时间：2023-07-23 09:24:43
导语：在船舶优化设计的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：滑油；舱容；系统设计；溢流
中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）5-0079-01
船舶滑油系统一般包括：滑油输送系统，滑油净化系统，滑油日用系统、滑油泄放系统等。滑油的作用主要包括以下几个方面：
①减磨作用――在相互运动的表面形成油膜，减小摩擦；
②冷却作用――带走因摩擦而产生的热量；
③清洁作用――冲洗运动表面的金属磨粒；
④密封作用――产生的油膜有密封作用，如活塞与缸套间的油膜起密封燃烧室作用；
⑤防腐作用――油膜阻止空气与金属表面的接触，防止金属锈蚀；
⑥减噪作用――油膜起缓冲作用，避免运动面直接接触，减轻振动和噪音；
⑦传力作用――提供动力油压。
任何一个相关滑油系统的设计都需要预先考虑全船的所有设备状态、船舶状态等因素，因为每一个系统均不是单独存在的，全船的所有系统包括其它设施均是一个整体，缺一不可，每一个系统的故障都有可能导致整个船舶的灾难。
1 概述
船舶柴油机作为船舶动力和发电机的原动力是船舶的核心装置。为了保证主机、辅机及其它机械设备的安全运行，滑油系统的设计必须严格按照柴油机厂家提供的系统图作为基准进行设计，而且各种设备的配置也应按照柴油机厂家提供的参数进行配套。由于柴油机厂家以及运行速度和往复运动的不同，因而需配不同的滑油系统。各柴油机厂均有自己独立的系统原理图供设计参考。
2 设计布置原则要求
①滑油舱与下列舱柜相邻布置时，一般应设隔离空舱：与滑油舱/淡水舱/锅炉水舱。
②滑油循环舱：在双层底船壳上，如若滑油循环舱延伸至外板时，需要在柴油机泄放至循环舱的泄放管路上设置截止阀，并且该阀的操作要延伸至花钢板上易于操作的地方；若循环舱用隔离空舱与外板隔开，则可不设置该阀。滑油循环舱的进油管应布置在最低液位以下，并远离出油口。而且应保证船舶在横倾15 ?和纵倾5 ?的时候不影响柴油机的运行。对于主机滑油循环舱容量柴油机厂家都有推荐，最终选配的容量务必满足此要求。
③滑油的储藏、输送和使用的布置，应保证船舶和船上人员的安全。在A类机器处所以及（在可行情况下）在其他机器处所内所作的布置，应至少符合4个条件：其一，滑油舱柜不得设在从滑油舱柜溢出或渗漏的滑油可能落于热表面而构成火灾或爆炸危险的地方。其二，对于如有损坏会使滑油从设在双层底以上的及容积500 L以上的储存柜、沉淀柜和日用柜溢出的滑油管，应为其在油柜上直接装设一个旋塞或阀门，且一旦此种油柜所在处所失火，应能在有关处所之外的安全位置加以关闭。其三，应设有确定任何滑油舱柜内存油量的安全有效装置，如测深管和液位计，液位计为平板玻璃带自闭阀式，不可为玻璃圆管液位计。其四，滑油储存/沉淀/日用舱柜应设置能从柜底泄水的自闭式阀或旋塞，并应采用适当措施收集泄放出来的油污水。
④油柜、泵、滤器下面设置集油盘，并将污油泄放至泄放柜（一般为滑油泄放柜），如若滑油泄放柜布置在双层底，应在泄放总管上设置相应阀件，一般设有止回阀，一方面防止底层破损后海上倒灌，另一方面还阻止油气上溢。 同时带压力泄放和重力泄放应单独分开布置，以防压力泄放倒灌至其它泄放口。
⑤任一油舱柜或滑油系统的任何部分，包括由船上油泵供油的注入管在内，应设有防止超压的装置。空气管和溢流管以及安全阀应排向不会由于油和蒸气的存在而导致失火或爆炸危险的位置，且不得排向船员处所和乘客处所，也不得排向特种处所、闭式滚装处所、机器处所或类似处所。
⑥对滑油舱柜（一般指澄清舱）、分油机加热器进行加热的介质温度不超过220 ?，加热的最高温度小于其闪点10 ?，需要设置显示温度指示的装置，尽可能避免使用电加热。
