船舶优化设计精选(九篇)
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第1篇：船舶优化设计范文
在战争中，船舶经常会受冲击作用造成内部部件损坏，进而产生严重的故障问题。随着科学技术的发展，加强了船舶管路系统的研究力度，主要利用随机输入对弹性支撑参数及位置等进行了分析，但没有对冲击荷载及位置优化等进行分析。本次主要采用直梁模拟船舶管路系统，并利用模型计算、控制等一系列操作，对不同位置的弹性支撑进行了验算，可以得到各种动态响应参数，确定了弹性支撑位置。
一、构建数学模型
本次主要对船舶弹性支撑管路系统进行研究，结合弹性支撑情况，将管路系统中的一部分作为了直梁模型。通常可以将管路系统划分为两个阶段进行分析：第一阶段，受冲击荷载影响，系统可得到初始速度。但是此阶段冲击荷载作用的实践较短，产生的冲击较大，所以可忽略不计。第二阶段是冲击后阶段，该阶段中获得的冲击初始速度，在周期与随机作用下会发生强迫运动，产生的振动强度较大。
本次分析中将其运动分为三步，第一，运动方程：
其中ρ表示航渡，E表示拉压弹性模量，I表示断
面关心矩，x表示激振位移，y（x，t） v表示梁挠度， 为激振位移，Cm为粘性系数，lci表示弹性支撑位置。
第二，冲击运动方程。船舶受到较大冲击力之后，可以将运动时间曲线表示成：
其中参量V表示衡量攻击强
度的速度；T1表示冲击运动非振荡与风量衰减时间，一般随着船舶运动、类型等情况变化；时间T2为主震荡衰减时间；时间T3为主震运动分量周期，随着船位置变化变化，t表示冲击所耗费的时间。
第三，冲击完成后进行的运动方程：
，其中， 是标准白噪声。
对系统冲击后实施控制时，必须从四种情况进行分析：第一种，进行自由振动，d2=d3=0；第二随机振动，d2=1，d3=0；第三，周期振动，d2=0，d3=1；第四一般情况，d2≠0，d3≠0。
二、探索最优控制问题
（一）制定最优控制方程
一般采用模态分析可以将运动方程表示为状态方程，此时梁应力就可以表示为：
，其中 。
（二）了解目标函数
为了了解系统在冲击后的振动控制，本次研究中主要将其分为四种不同状态下，分被是自由振动、纯随机输入、纯周期输入与一般情况四种情况。
（三）控制方程的解
将运动过程进行模态分析后，将其表示为 ，其中 为振向量矩阵，q=[q1，q2，q3…qN]T。
第一，如果不计冲击状态影响，可得到冲击阶段运动解为
，位移与速度为qi0=qi0（t）、qi0=qi0（t）。位移与速度均为初始位移速度。第二冲击后阶段。冲击后主要分为两部分求解，一种为连续梁所读初始速度是自由振动在随机输入与周期输入下所进行的强迫运动，一般从自动振动、纯随机输入与纯周期输入等三方面进行计算。
三、实例分析
本次将系统参数设置为E=2×1011Pa，Cin=2×108NS/m2，l=10m，Z Zb=5×10-6m3，I=5.1×10-7m4，ρ=8.34kg/m。进行管路系统弹性支撑布置时，必须要对各种运输情况进行分析，在不同输入下设置1、2、3个弹性支承，采用对称方法设置。上述均为梁冲击后在不同情况下所产生的弹性支承位置减振变化，图中横坐标是lc/l0，纵坐标是σ/σ0。l0表示梁长；c为弹性支撑位置；当设置1到2个弹性支撑时，σ0是系统不加载弹性支撑时承受荷载下的平均弯曲应力，当布置知三个弹性支撑时，σ0只表示加一个弹性支撑所受荷载的平均弯曲应力；σ表示加载弹性支撑系统后，在荷载作用下所产生的平均弯曲应力。
第一，分析自动振动情况。如上图1所示，当布置一个弹性支撑时，形成的最佳位置恰好在管路终端；布置两个弹性支撑时，恰好在0.33l0和0.67l0位置；布置三个弹性支撑时，最优位置在0.25l0、0.50l和0.75l0三个位置。
第二，随机振动情况。耐2可知，对于弹性支撑的最优位置，一般布置一个弹性支撑时，恰好在管路中点；布置两个时恰好在0.35l0、0.65l0；布置三个弹性支撑时，最佳位置是0.27l0、0.50l0和0.73l0。
第三，了解周期运行情况。从图3可知，一个弹性支撑时，最佳位置恰好在管路中点；布置两个弹性支撑时恰好位于0.37l0、0.63l0；布置三个是最佳位置是0.00l0、0.50l0和1.00l0。
第四，分析随机与周期联合运行状况。图4展示了周期输入及书记输入情况下弹性支撑位置变化的减振图，在此种操作中充分考虑了两种不同参数的位置变化。布置一个弹性支撑时，恰好为管路中点；布置两个时，最佳位置是0.37l0，0.63l0与0.39l0，0.61l0；布置三个弹性支撑时，最佳位置是0.00l0，0.50l0，1.00l0与0.33l0，0.50l0与0.67l0。
四、结果分析
结合上述分型与计算结果等分析可知，第一，弹性支撑位置影响着减振效果，图中所表示的最小值为弹性支撑最佳位置；第二，但弹性支撑参数相同时，弹性支撑位置的合理布置不仅影响系统振动及随机振动，而且减振效果较好，但对系统周期减振效果影响较大；第三，使用不同参数弹性支撑，所得的最优位置也会发生很大变化。第四，同一个系统中，一旦谈弹性参数给定，就必须对弹性支撑个数进行选择。从图例可知，随着弹性支撑数量的增加，不一定可得到较好的弹性支撑减振效果。以上结论在管路系统设计弹性支撑时，具有较大作用，可以及时进行考虑分析。
结束语
随着科学技术的发展，爆炸量与冲击持续时间不断延长，危害性也不断增加，造成了严重的设备损害问题。经过分析可知，设备冲击隔离与抗冲击能力影响着船舶的使用寿命。因此本次利用构建模型方式系统全面的分析了弹性支撑冲击下位置优化设计问题，得到的实际应用效果较理想。在今后分析中，还要从数据计算精确性、计算方法等进行探究，选择一种高效、便利的方式保证船舶安全，减少不良损害。
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第2篇：船舶优化设计范文
关键词：优化设计；六维力/力矩传感器；非线性解耦；神经网络
中图分类号：TP212.12 文献标识码：A
Optimal Design of a Thin Six-dimensional F/T Sensor and its Nonlinear Decoupling
LIANG Qiaokang1,WANGYaonan1，GE Yunjian2, GE Yu2
(1. College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China;
2. Institute of Intelligent Machines, Chinese Academy of Sciences, Hefei, Anhui 230031, China)
Abstract:The height dimension of the F/T sensors always causes additional moment to the bases and actuators of intelligent robots and industrial manipulators. Therefore, an excellent F/T sensor should be highperforming, weakdecoupling and thin. Aiming at providing highperformance sixdimensional force/torque information for intelligent robots and industrial systems, a new thin sixD F/T sensor with its height dimension below 15 mm is designed based on strain measurement. The SDO of the elastic body is performed. The nonlinear decoupling and calibration of the sensor based on Artificial Neural Network is used to eliminate the coupling among components. The results of the calibration experiment have shown that this sensor possesses high performances, the design and optimization are rational, and its maximum nonlinearity error and the maximum coupling error are 0.15%F.S. and 1.6%F.S., respectively.
