关于船舶船体结构优化设计的研究

国际金属加工网 2020年10月29日

引言

随着航运事业的不断发展,作为重要交通工具的船舶越来越受到人们的重视,船舶的设计与建造更是得到重点关注。目前,各造船强国的设计水平和技术能力日趋成熟,然而在设计过程中的一些细节问题往往有所忽略,导致建造过程和交船运营后暴露出许多问题。船体结构设计关系船舶强度和安全,结构的细节设计和处理更为重要。

1 船体结构设计条件

建造船舶最基础的要求是安全航行,只有确保安全才能航行。结构设计要在船体基础设计上保持船体的稳定,还要全面考虑到力学作用。船舶航行可以利用海上风浪,根据气候分析得来的数据进行航行,根据数据规律去应对恶劣天气,但船舶自身的承重性必须得到保障,外形设计需要满足动力需求的标准。实际建造中,需要在图纸设计的基础上,结合船舶的特定要求进行构思分析,既要达到客户的设计要求,又要满足船舶自身的稳定性。船舶结构设计的建造水平需要达到基本的设计要求,明确规范和船舶推运行中的各项功能是否符合要求设计,在结构设计的细节方面进行把控,并且保证建造材料质量,确保使用性能达到实际要求。船舶建造最重要是在运行中的实用效果,需要根据不同角度进行分析,船体的形态、甲板的安装以及相对应的负荷条件都需满足要求,并且船舶不仅要负荷人员,还要考虑到装载货物的情况,保证设计建造的安全。

2 船舶船体结构优化设计策略

2.1 肘板强度处理

肘板是最广泛采用的连接形式,如用于舷侧纵骨与底部肋板或纵骨等的连接、横梁与纵桁的连接、肋骨与横梁的连接等。肘板因大小和位置的不同,需要加面板或者加强筋,设计人员需要注意,要严格按照规范执行,不能随意处理,否则会给建造带来不必要的麻烦。一般,肘板自由边超过60倍肘板厚度,需要加折边或面板,再就是高应力区的肘板需要面板,通常情况下,肘板边长大于所连接的较小构件的腹板高度1.5倍即可,厚度与构件腹板相同。

2.2 散货防堆积板设计

为了保证船舶的使用性能,在进行船体建造时需要设置散货防堆积板,在实际建造时经常会忽略脚踝位置的应力条件,因此应该尽量保证防堆积板与主甲板之间存在着一定的距离,应该保持在10-15毫米之间,才能够保证散货防堆积板的安全性,能有效的防止出现承载力下降的现象,真正的对散货进行管理,并且防止角隅位置受到压力的影响,造成下沉。

2.3 测深管底部防击板细节优化处理

在测深的过程中使用测深锤,测深锤落到底部时,会对外板造成冲击,损坏外板的油漆,因此要在测深管底部安装防击板。传统建造模式,要等测深管安装完成后,才能确认防击板的位置,再将防击板安装在底板上,这种模式施工的难度很大,也会耗费较长的施工工期,难以提高生产效率。为了应对这种情况,必须加强对测深管底部防击板的详细处理。可以在安装前,在测深管底部安装好防击板,再在测深管的底部钻一个长孔以满足测深要求。这样船体施工时测深垫板的安装就可以在地面上完成,不需要前往船舱中进行安装,施工工作量会明显减少,船体施工效率会得以提升。

2.4 断梁优化处理

如何在船舶设计的过程中优化断梁问题,目前是船体建造急需解决的问题。首先需要对断量进行认真分析,时刻定位断梁的结构,分段采取处理方案,对每个环节的焊接点均进行巩固。船体建造最重要的是确保其完整性,在处理断梁问题时需要尽量避免拆拆补补的情况,切记不能用新梁去补旧梁,这种工作方式无疑会增加工作人员的工作量,严重影响船体的完整性。工作人员在进行修补时,可以采用最新的理论结构,既保证梁的强度符合标准,又可以不影响其他组成结构,做好记录数据,能让客户清楚地掌握梁的情况,减少操作顾虑。

2.5 船体分段细节优化处理分析

2.5.1 分段式辅助支撑

分段辅助支撑细节的优化可以为船体结构的进一步设计提供支持,这就要求船体设计师需要与船体建造者和船体检验员多沟通,考虑到不同部门的意见和建议。船体设计师应该全面分段辅助支撑的功能,以确保辅助支撑的数量足够,为后续设计奠定良好的基础。

2.5.2 船体分段舾装细节

船体舾装一般分为分段舾装、合拢后舾装。为了减少油漆破损和后期结构的修改,大部分舾装件安装都是在分段阶段完成的,分段舾装结构是船体舾装需要关注的问题。传统的双层底结构,外板和前段臂要高于双层底,一般约为13cm,此种舾装设计会对设备产生相应影响,因此设计人员需要加强对该设计环节的注意,在减少舾装成本投入的基础下,做好该处舾装设计细节处理。通常解决办法是在舱底100cm以上的舱壁接口处安装一个临时板。

2.5.3 船体装配细节

船体的分段划分要根据建造场地的大小、吊装能力、船体结构等因素来划分,船舶建造中的分段形式多为P型,P型分段的特征是重心不稳,因此船体装配在进行细节优化时,需要使用辅助结构来支撑分段部分,提高分段结构的稳定性。该设计环节如果不加注意直接会影响整个船舶生产的工作效率,同样也难以保障船舶生产的安全性。鉴于此情况,现场一般要将P型分段方式改为R型分段方式。此种分段模式,会使合拢的操作环节得到简化,2个分段焊接时只需要采用填角焊的方式进行处理就可以顺利完成船体装配,可明显提高船体结构生产效率,并保障船体结构稳定性和安全性。

2.6 加固防堆积板

防堆积板的后期处理是所有建造环节中最核心的问题,船体建造会使用大量的材料原件,在施工现场会出现大量的散货堆积,如果不能及时处理则会严重阻碍施工进度。因此,工作人员需要提前放置货物堆积架,做好材料的有序存放。在不同区域设置符合要求的堆积架,在危险系数较高的区域,工作人员一定要做好维护工作,及时清扫,使货物摆放整齐,确保通道顺畅。需要注意的是,一定要在与主甲板连接的区域留有空隙,在空隙内管理好堆积架的清洁工作,做好细节化管理。

结语

在进行船体结构设计及建造时,只有把握好细节才能够打造出精品,满足社会发展的需要,在进行船舶结构设计时,要做好辅助支持、分段接口以及通焊孔和过梁孔补板以及临时通道口的设计工作。在船体结构建造时需要对舱口围板纵向轴端、散货防堆积板和侧深管底部冲击板进行科学合理设计。


(科学与技术 作者:胡静 )

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