3 设计系统原则要求
3.1 管系设计布置符合
①远离热源，尽可能直管布置，减少接头数量。②铸铁阀件可应用于压力小于7 bar，温度小于60 ?的管路上，安装在油柜上的承受静压力的阀可使用球墨铸铁。③滑油储存/澄清/日用舱柜上直接布置出口阀件，或CCS规定在长度为L=0.8 D+80挠性短管上布置阀件（D为管子外径），而且该阀件能就地操作和舱柜处所之外进行遥控，舱柜容量≤0.5 m3的可以不遥控，但日用舱除外。④注入管路上应设有防止超压装置，例如安全阀，该阀的溢流要到专用溢流柜或其他安全处所。滑油管系独立于其它管系，滑油管系需设置滤器，并保证在设备满负荷运行时能对滤器进行清洗，低速机滑油系统一般设自清滤器，中速机一般为机带滤器。一般滑油输送泵排出端应设有安全阀，安全阀排出油液回至泵的进口端，以便有效地将泵的排出压力控制在管系设计压力之内。
3.2 管材的选择
滑油管路的流速吸入管一般为0.4～1.2 m/s，排出管路一般为0.8～2.0 m/s，管材的选用时要考虑流速的影响，流速高，管径小，管材省，成本低，但流阻增大，腐蚀加快；流速低，管径大，管材费，成本高，但流阻减少，同样也能造成腐蚀加快。所以要根据规范规格书的要求并结合通用惯例合理选用管材。
3.3 阀及附件的选择
一般情况下所有的管路（通常情况下，透气管和溢流管除外）都必须有阀以便于检修。如果管路交叉，则所有的支路上也必须有阀件。但是主机滑油循环舱如果位于双层底，且下面没有隔离空舱与船体外板隔离的话，则这个主机滑油循环舱的透气管就要加阀。阀件的型式同样根据规范和规格书选取，如果规范和规格书无特殊说明，一般我们可以根据通用惯例来进行选择，但对于通径较大的阀（一般为大于DN80），则尽量选用外形较小的蝶阀代替截止阀，对于其它特殊阀件等都要根据厂家标准进行选用。管路附件如仪表、传感器等可按通用惯例进行选用，对规范及规格书特别的要求的要特殊对待。
4 结 语
系统设计是一个复杂的工程，牵一发而动全身。任何船舶系统原理图的设计均要综合考虑，对于设计员来说，做系统设计时不仅要满足相关规范规则要求，还要考虑系统的优化设计、施工的难易程度、设备的布置和维修方便等因素，只有这样才能准确有效的设计出一个合格、合理的系统图，合理的设计能有效地促进船厂的造船精度和进度的提高乃至成本的减少。
参考文献：
Abstract： FIR filter is designed by the genetic algorithm based on BP neural network. Aimed at the difficulty of global optimization and the slow computational rate, an improved method is given. The algorithm takes advantage of the global search capabilities of genetic algorithm and the strong search efficiency of BP neural network. It optimizes the search time and improves the performance of the algorithm. It is particularly effective for solving large-scale optimization problems. The example of low-pass filter designed by the improved algorithm shows its feasibility.
