船舶基座结构设计与优化研究

摘要：近年来，我国的船舶行业有了很大进展，船舶的结构设计工作也越来越受到重视。船舶结构优化设计是提高船舶性能和降低成本的重要手段。优化方案应集中于特征峰值的抑制，通过结构改进与精确阻尼技术的应用，目标是降低传递至基座底部船体的振动加速度。本文首先分析船舶结构设计工作要点，其次对实验验证与船舶结构强度分析，最后就基座动力学特性分析与减振优化研究，为船舶结构设计提供了新的思路和方法。

关键词：船舶；基座；结构设计

引言

我国是造船大国，正在成为造船强国。在此过程中，提高船舶研制效率是船舶企业考虑的重中之重。在设计中尽可能考虑造船厂生产建造的约束，能够减少施工建造中的返工，因此，面向建造的设计是缩短船舶研制周期的重要方法之一。在当前一些船舶研制模式中，为减小施工建造的返工，设计单位在船舶设计阶段就邀请造船厂有经验的人员提前介入，作为专家对设计结果反馈意见，设计师再根据意见进行设计调整。这种协同设计模式将后期建造阶段会出现的问题提前在设计阶段暴露，避免了问题的放大效应，一定程度降低了成本，缩短了研制周期。

1船舶结构设计工作要点

1）载荷分析。根据船舶的使用环境和运营条件，分析船舶所承受的各种载荷，如静态载荷、动态载荷、风载荷、浪载荷等，以确定结构设计的载荷标准。2）结构材料选择。根据船舶的使用要求和性能要求，选择合适的结构材料，如钢材、铝合金等，以满足船舶的强度、刚度和耐腐蚀性能要求。3）结构布局设计。根据船舶的功能和使用要求，设计合理的结构布局，包括船体、甲板、舱室、船舱等，以确保船舶的稳定性、可靠性和安全性。4）结构连接方式。确定结构连接的方式和方法，如焊接、螺栓连接等，以保证结构的强度和可靠性。5）强度计算。进行结构的强度计算，包括静态强度和疲劳强度计算，以确保船舶在不同工况下的结构安全性。6）维护性考虑。在结构设计过程中，考虑船舶的维护和修理便利性，选择合适的结构形式和材料，以降低维护成本和提高船舶的可维护性。

2实验验证与船舶结构强度分析

实验验证在船舶结构强度分析中扮演着至关重要的角色。尽管数值模拟方法在船舶工程领域的应用日益广泛，但由于船舶结构本身的复杂性以及外部环境因素的影响，仅依靠数值模拟往往难以完全准确地模拟实际情况。因此，实验验证作为数值模拟的重要补充，能够对模拟结果进行修正和验证，从而提高评估结果的准确性和可靠性。实验验证能够帮助验证数值模拟结果的准确性。通过在实验室或船舶试验场进行实际试验，可以获取船舶结构在不同工况下的实际受力情况和应力分布。将实验结果与数值模拟结果进行比对和分析，可以发现模拟结果与实际情况之间的差异，并确定模拟参数和边界条件的合理性。通过不断调整和修正模型，最终得到更准确的评估结果，从而提高船舶结构设计的可靠性和安全性。实验验证能够为船舶结构的设计和改进提供可靠的依据。在实验过程中，可以观察和记录船舶结构在受力情况下的变形和破坏过程，了解结构的强度极限和疲劳性能，从而为船舶的结构设计和材料选型提供重要参考。通过实验验证，设计者们能够发现结构中存在的潜在问题和安全隐患，并采取相应的改进措施，提高船舶的整体性能和安全性。实验验证也面临着一些挑战和局限性：1）实验过程往往需要消耗大量的时间和资源，特别是在大型船舶结构的试验中，成本较高且周期较长。2）实验结果受到试验条件和环境因素的影响，可能存在一定的误差和偏差。因此，在进行实验验证时，需要合理选择试验方案和参数，以确保实验结果的准确性和可靠性。3）实验验证与数值模拟相比，往往具有局限性和局部性，无法全面反映船舶结构在不同工况下的受力情况。因此，实验验证时需结合数值模拟和现场监测，综合分析评估船舶结构的强度和稳定性，确保结果准确可靠。