Key words:optimal design; sixdimensional force/torque sensor; nonlinear decoupling; artificial neural network
多维力/力矩信息感知是智能机器人和工业自动化等应用场合最重要的感知之一.因能同时获取三维空间直角坐标系下的两个或者两个以上方向的力和力矩信息，已被广泛应用于各种场合为机器人和自动化系统的反馈控制提供实时力/力矩信息，如轮廓跟踪、零力示教、柔性自动装配、机器人远程操作、机器人多手协作、机器人外科手术和康复训练等.目前，机器人多维力/力矩传感器生产产家主要有美国的AMTI，ATI，JR3，Lord等,瑞士的Kriste，德国的Schunk，HBM等公司.东京工业大学机械工程与科学系设计了一种基于光学检测的六维力/力矩传感器［1］.瑞士苏黎世联邦高等工学院研制了第一台成功应用的基于MEMS的电容式六维力/力矩传感器［2］.美国代顿大学研制了一种基于磁致伸缩原理的力传感器［3］.印度科学研究院设计了一种高灵敏度基于近奇异构型的Stewart平台的六维力/力矩传感器［4］.由于应变检测方法的原理和方法都比较成熟，因此大多数的多维力/力矩传感器都采用了这个方法，其敏感元件――弹性体有三垂直筋结构、双环形结构、盒式结构、圆柱形结构、双头形结构、三梁结构和八垂直筋结构等［5-9］.目前，虽然各种力传感器功能齐全、种类繁多，但是传感器高度尺寸都比较大，一般为40~80 mm之间，大大制约了传感器在各个领域的应用.此外，大部分的多维力/力矩传感器都是一体化设计，这就势必引起传感器在各维之间存在一定的互相干扰――维间耦合，传统的多维力/力矩传感器的线性解耦方式已不能满足越来越多的应用环境对精度的要求.本文提出了一种新型的超薄六维力/力矩传感器，其高度尺寸可以在15 mm以内，配合多目标优化设计方法和非线性神经网络解耦方法，研制的传感器具有高灵敏度、高精度和各向同性等特点.
1 传感器设计
如图1所示，设计的传感器由上盖板，弹性体，下盖板组成.其中，上下盖板安装在传感器的顶部和底部，作为转接板与应用环境相连；弹性体将传感器受到的力信息转换为电信号输出；装配完成后，在弹性体与下盖板之间预留有一个空腔，用于安放传感器的信号处理电路.其中上下盖板选用不锈钢材料1Cr13；弹性体选用硬铝材料LY12.根据一般场合对传感器的要求，拟定三维力量程为300 N，三维力
图1 传感器爆炸示意图
Fig.1 An exploded view of the designed sensor
湖南大学学报(自然科学版)2012年
第4期梁桥康等：超薄六维力/力矩传感器优化设计及其解耦
矩量程为10 Nm.
传感器的高度尺寸是影响传感器应用的一个重要因素，当机械手实际操作时，作为腕力传感器的高度几何尺寸越大，机械手后续部件所受到的力矩因为力臂的增大而成比例的增大，这将影响机械手所需的额定功率及其最大工作空间.因此，传感器弹性体在设计时，除了考虑其耦合、结构复杂度、刚度、灵敏度、线性度等性能指标外，还应该考虑传感器的高度尺寸.
设计的传感器弹性体如图2所示，弹性体底座与传感器的下盖板通过8个螺栓相连为传感器提供刚性支撑作用；中空支柱连接上、下E型膜；上部的传力环与传感器的上转接板通过8个螺栓连接；4片薄矩形片连接上E型膜与传力环.下E型膜用来检测法向力Fz和切向力Fx，Fy；上E型膜用来检测绕切向方向的力矩Mx与My；4片薄矩形片用于检测绕法向的力矩Mz.由于上、下E型膜的合理布置，传感器的弹性体高度几何尺寸仅为10 mm.
图2 传感器弹性体结构
Fig.2 A partially cutaway perspective
view of the elastic element
使用有限元分析软件ANSYS的SDO (Simulationdriven Development and Optimization) 方法，将传感器弹性体重要几何尺寸E型膜厚度h，E型膜内径d1，E型膜外径d2，薄矩形片厚度d3设为设计变量.综合考虑传感器的结构和尺寸，将各变量的初始条件限定为：0.45 mm≤h ≤ 1.5 mm,2 mm≤ d1 ≤ 4.5 mm,6 mm≤d2 ≤10 mm,0.5 mm≤ d3≤ 2 mm.弹性体上发生的应变直接决定着传感器的灵敏度.为了保证传感器有高的灵敏度，一般采用弹性体上应变最大和最小的位置来粘贴应变片.只有弹性体工作在其材料的比例极限内，才能保证弹性体上的应变和应力有比例关系.因此还确定弹性体上发生的最大应变emax，最小应变emin和最大变形dmax作为优化设计的设计目标分别为：emax ≤1 000 με，emin ≥ －500με，dmax ≤ 0.05 mmemax 和emin 确保弹性体工作在材料的比例极限范围内，同时确保弹性体有足够的应变即传感器有一定的灵敏度，dmax 可以保证传感器有良好的线性度和可靠性.
用ANSYS软件中的DesignModeler 对弹性体进行参数化建模，并对模型进行划分网格、指定边界条件和负荷情况等处理，软件根据Screening法则确定各设计变量的选择，确定了样本点.程序自动将各样本点按一定方法进行组合,并计算出每种组合相应输出变量的值，最后，根据预先设定好的设计目标，软件自动选择了3组最优解，如表1所示.从优化过程可知，相对另外3个设计变量，E型膜的厚度尺寸为传感器最灵敏尺寸.
表1 优化设计结果
Tab.1 Optimal design results
组序
h/mm
d1/mm
d2/mm
d3/mm
SymboleA@max
SymboleA@min
dmax
/mm
1
0.9758
3.4951
8.1325
1.1285
6.3e4
-6.31e4
0.0019
2
0.9801
3.5155
7.9657
1.1638
6.4e4
-6.35e4
0.0019
3
0.9795
3.6521
8.2347
1.2563
6.2e4
-6.29e4
0.0021
2 应变片布片及组桥
本设计采用半导体应变片作为检测元件，全桥检测电路作为测量电路.根据ANSYS软件对弹性体静力学的分析结果，弹性体上选择在最大和最小应变发生的位置放置应变片，每一维使用4个应变片构成全桥检测电路，最后将六路检测电路的输出通过弹性体中间的小孔引到底座的空腔中的数据采集处理电路.其应变片位置和组桥方式如图3所示，其中Ri为第i个应变片，Uj为第j维的电桥输出电压.