关键词： FIR滤波器；遗传算法；BP神经网络
Key words： FIR filter；genetic algorithm；BP neural network
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）17-0037-02
0引言
在数字信号处理中，滤波器一直占有重要的地位，数字滤波器在语音、图像处理和谱分析等应用中经常使用，其优化设计一直受到广大研究者和工程人员的关注。其中FIR数字滤波器有自己突出的优点：系统总是稳定的，易于实现线性相位，允许设计多通带或多阻带滤波器等。因此FIR滤波器在数字信号处理中得到广泛的应用。
窗函数法设计数字滤波器是最常见方法，但是一些常见窗口函数，如矩形窗、汉宁窗等，窗口形状固定，不能很好地满足多样性需求[1]。而利用凯塞给出的经验公式则需要多次尝试。利用Parks-McClellan算法能够设计出性能最优的数字滤波器，但是算法实现过程十分复杂。FIR数字滤波器设计的问题是一个多变量多极值的寻优问题。遗传算法正是求解最优问题的有效方法，所以在滤波器设计中应用广泛。但是其本身也存在一些缺陷，所以可以对遗传算法进行改进，使其达到更优的效果。
1改进的遗传算法
遗传算法（Genetic Algorithm，简称GA）是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索算法。它提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架，它不依赖于问题的领域和种类，具有很强的鲁棒性。
但是，遗传算法很难实现全局最优，为了使所求的解尽量靠近全局最优，避免早熟现象的出现，虽然曾有人提出对算法的流程进行改进，但是结果收敛速度非常慢，需要花十几分钟才能得到一个较满意的结果，此时对于那些对时间要求苛刻的系统就很难满足要求了[2]。通过参考相关文献[2][3]，结合BP（BackPropagation）神经网络的优点，将BP神经网络引入遗传算法，这就是改进的遗传算法，即基于BP神经网络的遗传算法，充分利用遗传算法全局搜索功能强和BP神经网络算法局部搜索能力强的特点，对于求解大规模多极值优化问题特别有效。
2FIR滤波器
2.1 FIR数字滤波器的频率特性数字滤波器是对一个数字信号按照一定的要求进行运算，然后以数字形式输出的系统。输出仅与过去以及现在的输入有关的数字滤波器称为有限冲激响应FIR数字滤波器。可以表示为[4] [5]：
3改进的遗传算法的实现
将BP神经网络与遗传算法相融合，一方面由遗传算法保证学习的全局收敛性，克服BP对初始值的依赖性和局部收敛问题；另一方面，与BP算法的结合也克服了单纯遗传算法所带有的随机性和概率性问题，而有助于提高它的搜索效率。该算法实现的基本思想[7][8]是：在遗传算法每完成一定代数的进化后，保存当前最优个体，对其余个体进行一次神经网络的优化汁算，产生新的个体，这些新个体和保存的最优个体一起，形成新的一代种群，再参与到下一代的进化中。
具体流程[2][9]如下：
第1步：随机产生初始种群，个体数目一定，每个个体表示为染色体的基因编码；
第2步：分成三个小的步骤，分别如下：
A．判断进化代数或者误差是否满足设定值，若满足则转C；
B．计算个体的适应度，并判断是否符合优化准则，若符合，输出最佳个体及其代表的最优解，并结束训算；否则转向第3步；
C．保留最优个体，其余个体参加BP神经网络的优化计算，产生的新个体和保留的最优个体一起构成新的种群，转B。
第3步：依据适应度选择再生个体，适应度高的个体破选中的概率高，适应度低的个体可能被淘汰；
第4步：按照一定的交叉概率和交叉方法，生成新的个体；
第5步：按照一定的变异概率和变异方法，生成新的个体；
第6步：按照交叉和变异产生新一代的种群，返回第2步。
在选择BP神经网络算子时，每当进化进行了指定的代数，便保留最优个体，其余的个体全部参加BP神经网络算法，产生全新的个体。我们选择这个代数为10至20代。
下面以一个实例进行说明：
例设计一个低通滤波器，其参数分别为wp=0.2?仔，ws=0.3?仔，ap=0.25dB，as=50dB，初始阶数可以由文献[5]确定为M=42。
在此例中，选定初始种群为600，截断概率为0.5，交叉概率为0.1，变异概率为0.01。在运用BP网络时，设置网络隐含层的神经元数为5个（当神经元数为3，4，5时，其输出精度都相仿。一般的讲，网络神经元的选择原则是：在能够解决问题的前提下，再加上一个到两个神经元用以加快误差的下降速度。而当神经元数过大时，会产生其它的问题）。在隐含层选择作为传递函数，用作为网络训练函数，则由改进的遗传算法设计出来的结果M=48（窗函数法设计M=61，频率采样法M=61）。
4结论
本文方法对遗传算法进行了改进，利用改进的遗传算法成功地完成了对FIR低通滤波器的优化设计。例子表明文中的滤波器设计的结果优于窗函数法和频率采样法，得到了较低的滤波器阶数。也进一步证明了遗传算法全局搜索功能强和BP神经网络算法局部搜索能力强。通过改变参数，也可以实现其他类型的优化设计。
参考文献：
[1]王秋生，袁海文，黄娇英.基于遗传算法和余弦序列的数字滤波器设计[J].电子测量与仪器学报，2008增刊：212.
