基于安全性及合理性的船体结构生产设计

2018-11-30潘燃阳罗星星

科技与创新 2018年21期

潘燃阳，罗星星

基于安全性及合理性的船体结构生产设计

潘燃阳1，罗星星2

（1.江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913；2.上海衡拓实业发展有限公司，上海 200031）

近年来，我国大力发展航海事业，这也使船体结构的生产设计变得越来越重要。对于船体结构生产设计来说，确保船体结构安全是整个生产设计过程中的首要目标，而船体结构生产设计的合理性与否更是与其安全性有着密切的联系。因此，在对船体结构进行生产设计的过程中，必须要在确保其结构安全的前提下，实现对船体结构的合理设计。鉴于此，对基于安全性及合理性的船体结构生产设计进行深入研究。

船体结构；生产设计；使用性能；管理人员

在船体结构生产设计初期，需要根据现场的实际条件及具体流程，并结合相关设计规范要求来对船体结构进行设计，以此确保船体结构的自身强度能够满足使用要求。同时，还要根据船体结构的类型、特点、造价等来编制生产设计计划、预算计划等，然后按照这些具体的计划严格执行，使船体结构的实用性更强。鉴于此，以下便从安全性与合理性2个方面对船体结构的生产设计进行深入研究。

1 安全性与合理性分析

在船体结构生产设计中，必须要确保船体结构在满足安全性的基础上，实现对船体结构的合理设计。可以说，安全性是保障船只顺利航行的前提，其能够确保船员的生命不会受到威胁。而船体结构的合理性，则能够提高船只的使用性能，使船只操作更加省力、便捷，从而延长船只的使用寿命。安全性与合理性是相辅相成的，对船体结构的安全性与合理性进行充分考虑后再进行生产设计，对于提高与优化工作质量有着十分重要的作用。

在船体结构的整个生产设计工作中，相关人员必须要对船体建造的总工作量有一个明确而充分的认识，虽然设计工作量只占据总工程量的1/3左右，但设计工作却涉及到许多不同专业的工作，因此，必须要对船体结构的生产设计工作予以高度重视。

此外，相关人员还要对船体结构的具体施工内容进行详细分析，并结合实际施工条件制订一个详尽的生产设计方案，同时，还要具备完善的生产设计图纸。在船体结构生产设计中，还要进一步强化管理人员、设计人员、施工人员之间的协调与沟通，使船体结构生产设计变得更加系统化。总之，对于船体结构的生产设计工作来说，必须要在宏观层面对船体结构的安全性与合理性进行分析，这样将更加有助于船体结构生产设计工作的顺利开展。

2 基于安全性与合理性的结构设计

2.1 船体结构生产设计所需的必要条件

在船体结构的生产设计中，必须要在确保其安全性的基础上对船体结构进行设计。应确保船体结构能够满足相应的力学条件，并在生产设计过程中充分考虑水文、天气等因素给船体结构造成的影响，同时，结合船只的航海规律，使船体稳定性得到可靠保证。相关人员还应对船只在航线航行过程中可能遇到的恶劣天气、船体结构的外部形态及承重性进行分析，根据航行动力要求来进行生产设计。可以说，对船体结构的生产设计是需要从多个方面来进行经验总结的，只有经过缜密的思考与计算，才能保证船体结构设计的合理性。除此之外，材料的实际性能在船体结构的生产设计中也是非常重要的，其直接关系到整个船体结构的安全性与合理性，设计人员不仅要对船体的装载条件进行分析，还要考虑到人员与货物的影响，并针对生产设计过程中的结算成本问题提出相应的改进技术，寻找安全性与经济性的最佳契合点，严格按照经济性、安全性、合理性、环保性等原则来正确选用材料。

2.2 船体结构生产设计的主要阶段

船体结构生产设计主要分为3个阶段，分别是前期设计阶段、详细设计阶段以及生产设计阶段。在前期设计阶段中，需要依据相应的设计准则及要求对设计任务进行系统制订，并根据相应的技术要求及预计方案来对材料使用计划等进行编制，然后根据这些计划进行预算总结。在详细设计阶段中，需要根据具体的设计规范、设计要求、审批意见等来对设计方案进行修改，在设计过程中充分考量各种细节，还要反复核对构造器件的材料及型号等，以此保证船体结构所使用的零部件、材料等能够满足相应的设计要求。在该阶段中，必须要突出设计方案的整体性和全面性，待设计图纸绘制完毕后，应将其与相应的设计方案相互联系起来，交由审核部门进行审批。在生产设计阶段，应对船体结构在生产设计过程中所具备的条件、所使用的材料、材料的应用情况等进行分析，并确保船体结构的制造能够严格按照设计方案来执行。