(a)应变片在弹性体上的布置示意图
(b)变片组桥方式
图3 应变片布片和组桥方式
Fig. 3 Strain gauges arrangement
传感器的各维输出为：
ΔUFxΔUFyΔUFzΔUMxΔUMyΔUMz=1/4UK(ε13－ε14－ε15+ε16)1/4UK(ε17－ε18－ε19+ε20)1/4UK(ε21－ε22－ε23+ε24)1/4UK(ε5－ε6－ε7+ε8)1/4UK(ε9－ε10－ε11+ε12)1/4UK(ε1－ε2－ε3+ε4).（1）
式中，εi为第i片应变片的应变值，U为桥路的激励电压，K为应变片的灵敏系数.
传感器输出的力/力矩信息一般为传感器本地坐标系下表示的信息，为了便于控制系统使用，把所获得的力/力矩信息转换成机器人手爪坐标系如下：
FcMc=Rcs0S(rccs)RcsRcsFsMs.（9）
其中：Fc为在手爪坐标系下的三维力；Mc为在手爪坐标系下的三维力矩；Rcs为方向转变矩阵；rccs为在手爪坐标中表示的，起点在传感器坐标系原点，终点在手爪坐标系原点的矢量.Fs为在传感器坐标系下的三维力；Ms为在传感器坐标系下的三维力矩信息；S为斜对称算子.
3 传感器非线性解耦
维间耦合极大地限制了多维力/力矩传感器精度的提高，因此有效地解耦方法是高精度多维力/力矩传感器的一个重要手段［11］.非线性模型真实地反映了多维力/力矩传感器的实际情况，从理论上说可以彻底解决静态解耦问题［12］.采用隐层为单层神经元的三层BP神经网络模型，神经元的个数通过实验得到.如图4所示，将6维力/力矩传感器六个桥路的输出电压组成的列向量U=UxUyUzUMxUMyUMzT作为神经网络的输入向量，将对应的作用在传感器坐标系原点上的六维力/力矩等效信息所组成的列向量F=FxFyFzMxMyMzT作为神经网络的输出向量.对传感器进行加载，记录每次加载时的各路输出电压，每次加载的输出电压和相应的加载力作为一个样本点，用基于MATLAB的BP神经网络训练程序对神经网络模型进行训练，以获得合适的网络权值和阈值，使神经网络输出与样本输出的均方误差满足给定的条件，得到传感器的神经网络模型参数.
图4 六维力/力矩传感器神经网络解耦模型
Fig.4 Neural network model for
calibration and decoupling
在解耦模型的训练过程中，采用5~20个神经元数分别对网络进行训练，从得到的训练曲线中可知，当隐层的单元数为7时，不论从误差、收敛速度和网络复杂程度等分析，都比较合适，其训练误差曲线如图5所示.从图中可知在训练步数为360步时，均方误差小于0.01，已达到了精度要求.
训练次数图5 神经网络训练误差曲线
Fig.5 Error curve of the neural network training
4 传感器精度性能分析
通过上述的解耦方法，并经过一定的信号处理，我们最终获得了超薄六维力/力矩传感器的输入和输出曲线如图6所示.图中横坐标表示加载的标准法码重量，纵坐标表示A/D采集模块的输出数字量.
(a)Fx维的标定曲线(Fy维与之相同)
(b)Fz维的标定曲线
(c) Mx维的标定曲线(My与之相同)
(d)Mz维的标定曲线
图6 六维力/力矩传感器的标定实验结果
Fig. 6 Calibration text results
由图6实验结果可知，设计的超薄六维力/力矩传感器线性度好，并且关于零点对称，各向同性，最大线性度误差为0.15%F.S.，最大耦合误差为1.6%F.S.传感器实物图见图7.
图7 传感器实物图
Fig.7 The fabricated sixdimensional force/torque sensor
5 结 论
本文探讨了一种基于应变检测技术的超薄六维力/力矩传感器，对传感器力敏元件进行了多目标优化，根据其力学特性确定了弹性体进行了布片、组桥方式，结合基于神经网络的非线性标定及解耦，使设计的传感器具有灵敏度高、线性度好、维间耦合小等特点.值得注意的是，用神经网络进行传感器标定，传感器的精度很大程序上受制于训练样本的范围，若传感器所受力超出其量程（训练样本通常在量程范围内），神经网络的外延问题极易导致精度衰减，如何解决这类问题有待下一步深入研究.参考文献
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第3篇：船舶优化设计范文
[关键词]船体结构设计 ；问题 ；设计师 ；模块
中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0069-01
前言
在基于安全的情况下，如何快速设计出优秀的船体结构并且实现快速修改，是船舶设计师梦寐以求的目标，针对这个目标的制定，设计师们提出了船体结构的快速设计方案，将知识工程原理和参数化技术相结合，对船体结构的设计做出了研究和分析。
1 船体结构设计中的主要内容
解决船体结构的形式、构构件的尺度和连接的设计问题，使得船体结构具有良好的经济性能和十分有益的强度。船体结构的设计质量的好坏主要从船体结构设计中的安全性和整体性以及经济性等方面来分析。
1.1 船体结构的整体性
船体结构的设计是一个十分复杂的水上工程项目，各种设备和仪器以及结构的布置都和船体结构的设计紧密相关，所以船体结构的设计必须满足船体自身的性能、设备、电气和通风等功能的要求，确保船只的工作性能在各方面都能协调配合、具备良好的工作性能。
1.2 船体结构的安全性
安全问题在任何领域领域都是最重要的问题，船体结构设计应该保证船体结构不会受到各种外力的作用下，具备一定的强度和稳定，不会因为构件强度不足出现失去平衡从而导致结构损坏的情况发生，同时船体结构还必须具有十分良好的防震性能，使其在各种激荡力的作用下，都不会产生较大的振动。
1.3 船体结构的经济性
船体结构在设计的过程中在考虑结构强度和构件的腐蚀和使用以及维修之后，还要力求减少结构的重量和成本的投入，船体结构材料在保障安全性的前提下要适当的选择，使得船体结构本身就具有良好的经济性能。
2 采用先进设计工艺对船体结构进行分层优化
船体结构生产人员，还需要对轮船的主尺度、静水力性能、船舶参数和螺旋桨敞水性能进行控制优化，严格生产环节中的船只性能测试，发现不良问题应该及时采取生产维修措施。根据船底板、内底板、三层甲板、二层甲板到主甲板区域的设计顺序，对船体结构进行设计。对于船体板的设计方式，技术人员可以采用分割设计的方法，确保船体的底部防撞性能提高。
使用双层船体结构，不仅可以显著提高船体结构的稳定性，还能够使用双层底部储存更多的油料。船体设计一般都是由多根较差构件和很多主向梁组成的板架，对于横骨架式的板架结构，使用主向梁（实肋板）作为肋板间距范围内的承重材料。保证船体架构的较差构架只需要承受节点反力。对于纵骨架式板架设计来说，可以通过提高底部结构的载荷效果的方法，利用纵骨传给实肋板，保证交叉构建也只需要承受节点反力。对于舱长很短的船底板架设计（例如舱长与板架计算宽度之间的比值小于 0.8 时），为了更好地确定这种板架中板材的弯曲应力，可以将中板材当做单跨梁进行单独处理。