[2]邵仕泉.基于BP神经网络的遗传算法在数字滤波器设计中的应用[D].成都：电子科技大学，2005.
[3]周燕.遗传算法与BP神经网络相结合的说话人识别系统[J].传感器与微系统，2009,28（6）:98-99.
[4]Robert Meddins. Introduction to Digital Signal Processing[M]. Newnes,2000.
[5]余成波.数字信号处理及MATLAB实现（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2008.
[6]杨福宝.基于遗传算法的FIR数字滤波器的优化设计[J].武汉理工大学学报，2002,26（4）：55.
[7]胡玉兰，苑薇薇，王雷.基于改进的混合基因算法的-./数字滤波器设计[J].数据采集与处理，2006，21(2):223-224.
关键字：交通船 船员 优化设计
前言
安徽地处华东、长江三角洲腹地，水运条件优越，水运经济发达。船舶、锚地、码头、船员数量众多，船员上下码头频繁，为船员、工作人员提供服务的港内交通船也颇具规模。港内交通船的特点是吨位小、航程短、航次多、航行海况复杂。由于其设计和建造的成本相对较低，造成目前各式交通船数量多，质量却良莠不齐，对港区管理带来一定难度，对船员安全也不能保障。因此对港内交通船设计方案的优化显得尤为必要。
现状及存在的问题
1.潜在的安全威胁
倾覆。交通船吨位小、航速快，抵御风浪能力不强，航行状况复杂，一般定员5-10人，一旦倾覆，必将造成船毁人亡，人身安全、财产利益受到损失。
触碰。交通船在往返接送船员和工作人员中，需要频繁停靠在码头或大型船舶舷侧，触碰过程中导致交通船舷侧变形、锈蚀、甚至船体破损渗漏，将会带来险情或事故。
人员落水。交通船吨位小，如有风浪，横摇是不可避免的。尤其是上下船时，人员可能集中至交通船一侧，增加了船舶横倾角度，同时也增加了人员落水的可能。
驾驶盲区。交通船一般不设专用驾驶室，导致驾驶员视线不足，驾驶时看不清船头状况。驾驶盲区的存在会导致驾驶员无法迅速做出正确的判断，增加了事故的发生率。
2. 人性化设计不足
目前交通船都比较简易，既不美观，也不舒适。而其作为服务工具，应当在可控的成本范围内尽量提高其舒适性和美观度，在规范允许的前提下为船员提供方便、实用的服务。
交通船优化设计方案的内容
目前港内交通船主要有开敞客舱和封闭客舱两种，本文针对优化后封闭式客舱交通船展开论述。
本船为航行于长江B级航区的钢质港内交通船，双螺旋桨推进，载客7人，船员2人。主要依据中华人民共和国海事局《内河小型船舶法定技术检验规则》（2007）、中国船级社《内河小型船舶建造规范》（2006）设计。
总长：11.60m 船长：10.80m 型宽：3.50m 型深：1.00m
吃水：0.40m 排水量：12.683t
具体布置情况如图所示。
图1 侧视图
图2 舱底平面图
1. 安全性优化
1.1稳性
船舶稳性是指正浮于水面上的船舶当其某一舷在受到外力作用时（如风浪袭击、人员及货物移动、船舶触碰等等），会使船身向另一舷倾斜，当外力取消之后，船舶经过数次左右摇摆，又回复到原来正浮状态、抵御倾斜自动复原的能力。根据倾斜方向，船舶有横稳性和纵稳性，由于船长L比船宽B要大得多，后者一般不危及船舶的安全，船舶倾覆主要由于横稳性不足引起。
船宽和干舷的取值大小，对船舶稳性好坏有着直接影响。一般型宽越大、干舷越大，对稳性越有利。
本交通船船长10.80m，型宽3.5m，型深1m，宽深比B/D=3.5，长宽比L/D=10.8；而规范要求值B/D≦4.5，L/D≦30，满足其要求。干舷0.6m，为型深的60%，干舷富足量充足。经核算，满载出港时：初稳性衡准数：10.377，稳性面积衡准数：4.91，风压稳性衡准数：8.081，回航静倾角衡准数：9.99，极限静倾角衡准数：9.99。
可以看出上述主尺度比例的交通船，稳性富裕量较大，安全可靠。
1.2抗沉性
船舶在航行过程中，一旦发生碰撞或触礁等情况，都有可能使船体破损，对船舶、人命和财产安全构成威胁，严重时会导致沉船事故。所以，船舶抗沉性对船舶安全有着很大的影响。
