此，应在设计阶段对这类问题进行总结，并通过具体方法，对其进行细致的优化与改善，以减少工艺上的难度和设计上的不足，进而提高船体结