3 船体结构的优化设计
3.1 船体尺寸的优化设计
尺寸优化是用来修改船体内部各单元之间的基本属性，例如厚度和横截面以及刚度等。某些结构单元的个属性之间可能彼此相关联，例如惯性距、梁的更界面和截面几何等。因此在优化过程中各单元的属性并不一定作为设计变量来进行计算。对船体结构设计分析的问题大多数都将问题归纳与对船体尺寸的设计中，船体结构游蛇设计中尺寸是十分重要的组成部分。例如利用商业软件来对小水线面的双体船结构进行尺寸优化，或者在船体坐墩墩上布局进行尺寸优化，利用分级优化的分式来进行计算。
3.2 船体形状的优化设计
结构形状的优化设计是通过选择描述边界形状的若干参数来作为设计变量，通过特殊的方式来改变这些参数值使其能够确定其本身的形态结构来完成的。在船体的结构设计中，部分部件的边界位置容易因为承受载荷而产生应力集中造成疲劳或者断裂破坏的，造成船体结构的损伤，所以在船体结构的优化设计r要通过寻求良好的边界形状来改变应力的分布。
4 船体结构的设计方法
船舶自身的造价高昂、使用期限长、工作环境十分恶劣。在其使用期间会遇到多种事故，这些事故本身就会对船舶的结构产生各种恶劣的影响，甚至会导致整个船体结构失去工作能力，造成很大的经济损失，降低社会效益，目前船体结构的设计方法主要分为确定性设计法和结构可靠性分析法。
4.1 确定性设计法
船体结构的确定性设计法又可以分为两类，第一类是规范设计法，即根据船体主尺度和结构形式，以及各种营运和施工要求，按照船级社制定的船体建造规范的相关规定来决定构件的布置和尺度的，最后再进行总强度和局部强度的审查，同时还要对结构的稳定性和安全性进行检查，一旦发生任何不足植株，则在原设计方案上进行修改之后在进行局部的加强，指导达到相应的目标。第二类是直接计算法，直接计算法是根据船型和构件布置的不同，来通过规范不可能罗列的全部特征来进行设计的，所以要求设计师具有结构力学的知识，可以按照各种构件和受力情况，直接进行强度的计算。使得船体结构本身就具备良好的力学合理性，而且可以预先选择目标函数，进行优化设计。
4.2 结构可靠性分析法
在船体结构强度的确定性设计方式中，将有关参数都设置为定值。所采用的安全系数都表现为强度的储备，使得人们对结构已经产生了固定的印象，认为结构是绝对安全不会被破坏的，然后，所有船体结构不论哪种船型或者结构形式，都是通过空间的板梁组合结构来完成的，这样的话，当船体结构中的一个构件失去效果之后，内力重新分配。整个结构还能继续工作，只有当相当数量的构建都失效之后，整个构建才会失去效果。这就促使人们去研究船体中某些构件结构被破坏的原因，和损坏后对船体的影响，这样才能形成某种采用概率法对结构进行可靠性的分析和计算。结构可靠性是指结构在规定的时间内和条件下完成预定功能的概率，即达到结构的功能极限状态就可以认定为结构实效，目前我国所采用的是基于概率论的结构可靠性全概率的分析法，还存在很大的局限性。近年来。结构系统风险的评估和决策建议在海洋工程领域以及船舶的应用中正逐步推广，世界上主要的船级都已经制定了合理规范的风险评估方法和文件。
5 结束语
船体结构设计主要是在满足船舶总体性和船舶本身的功能性的前提下，通过结构设计使得船舶在试用期间满足稳定性和刚度、强度的要求，船舶设计的内容决定了其设计任务的繁重程度。目前各国的船舶业之间的竞争十分激烈，世界各国船舶业的生产技术正朝着机械化、自动化和集成化的方向发展。提高船舶结构设计的要求已经成为船舶业十分重要的问题。
参考文献
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第4篇：船舶优化设计范文
【关键词】主机 中央冷却系统 研究设计
船舶中央式冷却系统可使舷外海水不再接触各种热交换器和船舶主柴油机的冷却空间，因而极大地简化了船舶海水冷却管系，使海水冷却管系最短，有力地阻止了因为海水腐蚀冷却器以及管路引起的船舶系统漏泄、堵塞等故障现象的发生，提高了设备和系统的安全可靠性以及设备使用寿命。目前在船舶设计中已经成为一种较为普遍的选择。
一、船舶中央冷却水系统概述
中央式冷却系统分两个冷却水回路，一个是低温回路，就是由舷外海水来冷却低温淡水的回路；另一个是高温回路，就是由低温淡水来冷却高温淡水的回路。低温淡水主要过来冷却高温淡水以及各种冷却器（空气冷却器、滑油冷却器等）高温淡水则主要用来冷却船舶主柴油机气缸套、气缸盖和增压器等，所有与主机直接接触的冷却介质均为淡水。目前，中央冷却系统应用最广泛的有两种基本的形式：混流式中央冷却系统和独立式中央冷却系统。
图1 混流式中央冷却系统
图2 独立式中央冷却水系统
混流式中央冷却系统如图1所示，其特点在于混流，其中的混流指的是高温淡水和低温淡水之间的混流，通过在低温淡水系统和高温淡水系统中设立混合阀控制，将部分低温淡水直接混入高温淡水系统中进行高温淡水的温度控制。
独立式中央冷却系统如图2所示，系统中的高温淡水系统和低温淡水系统分别开来，另设高温淡水冷却器，在中央冷却器中通过海水冷却低温淡水，在高温冷却器中通过低温淡水或海水冷却高温淡水。相比而言，独立式比混流式更容易控制系统入口水温度，但耗资较大。
二、中央冷却系统设计
（一）中央冷却系统设计流程
中央冷却系统的设计流程如图3所示，首先要确定的是系统的外界环境和船舶主机参数，通过这两者来确定系统的负荷，然后再确定其他泵、散热器等冷却设备。
图3 设计流程图
（二）冷却系统管路计算方法
在管路的计算中主要以管内流速、管径以及管壁厚度三个方面为主要指标，而在材质上通常在选取的时候均使用碳钢无缝钢管，以下将对各方面分别介绍。
（1）管内流速。 确定介质在管内的流速是管路设计的重要环节，流速高，则管径小，管材省，成本低，但引起的阻力增大，腐蚀加快流速低，则管径大，管材消耗多，成本高，但阻力小，泵的耗电降低，且当流速过低时，也会引起腐蚀。因此，必须根据具体管路合理选择流速。对于低温淡水循环泵，可通过选择管内最佳水流速度来实现。
（2）管径。管径是跟具流经管内流量及流速而定。
（3）管壁厚度。 管子的壁厚应保证管子必要的强度及腐蚀余度，各船级社对管子壁厚的计算均有具体要求。对于常规的管路，常按经验选取壁厚，而这些要求可作为校核之用。对特殊的管路，在缺少经验数据时可作为设计的依据。受内压的钢管其最小壁厚占应不小于按下式计算之值。
三、结论
船舶中央冷却水系统的研究与设计，涉及知识面广，它不仅包括流体力学、传热学，而且还包括控制技术，仿真技术等知识，本文在设计运用中只是对管路、水泵和中央冷却器等进行了计算和选型，在模型精度以及优化设计方面还有待进一步研究。由于中央冷却系统所具有的一系列的优势，相信在现在和将来一定会有较大的发展空间。
参考文献：
[1]潘伟昌.船舶中央冷却系统的分析与初步研究[J].哈尔滨工程大学，2001.