所谓船舶抗沉性，是指船舱破损浸水后船舶仍能保持一定的浮性和稳性的性能。船舶的抗沉性是用水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室来保证的。这样，就能以储备浮力来补偿船体破损进水所失去的浮力，保证了船舶的不沉，也为堵漏施救创造了有利条件。
本交通船在FR2、FR9、FR10、FR17设置了4道水密横舱壁，设有首尾两个水密舱，客舱区域两舷设置水密纵舱壁，并且在水密舷舱中填充泡沫，在船舶发生破损时可提供浮力。经上述设置，本船可承受单舱破损。
1.3储备浮力
储备浮力是指船舶设计水线面以上船体水密部分的体积所能提供的浮力。
船体在水面上的漂浮位置或吃水与船的排水量相关。排水量和载重量的变化会引起吃水的变化。因此，不同的吃水反映了不同的装载量和排水量。考虑到船在航行中可能发生的意外重量增加，如海损破舱进水，风浪袭击进水等，满载水线应位于上甲板以下一段距离处，使满载水线以上尚有一定的水密容积，该容积入水后能提供储备浮力。储备浮力的大小与船舶的安全性密切相关。
加大储备浮力，船舶不易沉没，能提高船的安全性， 相对0.4m设计吃水的排水量，本交通船实际营运排水量为10.505t，留有2.178t的储备浮力，极大保障了船舶安全性。
1.4船体结构
船体结构强度同稳性、抗沉性都是保障船舶航行安全的基本性能。
本交通船舷侧采用主肋骨制，相对于交替肋骨制，提高了局部抗碰撞的能力；在舷侧设置贯通护舷材和防碰靠把，以减少停靠时所带来的碰撞威胁。
1.5安全设施
船员在上下船之时，由于船舶受风浪影响产生摇晃，船员有掉入水中的危险。本交通船在客舱、机舱围壁设置贯通的风暴扶手、舷侧设置栏杆、甲板设置防滑条，以提高人员行走及上下船的安全性。
2.人性设计优化
2.1外观
本着环保、美观、耳目一新的设计理念，本交通船颜色采用交替彩色油漆。水线以下为黑色，水线以上白色为主，兼以蓝色，黄色，色调简洁、醒目。
整体船型为流线型，视觉效果流畅、时尚，同时减小船舶阻力，提高船舶快速性，增加了船舶经济性能。
2.2客舱
客舱的高度、座椅类型影响船员乘坐时的舒适性。本交通船客舱净空高度2.0m，宽度2.5m，长度4.0，配7把靠背椅，设行李存放处，左右侧壁设风雨密窗，可用于乘客观光，前部设自闭式风雨密门。
客舱宽敞、明亮，提高了乘客的舒适感。
2.3机舱
由于机舱的特殊性，柴油机噪音大，舱室内温度高，空间狭小，工作环境恶劣，为操作维修带来不便。本交通船机舱净空高度1.8m，左右舷设风雨密窗、后部设自闭式风雨密门，并设有通风系统，内部除机械设备外，还留有供检修的空间，这样有效改善了机舱环境。
2.4驾驶室
本交通船为升高、封闭式驾驶室，前部设弧形玻璃窗，左右舷设风雨密舷窗，配休息床铺一张，给长期在船上工作的船员提供一个舒适的工作环境。升高式驾驶室的设置，使驾驶员视线开阔，减少了盲区对驾驶的影响，舒适的同时也增加了安全性。
总结
【关键词】溢油回收机；无人艇；搭载平台；优化设计
【Abstract】In the treatment of the oil spill， sometimes encounter some dangerous or shallow waters， need small unmanned craft to the site for oil spill recovery work. Small unmanned craft's front end is equipped with carrying platform， the platform is mainly completed task release of spilled oil recycling machine. In view of the defects and problems existing platform， the optimization of the necessary improvements， in order to ensure the safety of the work tasks more efficient.
