摘要：进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律，而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。
关键词：船舶结构维护；问题；可靠性；方法
引言
对船体结构的设计要求大致包括以下几方面：可靠性，使用性，工艺性及维护性。其中最重要的是可靠性要求，它为船舶执行任务提供一个基础，可靠性规定了结构必须满足的应力，变形，稳定性以及动力特性等要求，目前这些要求主要反映在有关的规范，规则中。他们是根据理论计算分析，并且总结多年来航运经验制定出来，是结构设计的依据，结构设计之前要明确设计的依据。
1.结构设计的要求
对船体结构的设计要求大致包括以下几方面：可靠性，使用性，工艺性及维护性。其中最重要的是可靠性要求，它为船舶执行任务提供一个基础，可靠性规定了结构必须满足的应力，变形，稳定性以及动力特性等要求，目前这些要求主要反映在有关的规范，规则中。他们是根据理论计算分析，并且总结多年来航运经验制定出来，是结构设计的依据，结构设计之前要明确设计的依据。
工艺性主要是考虑设计的结构便于制造，保证质量。限于对钢板弯曲能力，板不要太厚，为了充分利用自动焊机，减少装配最，提商劳动效率，骨材间距不要太小.为降低建造成本，尽量使用轧制型材或标准型材。
使用性主要由船主提出，如舱口尺寸不能太小以免形响装卸效率，客船船体总变形不要太大以免影响旅客的恐慌，这些问题在设计中都应当考虑满足。
设计出满足上述条件的船体结构不是唯一的，衡量设计水平高低主要是建造成本，无论是船主还是船厂都讲究经济效益，所以设计时结构要减少材料消耗，要容易制造。重量减少了，还能相应提高航速.续航力，提高运抽力，所以结构设计要重量、成本两兼顾。
2.基于可靠性的优化设计方法
概率论与数理统计方法首先在 40 年代后期由原苏联引入到结构设计中，产生了安全度理论。这种理论以材料匀质系数、超载系数、工作条件系数来分析考虑材料、载荷及环境等随机性因素。早在 50 年代，人们就在船舶结构的优化设计中指出了可靠性概念，随后，船舶设计的可靠性受到人们的重视，开始研究可靠性设计方法在船舶结构建造中的应用。
船舶结构可靠性的理论和方法根据设计目标的不同要求，可以得出不同的结构可靠性的优化设计准则。大体分为以下 3种：
1）根据结构的可靠性 R•，要求结构的重量 W 最轻，即：MinW（X），s.t.R ≧ R•
2）根据结构的最大承重量 W•，要求结构的可靠性最大或者破损概率最小，即：
Min Pf（X），s.t.W（X）≦ W•
3）兼顾结构重量和可靠性或破损概率，实现某种组合的满意度达到最大，即：
Max[a1uw（X）+a2upf（X）]
式中，a1，a2 分别代表结构重量和破损概率的重要度程度，而且满足 a1+a2 ≥ 1.0，a1，a2 ≥ 0；uw，upf 分别为代表相应的满意度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆关于船舶结构的可靠性优化设计方法的研究越来越多，逐渐成为船舶的结构优化设计中的重要方向。但是，可靠性的优化设计方法除了在大规模的随机性非线性规划求解中存在困难外，还有一个重要的难点在于评估船舶结构可靠性的过程很复杂，而且计算量大。
3.船舶缺陷的修理方法
修理船舶的方法有很多种，主要方法是对结构的补焊、覆板和改进，将构件进行换新及红火校正等也是常用的修理方法，因为船体结构的区别，所以针对不同部位，使用的缺陷修理方式也各不相同，需要作不同处理：
3.1外板
如果腐蚀面积与范围、程度超过了外板、肋骨及端肘板的正常腐蚀值，就需要进行割换修理，但如果只是在横形舱壁与壁凳斜底板、甲板、内底板及斜载板这些部位产生了裂纹，只需要批掉即可，可用低氢焊条进行全焊进行重新拼接，需要时可进行部分位置的强材加扶。如果这些部位出现局部的有限变形，可以进行校平处理，或者可以使用一些现用措施进行封盖，材料使用复板就可以。如果这种裂变是因为这些部分为厚度普遍都薄弱，那么就应当进行外板的全体更换，倘若是因为触碰原因引发的横舱壁板弯曲，则需要进行局部此板材的换新，同样使用低氢焊条的方式，焊透就可以了。
3.2甲板结构
甲板结构的覆盖范围广，结构组织较多，主要应注意以下几个部分，防止其发生裂纹、变形及沟槽腐蚀的缺陷，横向甲板条、舱口角隅、舱口盖、舱口围板，通常情况下的局部换新，可以适当考虑加厚换新构件的钢板厚度，焊接时也可以进行强材适当加扶。如果有多处普遍裂纹，就需要进行原因找出，设法进行彻底性修理，避免以后有类似情况的多次发生。
3.3顶边舱
构件过分腐蚀现象多存在于顶边舱内，斜底板、甲板等构件如果有超量腐蚀发生，一定要注意及时进行割换，而裂纹和变形，多发生在边舱内纵骨、强框架、肘板部位，因此需要进行割换后进行局部性能增强，如果变形情况过大或严重，还需要进行肘板及纵骨数量的增加。但是有一种特殊情况需要注意，对于油船和顶边舱这类的舱内纵骨水孔边缘严重变薄、腐蚀情况，一定要进行纵骨切换，且割换范围不得小于 300mm。
3.4底边舱
如果裂纹的位置是处于双层底边舱及舱底和横舱之间的过渡区域，那么方法就是把裂纹进行批掉，可以用焊条进行补接，但前提是必须保证其是全焊透状态。倘若裂纹已经蔓延至板材上面，就需要割换局部板材，如果必要的话，还需要进行渡肘板的增加。如果底边舱内部以及双层底最内部的构件有严重的变形和腐蚀现象发生，一定要进行彻底割换，避免产生危险隐患。
3.5货舱
对于货舱的结构缺陷，一定要将腐蚀部分全部进行割换，需要将舱内上下肘板部分，以及肋骨等进行整治，其次，如果肋骨和外板角的焊缝部分，常常有十分厉害的腐蚀现象发生时，应当进行补焊。对于底边与顶边的肋骨，以及构建下斜板位置的裂纹问题，应当选择恰当的方法进行处理，可以参考肋骨肘板割换方式来进行补修，而那些有严重变形现象发生的双层底板凹陷部分，排除没有受到影响的双层底骨架，倘若没有十分大的变形量，且板体厚度还是原来的厚度，这时可以进行特别情况下的特殊处理。
4.结语
综上所述，船舶主体结构设计是一项科学性极强的工作，同时也是一个动态优化、不断改进的过程。设计人员要在坚持相关设计原则的基础上，不断对结构设计进行优化调整，在确保船体结构强度的同时，尽量减轻船体自重，提高船舶航运的经济性，充分发挥船舶的使用性能。
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论文作者:刘一兵1,程畅2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/3
标签：结构论文; 船舶论文; 可靠性论文; 方法论文; 船体论文; 结构设计论文; 裂纹论文; 《基层建设》2019年第7期论文;