[2]郑锐冲.船舶冷却水系统的优化设计[J].武汉理工大学，2000.
第5篇：船舶优化设计范文
[关键词]海上生活服务平台；主发电机间；管路布置；优化设计
中图分类号：TM891 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0260-01
1 项目概况
该生活服务平台入级DNV.GL，主甲板直径66米，主船体直径60米，型深27米，结构吃水19米，通过六台推进器和六台发电机进行定位，并配备全球最先进的DP-3动力定位系统，可供496人同时居住，终端客户为巴西石油Petrobras。该生活平台三个主发电机间的布置位置，每个发电机间配备有两台发电机，其中发电机间的层高是8米，上下分别跨三层甲板，包括主甲板、中间甲板和上甲板。以下针是针对发电机舱的管道优化布置展开论述。
2 管路优化布置
主发电机间大部分系统是封闭式，其内部的系统管路非常密集，涉及的主要系统包括：淡水冷却、燃油、滑油、启动空气、排气和进气等多个系统。由于舱室内的空间十分有限，所以需要对主发电机间内的管道进行合理的布置并不断优化，但是优化的前提是要满足发电机及其他设备的管道布置基本要求，以及管子工艺流程，然后通过各专业的协调使管路得到更加理想的布置目的。
2.1 管道布置方案优化
平台上总共有三个发电机间，每个发电机间大概有1000多根根管子，其中70%左右的管路布置在升高平台以下，受空间的限制，管路系统的布置方案优化实为重要。图1是已交付项目的发电机间管路布置，整个发电机舱都是满铺设的升高平台舾装件，三个机舱的互为系统备用管路全部布置在平台以下，图2是后续新造系列平台的发电C间管路系统和平台优化后的效果，给人的感觉很舒服，而且最重要的一点电气专业的接地电阻设备也布置在舱室后面使得发电机发出的高压电缆接线线路简单方便。不再像前几个项目接地电阻设备的布置.使得高压电缆要穿过整个舱室才可接线到接地电阻，另外根据电气专业工艺的要求管路距离高压电缆间距是有一定的要求，而有的位置管路距离高压电缆托架很难满足要求。这使得船东后期提出了此类型的意见，为了关闭意见后期修改的工作量很大，但优化后的效果大大避免了此类问题，而且优化的管路全部布置在发电机底部结构的反顶，优化后管路系统的布置和升高平台的布置就大大完善了整个舱室的整体布局、设备维修和安全通道非常有效。
另外发电机舱有些中小型设备，就以单个发电机间的分油机设备周围连接的燃油和滑油净化系统管道布置方案，最初的分油机布置紧靠于舱壁，见图3优化前。这样的布置就给前期的预舾装管路带来了很大的麻烦，连接分油机的管子很难配对精确，另为分油机本体自带的滑油收集柜透气管路布置同样也影响到设备的维修空间，经过后期讨论此位置的设备和管路必须进行必然性的优化修改，确认后分油机的布置位置进行二次调整给设备周围留有合适的维修空间，便于工作人员的操作维修，另外分油机自带滑油收集柜透气管路布置同样也优化调整，见图3优化后。以达到不影响设备周围的维修空间，如此一系列的优化设计从各方面都满足了要求，也达到了船东想要的预期效果。
2.2 设备接口管路优化
发电机舱连接管路最多的就是主发电机，管路连接进出口主要集中在设备前端部分，见图4。进出口管的布置直接影响设备接口处阀门和发电机本体零件的维修操作，且影响到周围安全逃生通道和舱室总体布局的美观，固必须对连接发电机设备的进出口连接管路进行必然的优化设计。
首先要根据设备的资料分析讨论连接主发电机的管路的系统原理，以此布置主要的管路系统，然后考虑次要系统管路的布局，研究后针对发电机接口管路连接的优化设计可以从以下六大方面考虑：
（1）必需满足设备厂家自带软管的最大弯曲半径和膨胀节的要求；（2）相关系统的管路设计必需依据系统原理图；（3）与设备进出口连接的第一段管路尽量留有设计支架的位置；（4）设备进出口的隔离阀布置应集中设计便于操作；（5）连接的管子必须避开安全逃生通道；（6）与设备连接的现场调整管尽量的短而直可减少其系统内部的阻力损损失。图5是优化后的发电机设备接口和发电机前端的大概布局。
3 结束语
通过上述优化方案的实例分析，可以发现主发电机间的总体布置，需从整个生活平台的工艺流程来进行协调分析和优化，不仅仅是考虑总体布局、设备操作、维修空间及安全通道等要求，还要考虑到后期的管路设计提供良好的环境和条件，致使发电机间的布置方案满足实用、合理、安全、经济、美观的要求。
参考文献
[1] 陈绍刚.船舶设计实用手册（轮机分册）.人民交通出版社.
第6篇：船舶优化设计范文
[关键词]拖车主梁 应力 变形 频率 拓扑优化
中图分类号：U036 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0052-02
引言
拓扑优化主要用于产品的概念设计，通过拓扑优化可得到结构材料的优化分布，在航空航天、船舶海洋、材料研究等领域有着广泛的应用。拖曳试验水池以快速性试验为目的，具备有较好的试验条件，使用范围广泛，便于采用新的试验技术。拖车主梁是拖曳试验水池的主要承载设备，是保证水中性能试验安全顺利进行的关键，设计人员在考虑结构承载能力和实际性能的同时，往往希望结构重量更轻量化，结构形式更趋于简单化，拓扑优化作为结构设计中的概念阶段，寻求当前载荷下材料的最优分布，对最优结构起着关键性的指导作用。
本文以某拖曳水池的拖车主梁为研究对象，以轻量化设计为宗旨，基于刚度计算主梁的最优结构形式，期望为水池拖车设计的研究人员提供参考帮助。
1.传统拖车主梁结构
传统大跨度、重承载桥架结构以箱型梁结构形式见多，如图1所示为某拖曳水池行走机构桥架结构模型。此类结构在承载部位有一定的安全富裕度，在非承载区往往有较大的安全富裕度，造成一定的材料浪费，同时增加了结构的重量。
桥架结构中，主梁为主要的承载部件，也是本文的研究对象，对传统结构形式的主梁建立计算模型，主梁采用厚8mm的钢板焊接而成，其结构尺寸如图2所示。
本水池单根主梁最大承载为15t，主梁中部为承载最恶劣工况，以此工况边界条件计算主梁的受力变形，如图3所示，主梁最大应力为88.4MPa，最大变形为2.79mm。
大型重载设备的共振频率主要发生在设备的低频阶段，故低阶自振频率常常是分析的重点，设计师总希望在减轻结构重量的同时尽量提高或降低设备的固有频率。计算主梁的前二阶固有频率，如图4所示，主梁的一阶固有频率为42.78Hz，二阶固有频率为54.09Hz。
2.基于拓扑优化主梁结构
拓扑优化技术是结构优化技术中有前景、具有创新性的技术，是指在给定的设计空间内找到最佳的材料分布，或者传力路径，从而在满足各种性能的条件下得到重量最轻的设计，拓扑优化过程包括：定义优化函数、定义目标函数和约束条件、初始优化过程以及执行拓扑优化[8-9]。
由上述可知，拖车主梁跨度为6970mm，主梁长度为8060mm，宽度为800mm，高度为650mm，建立主梁的初始有限元模型，如图5所示。
不改变主梁的边界条件，以主梁初始结构整个模型为优化区域，最大变形为约束条件，最小体积为目标函数，如式（1）所示。