【Key words】Oil spill recovery machine； Unmanned ship； Carrying platform； The optimization design
0 前言
目前，全球经济的飞速发展，促使各国对石油及其石油产品需求量持续增大。在石油运输过程中，由于各种原因导致的溢油事故时有发生，对海洋生态环境造成严重污染，进而严重影响海洋生物的生存环境以及人类的生存。鉴于此，多种溢油处理及回收方法不断产生。当前，海上溢油回收处理方法主要有三种：物理法、化学法以及生物法。由于使用化学或者生物法处理溢油的同时有可能会对环境造成新的污染，因此回收溢油最为理想可靠的方法是使用物理法处理。目前较为广泛的物理法主要有各种收油机以及收油网等机械装置。本文主要是研究并改进安装在无人艇上的搭载平台，使其能够更加安全、可靠地在无人危险水域收放收油机，从而能够高效率完成水面溢油的回收工作。
现有的搭载平台尽管能够完成溢油回收机的收放工作，但是也存在的一定问题。如图1所示：
由图可知，其工作原理为：①在无人艇开往目的地的过程中，装置如图所示放在船头。②无人艇行驶到达目的的以后，电机6启动将溢油回收机提起。③溢油回收机提起以后，电机6停止。电机1启动，开始放钢丝绳。通过立杆顶部的滑轮连接到摆动杆，从而是摆动杆下落。④摆动杆放下以后，电机1停止，电机6启动，放下连接摆动杆和溢油机间的钢丝绳，把溢油机放到水面上。溢油回收机开始工作。⑤当溢油回收机工作结束以后。电机6启动，把溢油机收上去，然后电机1启动，收拉光丝绳，将摆杆拉回，然后电机1停止。电机6启动放下溢油回收机，最终回到如图状态。无人挺开始航行去下一个地点或回航。
通过对上述搭载平台的研究分析，船舶摇摆载荷，对搭载平台上的溢油回收机及顶部电机产生的船舶摇摆载荷，对搭载平台影响比较明显，对搭载平台强度的影响比较大。所以可以在安全及保险措施上对结构进行细化并完善。
1 优化设计方案内容
1.1 通过分析确定方案
通过上述分析可知对搭载平台影响较大的几个因素，由于船的要本载荷本身不可避免，而且溢油回收机的型号已经确定，因此改进方案定为撤去顶部电动机，这样不但可以减少摆动杆与立柱连接处的静载荷，也减少了顶部电机产生的船舶摇摆载荷。从而提高搭载平台的使用寿命和工作安全系数。
1.2 方案概述
通过优化改进。搭载平台的模型如图2所示：
此搭载平台的工作过程大致分为两大部分：
第一部分如图3所示：
第二部分如图4所示。
由图可知，其工作原理为：①在无人艇开往目的地的过程中，装置如图3所示放在船头。②无人艇行驶到达目的的以后，卷筒1启动将溢油回收机提起。③溢油回收机提起以后，卷筒1停止。卷筒2启动，开始放钢丝绳。通过立杆顶部的滑轮连接到摆动杆，从而是摆动杆下落。④摆动杆放下以后，卷筒2停止，卷筒1启动，放下钢丝绳，把溢油机放到水面上。溢油回收机开始工作。⑤当溢油回收机工作结束以后。卷筒1启动，把溢油机收上去，然后卷筒2启动，收拉钢丝绳，将摆杆拉回，然后卷筒2停止。卷筒1启动放下溢油回收机，最终回到如图3状态。无人挺开始航行去下一个地点或回航。
模型图示中1和2为卷筒，均由液压系统提供动力，一个通过钢丝绳的链接控制溢油回收机的升降，一个通过钢丝绳的链接控制摇摆杆的摆动。
在图示中挡杆杆3和4分别控制摆动支架的工作的两个极限位置。
式中n为安全系数，k钢丝绳捻制折减系数，w钢丝绳充满系数，σb钢丝的公称抗拉强度。
滑轮可根据选好的钢丝直径，来选择。滑轮用以支撑钢丝绳。承受负载不打的滑轮，结构尺寸较小（直径D
2 结束语
本文主要讨论了对已有搭载平台的结构优化设计，完成对溢油回收机的收放功能的方案。并且保证其能更加安全高效的完成溢油回收工作，对于在危险区域的无人收油工作具有很强的实用价值。优化后的搭载装置结构更加简单，对水面溢油回收油工作安全高效进行及环境保具有一定的参考价值。
【参考文献】
[1]李艳梅，曾文炉，于强，等.海洋溢油污染的生态和健康危害[J].生态毒理学报，2011，6（4）：345-351.