2.3 船体结构的安全性与合理性生产设计

在对船体结构的安全性与合理性进行分析的过程中，应充分考虑组合及连接问题，考虑到船体结构生产设计的规模往往较小，而且为了使设计、检验及生产等工作能够变得更加便捷，需要将船体结构划分成几个部分，并对各个部分所具备的紧密联系进行分析后开展设计工作。

在对船体结构进行拆分时，既可按照实际情况来拆分，也可按照上下结构来拆分。在分组设计时，应对各个部分在组合以后的具体情况来开展统筹工作，保证船体结构相关组装细节能够全面落实。

船体组合性能受到其构造及所使用材料性能的影响，由于船体结构的使用环境非常恶劣，必须要将其自身质量作为核心，进一步加强船体结构加工及连接环节的管理工作，同时，对船体结构及其质量进行动态调整，并在进行船体结构计算时，通过现代化技术手段来开展船体结构的载荷能力预算，并通过信息化系统的运用来进行信息整合，以此保证船体结构的承重能力达到预计目标。

2.4 船体结构型式的设计

在船体结构生产设计中，其基础模式是由型材与板组合后形成的结构，该结构又被称为板架结构。根据板架结构的位置及功能，可将其划分为多个干板架，比如甲板板架、船底板架等。在船体梁中，甲板板架和船底板架相当于其上冀板和下冀板，而舷侧板架相当于船体梁中的腹板，这些板架都有着不同的功能，在骨架排列上也有很大区别，通常将板架结构划分为横骨架式结构与纵骨架式结构2种。

在对体积较大的船体结构进行生产设计时，出于对安全性与合理性的考虑，需要根据船体结构所具备的承重条件来对架构模式进行相应改变。对于船体结构的甲板及底部而言，在设计过程中应采用纵向的承重骨架，这样能够使船体的支撑力更强，从而有效提高船体结构的安全性。在选择板材时，板材的受力条件应满足具体要求，并且还要对恶劣环境下板材所能够承受的最大力进行考虑。船舷则应采用横向结构，以此保证船舷能够受力平衡，使其兼具良好的载重能力，进而提高船体结构的合理性。此外，对船舷进行横向设计还有利于空间的节约，这样能够使船体的舱容量变得更大。

在对纵向结构进行配置时，有许多纵向构件都要与横向构件相穿插，在进行分段合拢时，纵向构件中存在的大量接口会加大纵内架式结构的配置难度，因此，在某种情况下，即使是船底与甲板也同样要采用横骨架式结构。对于干货船来说，如果采用横骨架式结构，考虑到安全性与合理性，则需要进行以下配置：如果船体的长度在10 m以内或船只长度在10～120 m时，长宽比例值应控制在1∶11以内。此时，船体结构所受到的整体弯矩不大，且中刨面模数的标准值较低，需要重点关注部分强度要求。由于上方甲板需要经常放置货物，这会导致船体结构所受的横向荷载过大。此时，如果采用纵骨架式结构，则横梁的尺寸过大，会在很大程度上影响船体结构的舱容量。因此，在干货船的船体结构生产设计中采用横骨架式结构，是最为合理和安全的。

对于船体结构生产设计中是否需要采用骨架式结构，可分为3种情况：①船只的长度在10 m以内，且长宽比在1∶12以内时，则可不用根据船体强度来确定船底外板厚度，而是应密切注意船底外板的磨损与锈蚀程度。此时，是需要采用骨架式结构的。②船只的中垂弯矩比拱弯矩大。③船只在航行过程中容易出现搁浅，并且船底部没有安装护板。在这种情况下，船底外板的厚度是由其磨损程度决定的。对于舷侧结构型式，需要根据甲板与舱底、横舱壁的距离来确定。一般情况下，垂向距离不需要采用横骨架式结构，这能够保证船只在结冰区域航行的安全性。在某些地区，由于冬季气温较低会使海面中出现冰排，因此，该因素在采用舷侧结构骨架时是必须要进行考虑的。