采用HyperWorks计算拖车主梁结构的最优模型，本次计算共进行了49步迭代，考虑加工工艺和加工难度，取单元密度值为0.12，则拖车主梁的优化迭代过程如图6所示。
3.主梁优化结构强度校核
拖车主梁最终优化结构如图6第49步，导出最终优化迭代后的几何模型，考虑机械加工工艺对优化迭代后的模型进行修整，得出最终主梁模型如图7所示，主梁跨度为6970mm，最大高度为650mm，宽度为800mm，焊接钢板厚度为14mm。
对修整后的主梁模型重新划分网格，不改变初始边界条件，为验证计算结果得可靠性，导入不同有限元分析软件计算优化后的主梁模型，本文采用ABAQUS计算优化修整后的主梁应力和变形响应。
4.结果对比
在相同的边界条件下，对比传统拖车主梁和优化后拖车主梁的应力、变形、前二阶固有频率，如表1所示，优化后的拖车主梁较传统主梁应力有所增大，变形有所减小，一阶固有频率有所减小，二阶固有频率有所增大，重量有所减小。
以传统拖车主梁计算数值为基，计算优化后拖车主梁的变化率，如表2所示，由表可知，优化后的拖车主梁较传统主梁有所减少的为最大变形、一阶固有频率和重量，变化较为明显的为应力和一阶固有频率。
5.结语
以某拖曳水池的拖车主梁为研究对象，计算了传统形式拖车主梁的变形和应力响应，考核一阶和二阶固有频率，基于拓扑优化对主梁结构进行了重新优化设计，考核了最终优化修整后主梁结构的强度和刚度，对比传统主梁结构应力、变形、前二阶固有频率，结果表明，基于拓扑优化后的拖车主梁结构在满足强度和刚度的条件下，一阶固有频率和重量较传统主梁结构有明显降低。
参考文献
[1] 周克民，胡云昌.结合拓扑分析进行平面连续体拓扑优化[J].天津大学学报，2001，34（3）：340-345.
[2] ESCHENAUER H A.Topology optimization of continuum structures：A review[J].Applied Mechanics Review，2001，54（4）：331-389.
[3] 余湘三，陈泽梁，楼连根等.船舶性能实验技术[M].上海：上海交通大学出版社，1991.
第7篇：船舶优化设计范文
关键词 钢筋混凝土 非线性 几何规划 优化设计 现浇梁
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
钢筋混凝土现浇梁是建筑结构的基本构件，其截面设计首先是根据变形要求的高跨比限值假定截面高度，根据构造要求决定截面宽度，然后再根据正截面的抗弯承载力和斜截面的抗剪承载力配置纵筋和箍筋。可见，整个设计过程中并没有考虑梁的造价问题，设计结果常常很不经济。因此，许多学者提出了各种各样的以造价为目标函数的优化设计方法，归纳起来，大多数方法的优化结果并没有直接给出梁截面高度和截面宽度的计算公式，而是以耗时的迭代过程来确定优化设计变量。因此，找到一种简单的优化设计方法，显得十分必要。
钢筋混凝土现浇梁的的优化设计是一个多变量多约束的非线性规划问题，本文以造价最低为优化模型，去掉消极约束，将非线性的优化问题转化为具有不同设防水平的几何规划问题，通过几何规划解，给出了现浇梁截面高度和截面宽度的优化设计计算公式。利用本文方法，通过若干次试算即可得到优化设计变量的最优解。需要指出的是本文仅讨论均布荷载作用的一般优化梁问题，其他情况方法相同，这里不再赘述。文末给出的实际算例计算结果表明，本文方法具有一定的实用价值。
优化设计目标函数
在计算钢筋混凝土现浇梁截面时，跨度和设计荷载均为已知，需要确定的是截面尺寸bxh,，以及纵筋和箍筋的用量。因此，优化设计变量选为截面有效高度h0，截面宽度b,纵向受拉钢筋面积As以及单位长度箍筋面积Asv/s,s为箍筋间距。当目标函数选为单位梁长的造价时，费用主要由混凝土费用、钢筋和箍筋费用以及模板费用组成。由于模板为非一次性用材，可不考虑其对造价的影响，则目标函数C为
C=Ccb(h0+a0)+CsAs+2Csv(1)
式中，Cc为单位体积混凝土造价（CNY/m3）;Cs为单位体积纵向受力钢筋的造价（CNY/m3）；Csv为单位体积箍筋的造价（CNY/m3）；为箍筋弯钩长度；a0为混凝土保护层厚度。
由构造要求，取h0+a0h0，， 1.4 h0，则（1）式可简化为 C=Ccbh0+CsAs+2.8Csvh0(2)
钢筋混凝土梁应满足正截面弯矩M的抗弯承载力和斜截面剪力V的抗剪承载力要求，由此可得
（3）
（4）
式中，为等效系数；ft、fc分别为混凝土抗拉和抗压强度设计值；fy、fyv分别为纵筋和箍筋的抗拉强度设计值。将式（3）和式（4代入式（2）中，并去掉正截面弯矩承载力计算中的消极约束，即
以及后，原问题可转化为标准几何规划问题。
几何规划最优解
去掉消极约束的几何规划问题有两种情况
当时，求b和h0,使得
（5）
约束条件为
（6）
式中，
为混凝土强度影响系数，为设防变量。
可见，上述几何规划问题有3个变量b、h0和x,存在两个困难度，其对偶问题可写成
约束为
（7）
式中为对偶变量，应满足（8）
因为原问题大于零，所以取=+1，解方程组（7）得
（9）
设g=m/n，将对偶函数两边取对数，分别对、求偏导后，并令偏导数为零，可得
（10）
当能满足0
（11）
原变量b,h0和对偶变量的关系为
（12）
解上述方程组，可得具有设防水平的最优解为
(13)
通过数值分析表明，式（10）只适用于特殊情况，即剪力相对于弯矩较大时才有解（13），一般情况下，去掉消极约束,问题变成求b和h0,使得
（14）
约束为
（15）
式（15）的规划解
（16）
（17）
极小化时的C值为C0,因为
则有
（18）
（19）
式（19）与式（13）形式相同，但和需分别按式（17）、式（18）和式（9），式（11）计算。
由于b/h0是在某范围内变化的未知量，使得优化问题含有部分模糊约束性质，通过转换b/h0为，并给赋予有限个不同的离散值从而消除了模糊性质，使具有了工程上的设防水平概念，若依次取为，可得s个具有不同设防水平的优化设计方案，从中可选出最优解b*和h0*,亦即b*和h*,。
当V≤1.0ftbh0时，求b和h0,使得
(20)
约束条件为
（21）
式中
上述几何规划解为
（22）
式中，分别按式（16）、式（17）和式（18）计算，只需将式中m和n用代换即可。
算例
某一净跨为3.3米的钢筋混凝土矩形截面简支梁，原设计截面为200mmX300mm,主筋为318，箍筋为双肢6@200，现求造价为最小的优化设计，该梁承受的均布恒荷载设计值为40.3kN/m(包括自重)，均布活荷载设计值为9.5kN/m，混凝土强度等级为C25(ft=1.27N/mm2, fc=11.9N/mm2,混凝土单价设定为275CNY/m3;箍筋采用I级钢筋fyv=270N/mm2,,单价取为4250元/t；纵向受力钢筋为II级钢筋fy=300N/mm2,,,单价取为4250元/t
求得弯矩M=64mN.m剪力V=75.2kN，属于V 1.0ftbh0情况。取，0.2,0.4,0.6,0.8,1.0，可得一组解b和h0,如表1所示，本组解考虑了目标函数所具有的模糊性质，并与模糊约束条件取一致的设防水平，分析表明可不比如此，