[2]侯解民，孙玉清，张银东.海上溢油机械回收技术研究[C]//第五届中国国际救捞论坛文集.2008，09：215-217 .
关键词：掣链器；Patran；有限元分析
Abstract: There is no references about the FEA of anchor stopper in China that focus on the effects of the strength of anchor stopper base and its support structure on the ship security situation. By taking a certain type of bunker tanker’s chain stopper as the object controller, this paper carries out finite element analysis based on the finite element software Patran & Nastran for stopper base and its support structure, determines the rationality and safety of structural design, and puts forward the structural design optimization ideas and provides an important reference for the strength calculation of chain stopper.
Key words: Chain Stopper; Patran; FEA
1 引言
在传统的设计中，对船舶机械设备在船舶上的固定以及相关设备的支撑结构均是按结构力学和材料力学理论进行经验类比设计，难以满足设计要求。 随着有限元技术的发展和其在船舶工程上的应用，设计工程师可以运用有限元软件对所设计的结构进行强度和刚度计算，进而根据计算结果对结构进行改进，节省了设计时间和避免了因不当设计而造成的重大损失[1]。
掣链器位于锚机与锚链筒之间的甲板上，用以夹住锚链。抛锚后，闸上掣链器，可将锚链的拉力传给船体，使锚机不处于受力状态；航行时，掣链器承受锚和部分锚链的重力，并将收到锚链筒内的锚贴紧船体，不致发生撞击[2]。因此，掣链器基座及其支撑结构所承受载荷力很大，其结构设计的合理性直接关系到船舶的安全性能。
近年来，中国船级社（CCS）在相关规范中已规定掣链支撑结构强度必须要进行强度校核才能允许建造[3]，然而，目前在国内的研究中尚没有与掣链器支撑结构强度计算相关的文献。在本文中将应用Patran&Nastran有限元分析软件，以某型号的供油船的掣链器及其支撑结构为对象进行有限元分析和探讨。
2 掣链器基座及其支撑结构的有限元模型
本掣链器及其附近的船体支撑结构的材料均为CCS-A级钢，其弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，密度为7 850 kg/m3，极限强度为235 MPa。
在本文中建立掣链器及其四周船体结构有限元模型。在有限元模型中，船体结构中基座、甲板及锚链筒等用板单元模拟，甲板纵梁和横梁用梁单元模拟。该掣链器为滚轮闸刀掣链器，结构相对比较复杂，因此在建立有限元模型时并对原实际设计模型结构作了适当的简化，如：掣链器仅建立了两块安装板，受力结构用MPC单元来代替，与锚链筒相连的肘板不予以考虑等。由于锚链筒有支撑作用，因此对锚链筒在铅垂方向建模约2 000 mm。
在有限元模型中：X正方向为船首方向，Y正方向为船中指向左舷方向，Z负方向为铅垂方向。有限元模型如图1和图2所示。
图1 掣链器及其附属支撑结构的有限元模型（甲板上面）
图2 掣链器及其附属支撑结构的有限元模型（甲板下面）
3 边界条件和载荷的确定
3.1 边界条件
根据CCS的相关要求，在有限元模型边缘分别为横舱壁、隔壁板、纵舱壁，故在这些部件与甲板相交的节点都应该施加约束。在横舱壁与甲板的连接处约束Y和Z方向的线位移及X轴的转角，纵舱壁与甲板的连接处约束X和Z方向的线位移及Y轴的转角；在锚链筒的下端约束约束Y和Z方向的线位移及X轴的转角。
图3 有限元模型的边界条件
3.2 载荷计算