3基座动力学特性分析与减振优化研究

3.1针对特征峰减振优化研究

考虑到激励源对设备产生振动峰值的独特属性，可通过精细调节基座的特定区域结构，从而实现抑制振动强度的需求。然而，基座设计面临着多重挑战，既要确保装置的安装便利性，又要承受重量和抵抗冲击，这些要求限制了结构优化的空间。此外，隔振元件的配置需严格遵循负载平衡原则，这进一步约束了大幅度的设计改动。面对这些局限，提升局部结构的硬度被视为一种实际有效的改进方案。具体实施时，可以在基座与船体接触面的振动节点处增加支撑肋条。这种做法能够调整局部结构的自然频率，减弱在关键频率点的振动效应，有效地改善了系统的振动性能。为了优化基座的振动性能，在其底部支撑结构中，即每对肘板之间的特定区域，引入了加固措施。

3.2面向多厂建造的柔性设计方法

首先，进行下游需求收集处理。设计单位可以从多家造船厂标准件建造要求、总段分段划分原则、结构设计过程中的工艺要求等方面进行调研和需求收集，深入分析设计中需预先考虑的生产设计和建造需求。根据与设计过程的耦合程度，对收集到的要求进行初步分类处理。其次，多家造船厂工艺要求的协调处理。对于多家造船厂提出的与设计过程紧耦合的设计需求进行汇总，进而开展可行性分析，形成施工设计需要提前考虑的设计要求列表，针对多家造船厂的差异化要求组织协调和处理。最后，形成柔性解决方案。将设计必须考虑的造船厂不同并且协调无法统一的工艺要求梳理出来，通过对差异化要求的多粒度多层次切分，最大限度提取共性特征，缩小差异化部分，采用基于共性特征的方案重组和基于柔性元模型定制的技术思路，并结合知识工程技术，形成面向一所多厂的柔性解决方案。

3.3阻尼减振优化设计

在减振和噪声控制工程中，应用阻尼技术是一种广泛采纳的方法，通过在结构表面贴覆特定的阻尼材料来强化振动衰减效果，并增加结构的阻抗，从而显著提高隔振系统的整体性能。阻尼材料根据其设计原理，主要划分为自由阻尼与约束阻尼。自由阻尼材料直接吸收振动能量，而约束阻尼则在此基础上创新，通过引入附加的刚性层来限制阻尼材料的运动，这种限制作用能更高效地转移和消散振动能量，达到更佳的减振效果。在评估阻尼材料如何增强基座抗震性能的数字模拟研究中，探讨材料布局于基座结构的不同组件即面板、腹板和肘板及阻尼层的厚度和类型（自由与约束阻尼）对减震效率的具体影响。研究发现，当频率达到中高范围，特别是在500Hz以上的频段，阻尼材料展现出了显著的降振能力，能够实现高达10dB的最大衰减。进一步的分析揭示，阻尼材料在面板上的应用在125Hz时达到了最佳的减振成效。然而，对于更高频率的振动，将阻尼材料置于腹板和肘板处，更能有效控制基座底部的震动幅度。

3.4线型优化

对船体首尾线型进行优化，使线型变化更加平滑，降低船舶航行过程中风浪失速的情况，提高航速并减少能耗，为船东降低运营成本。另外，通过优化船体线型、重新布置货舱内壳折角等，尽量保证货舱舱容及排水量，避免因线型优化导致载重量减少，满足设计指标要求。

结语

船舶结构优化设计是提高船舶竞争力和可持续发展的关键因素。通过合理选择材料、优化结构布局和进行强度分析等措施，可以提高船舶的性能和降低成本。多目标优化、参数化设计和模拟仿真等策略可以帮助设计人员实现最优设计。因此，在船舶结构设计过程中应积极采用优化设计方法，提高船舶的竞争力和可持续发展能力。

参考文献

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