表1 b和h0,的解值
最优解b*=198.9mm,h0*=498.9mm,取整后b=200mm,h=450mm,计算纵向受拉钢筋As=498.4mm2,选用218（As=509mm2），计算箍筋用量ASV/s=0.52,选用双肢6@130，利用本文优化设计方法的最优化设计比原设计降低造价约为14.7%。
4结 论
本文根据最优化设计理论，将具有非线性性质优化问题转化成几何规划问题，通过几何规划解，导出了钢筋混凝土现浇梁截面高度h和截面宽度b的优化设计计算公式。大量的实际算例计算结果分析表明：
梁的截面尺寸优化主要取决于设计弯矩和材料的造价
设计剪力对截面尺寸的选取影响较小，只有当设计剪力与设计弯矩相比较大，即按式（10）计算出，能满足0
本文建立的优化设计方法所得出的计算公式概念简单，便于计算、对实际设计有一定的参考价值。
参考文献
1 贺普生、孙焕纯。钢筋混凝土梁的（0,1）规划优化设计。计算结构力学及其应用，1993,10（4）：464-472
2 俞铭华，李庆贞。钢筋混凝土连续梁离散变量优化设计。华东船舶工业学院学报，2000,14（5）
3 申建红刘瑛宗力 钢筋混凝土现浇梁截面优化确定，青岛建筑工程学院学报2003 24（3）
第8篇：船舶优化设计范文
关键词：折叠式夹层板；船体结构；安全系能；设计方案
当船舶处于碰撞或是搁浅的状态时，很容易损坏船体结构，降低船体的安全性能，给船舶后期正常的使用埋下重大的安全隐患。在此形势影响下，很多研究者将如何增强船体结构的碰撞性作为主要的研究目的，对提高折叠式夹层板船体结构的稳定性带来了可靠的参考依据。由于船体结构耐撞性设计重点关注的是吸能单元作用下船舶结构的合理性，需要设计人员采取先进的方法设计出高效的吸能单元，为船体结构耐撞性的增强提供重要的保障。
一、FSP船体结构概念的设计
折叠式夹层板简称为FSP。相关的研究报告表明，这种材料在实际的应用中具有良好的耐撞性能，可以作为船体设计中重要的吸能单元。 折叠式夹层板的结构主要包括夹芯层结构和上下的蒙皮，通过胶接的方式将二者有效地连接起来，组成了质量可靠的结构。在实际的应用中，通过折叠工艺的作用，可以得到夹芯层结构。在具体的设计过程中，利用FSP的优良特性，可以用它取代传统船舶的纵骨，增强船体的耐撞性能。设计思路的具体内容主要包括：（1）为了节约生产成本，可以采取一定的方式除去外板的肋骨，设置为性能更好的折叠式夹芯层。这种材料的合理使用避免了船体结构焊接时变形现象的出现，减少了焊接工作量；（2）传统的船体外板可以用抗压性能优越的夹层板上下蒙皮取代。这种特殊的材料具体使用中可以发挥出一定的吸能作用，减少了船体结构的安全隐患。这些内容体现了折叠式夹层板船体结构设计的整体思路。设计中技术人员应该对夹层板耐撞性能的关键参数进行必要地分析和计算，使得船体的纵骨与夹芯层的高度可以保持一致，保证船体结构设计的合理科学性。
二、FSP双层船体结构中耐撞性设计
（一）碰撞的设计方案
选取高度较大的刚性球，撞击预先准备好的原油轮侧面，计算出被撞船遭受撞击后的面积大小，明确具体的尺寸规格。为了使撞击试验的效果更加明显，试验数据具有一定的参考价值，可以选用排水量约为10000t的船体作为撞击船，撞击过程中的速度保持在每秒行驶10米左右。为了保证撞击船结构的刚度，可以选用低碳钢作为主要的原材料。试验过程中技术人员除过计算出撞击时重要的参数大小，也要充分考虑材料应变硬化产生的影响。在设计方案的制定和实施的过程中，为了保证碰撞试验最终所得数据的真实有效性，相关的操作者应该对试验进行中的相关材料特性进行深入地分析，确保这些材料在实际的使用中可以达到预期的效果。在碰撞试验进行中操作人员应该严格遵守具体的操作流程，采取有效的方式处理好细节问题，为后期船体结构的优化设计提供可靠的参考依据。同时，试验过程中也需要制定和实施可靠的防护措施，避免安全事故的发生，保证试验的顺利完成。
（二）撞击中相关技术指标的分析
利用相关计算机模拟软件的作用，可以对试验中船体结构经过撞击后相关的技术指标进行深入地分析。这些技术指标主要包括：（1）损伤变形；（2）碰撞力。
试验中船体结构经过一定外界作用力的碰撞后，通过对结构的损伤变形分析，可知这种变形量明显的特征是集中在局部，即属于试验中选取的碰撞区域。同时，船体结构损伤变形模式主要为膜拉伸。这种拉伸作用对于船体不同结构部位产生的效果有所差异。呈现屈曲变形特点的结构主要为强框架；呈现膜拉伸变形特点的结构主要为船体的常规结构部位。
在计算机网络参考模型分析的过程中，可知船体结构的碰撞力大小也能衡量FSP的安全性能。从FSP船体碰撞曲线的分析中可知：（1）所有碰撞曲线的大致走向基本相同，体现了不同阶段的碰撞效果；（2）某些选定参考点的船体结构碰撞力较小，起始阶段FSP结构的第一峰值碰撞力最大。同时，船体为FSP结构的碰撞力远远大于常规船体结构，客观地体现了这种原材料的优良特性。撞击过程中相关技术指标的明确，可以为船体结构的优化提供重要的参考信息。运用信息化技术构建可靠的参考模型过程中，操作人员应该对相关的仿真软件测试系统有着充分地了解，以便所有的参数可以在规定的时间内测试完毕，保证后期工作的顺利开展。
三、FSP单壳船体结构碰撞的设计
相对而言，单壳船体结构碰撞的过程及相关的参考模型构建比较简单。碰撞方案设计中可以选用175000DWT的散货船作为主要的研究对象，撞击材料可选为刚度较大的带球鼻船舶。利用信息化技术的优势，可知撞击船体结构中产生的损伤变形效果非常明显。主要体现在：（1）经过撞击后船体侧面呈椭圆形，船体结构损伤变形大；（2）随着FSP船体结构刚度的增大，整个船体结构损伤变形的影响范围也会相应地扩大，增强了结构的吸能；（3）不同船体结构产生的变形量有所区别。常规的船体结构主要的变形模式为撕裂和拉伸，而FSP结构碰撞过程中产生的变形模式比较多，主要包括夹芯层结构的压皱屈曲、膜拉伸、撕裂变形。这些结构的组成部分，对于船体结构的碰撞设计起着至关重要的作用。设计人员只有充分地考虑碰撞试验中相关结构变形的影响因素，才能增强设计方案的合理性和科学性。
通过对试验中碰撞力―撞深关系曲线的分析，可知常规船体结构遭受撞击后产生的效果在曲线上主要体现为：处于加载状态的载荷波动大，碰撞力载荷一般。而通过对FSP结构曲线的分析，可知它具有明显的平台阶段。这也客观地体现了这种结构刚度大的优势，实际应用中可以承受住较大的碰撞力。同时，由于夹芯层的作用，保证了结构优良的吸能特性。
结束语：
折叠式夹层板船体结构碰撞性的设计，需要对设计过程中的试验效果进行深入地分析。根据相关计算机软件的模拟作用，对结构的损伤变形、碰撞力、吸能等重要的参数做出有效地评估，增强设计方案的适用性。同时，FSP结构作为一种先进的耐撞结构形式，在实际的应用中具有良好的作用效果。处理好设计方案中存在的细节问题，可以优化船体结构。
参考文献：
[1]钱天龙，姜得志.基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计[J].中国水运（下半月），2013，（05）.
第9篇：船舶优化设计范文
关键词：环境影响;船舶;结构完整性;设计; 腐蚀
在船舶建造和维护阶段来降低对环境影响是本文着重讨论的方向，本文试着将通过船舶以下几个方面进行解决：通过改善船体的方式来降低运行中油耗，进而减少对环境影响；优化船体结构设计通过改善船体强度以及合理细分船室来防止燃油和危险品泄露；降低噪声污染和振动，因为会影响到内部环境和外环境的质量；解决预防腐蚀和检测腐蚀度问题；船舶设备的维护。
1、减少船体结构完整性的缺失对环境的影响
船舶意外事故及对海洋造成污染的原因，往往是由于碰撞或者搁浅致使船体结构完整性受到破坏。因此，在设计船体时候应考虑到这些方面：1.1、提高船体结构强度和吸引能力。1.2、要保证有充足的残存强度以便在事故的救援中赢得更多的时间。1.3、如何预防海损中因船室破裂而引起的污染也是我们需要关注的焦点，尤其是吨位比较大的油轮以及其他特殊化学物品专用船。
目前的研究主要是通过简化算法（运用于评估船舶在不同结果组装形式下所能承受碰撞及搁浅的能力）的方式来提高船体强度和能量吸收能力。目前正在使用的有限元法全数值，通过模拟方式（船舶垂向运动搁浅模拟，撞击运动模拟，和局部结构模拟）和试验结果进行比较，得出有效的结果，凸显了其重要性，这已经开始用于设计评估中，以便提高船舶碰撞和搁浅强度。
2、优化船体结构减少油耗
船模实验是船体构造优化设计的基础，尤其是拖模试验是其重要一环。此外，目前运用流体动力学计算来进行船壳结构的优化方法已经在船舶设计中得到实际运用。当然，这要求设计人员要有丰富的专业知识和判断能力，同时需要我们在以下几个方向做出努力
2.1、在稳定性和粘性流体方面，改进流体动力学模型。
2.2、加快流体动力学模拟化的自动化进程，改进技术。
2.3、通过改善船体强度及细分船舱室来防止燃油和化学物品的泄露。
3、 降低噪音和振动
由于螺旋桨工作过程中周围的流场环境不同引起空泡现象，进而产生噪声和振动。所以，如何减小汽轮推荐系统的噪音是值得我们思考的问题。
3.1、设计出合适的船桨配合装置，使其周围的流场趋于平顺可以降低噪声和振动。
3.2、 在一定的流场中我们还可以通过设计新的桨叶来改善螺旋桨空泡现象，进而减少噪声和振动。通过流体动力学并结合完善的模拟实验技术运用流体可视化，来帮助改善船体设计中兴波领域的问题。
3.3、使用全船的三维有限元模拟，以便在设计阶段更好的对船体的振动水平作出一个准确的预测，这比噪声预测水平要更先进些。
4、减少腐蚀对船舶的损害
除了前面提到的碰撞和搁浅，超载、断裂外腐蚀也会损坏船舶结构的完整性，从而影响船舶的稳定性。我们考虑：通过在设计阶段规定附加的外板厚度以及防腐系统来解决。优良的设计结构能在一定程度上减轻腐蚀度，但是在维修设计方面很少有人关注，如：留出适当空间为局部结构的检修或者涂抹敷料提供方便，因此，在船舶防腐设计时就应该注意到该问题。
5、船舶的防腐与检测
腐蚀是船体设计和维护中不得不面对的一个问题，否则它会在消弱船体功能同时也会引起环境污染，然而影响腐蚀的因素是多方面的，想把这些问题杜绝在设计阶段是不现实的，所以在很大程度上是靠检测和维护来消除腐蚀的，检测的步骤在一定的程度上决定了应对腐蚀问题的有效性。
5.1、检查货物量，装载量，压舱物，腐蚀率等，同时还要作好钢的温度、腐蚀发生率的记录。
5.2、需要检查循环装载和钢结构的偏离对腐蚀程度的影响。
5.3、要考虑原油冲刷对腐蚀性及对钢表面油墨的影响，同时还要研究不同种类的原油对设备的有效性影响。
5.4、为检验混合物和湿气对腐蚀造成的影响，要对其包含的惰性气体进行检测。
6、 船舶设备的维护
船舶的设备维护与备用系统关系到环境问题，维护管理体系在整个安全体系中占有重要地位，通过对维护系统的不断改进能有效降低成本，强化安全。
维护可分计划维护和非计划维护，非计划维护囊括了事故发生时的维护和未预防到的事故的维护。预防性维护主要是维护船体和大型钢结构架，安全消防器材，防污染和航行装置，通信系统及垃圾处理和排放系统等等，通过采用新的维修材料来降低成本，增加实用性。
此外，还可以通过改进设计和组装工艺来延长船舶寿命，以减少年报费量，进而实现环境保护和经济效益的双赢性。合理使用不同材料也能有效减轻其重量，尤其是高速船更为重要，需要我们注意的是：在还未对不同的材料进一步处理前，必须要分开储存。
总之，世界经济的发展肯定会带动船舶制造业的发展，虽然从船舶的“生命周期”来看，船舶的全球化环境影响是发生产生在船舶运营阶段，但是从当地的视角来看，在船舶的建造、维修过程中对环境影响是比较大，值得我们关注。我们应该不断的进行技术创新，提高船舶的技术含量和自动化水平，提高能源的利用率，使世界航运业也在一个良性、和谐的状态下快速发展。
参考文献
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