根据文献[3]中所规定的，掣链器的支撑结构的计算载荷为锚链破断强度的80%，按照锚系泊布置图所示方向，施加规定载荷工况于有限元支撑结构模型上，方向沿锚链拉伸方向，即沿锚链筒方向。在本船中选用AM-2级直径48 mm锚链，其破断拉力为1 270 kN，故设计载荷：
F = 1 270×0.8 = 1 016 kN
另外，还需要考虑结构的自重载荷，在软件中设置一个重力加速度即可。
4 计算结果及分析
有限元分析结果见表1及图4~图7。
从表1的结果中可以得出该船的掣链器基座及其支撑结构强度均满足要求，而且在结构最大位移变形为1.55 mm，也在可接受范围之内，故结构设计合理。
从图4中的板单元的应力云图可以看出最大等效应力出现在掣链器基座与甲板的焊接靠近锚链筒处，属于局部应力集中，若局部较小范围内区域的应力水平过大，可取所计算的单元和与其连接结点所属单元的应力之平均值；从图5中可以看出最大位移变形出现在甲板与掣链器基座焊接处，并且是在离锚链筒的远端。梁单元上的最大正应力和最大剪切应力均出现在掣链器基座的加强材上。以上现象均与结构实际情况相符合，因此本文中的有限元模型建立及约束条件的设置真实地模拟了实际结构。
表1 有限元分析结果
图4 应力分布云图
图5 位移变形云图
图6 梁单元正应力分布云图
此外，从计算结果中可以看出各项应力值离各自的许用应力值还有较大的空间，这意味着材料的力学性能尚得到充分发挥，因此，在保证强度的要求的前提下，还可以进一步对原设计结构进行优化设计，以减小构件的尺寸参数，从而降低船舶的建造成本。
图7 梁单元剪切应力分布云图
5 结论
本文基于Patran&Nastran有限元分析软件，以某型号成品油船的掣链器基座及其附近的支撑结构为对象，根据其实际结构和受力情况，对其进行了有限元分析。有限元分析结果表明，支撑结构的加强材布置合理，原设计结构的强度刚度满足规范要求，而并且可以本次有限元分析为基础，在原来的设计结构上做进一步的优化设计，以充分利用材料，降低成本。因此，对掣链器基座及其支撑结构进行有限元分析具有重要的实际工程意义。
此外，由于在国内尚没有与掣链器有限元分析相关的文献，故本文对负责掣链器有限元分析计算送审工作的工程师具有宝贵的指导价值。
参考文献
[1] 孙丽萍. 船舶结构有限元分析[M]. 哈尔滨工程大学出版社，2004
关键词：优化设计； CAE； 机械设计； 产品设计； 设计质量
Abstract: along with the social economy development, engaged in mechanical design of workers with engineering and technical personnel more and more be taken seriously, this paper analysis the optimization design method can improve mechanical design efficiency and the design of the personnel quality, improve the design of mechanical products, only for reference.
Keywords: optimization design; CAE; Mechanical design; Product design; Design quality
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 引言
机械优化设计是在进行某种机械产品设计时，根据规定的约束条件，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。 产品设计的 “最优值”或“最佳值”，系指在满足多种设计目标和约束条件下所获得的最令人满意和最适宜的值。 最优值的概念是相对的， 随着科学技术的发展及设计条件的变动，最优化的标准也将发生变化。 优化设计反映了人们对客观世界认识的深化，它要求人们根据事物的客观规律， 在一定的物质基础和技术条件下，得出最优的设计方案。
机械优化设计可解决设计方案参数的最佳选择问题。 这种选择不仅保证多参数的组合方案满足各种设计要求，而且又使设计指标达到最优值。 因此，求解优化设计问题就是一种用数学规划理论和计算机自动选优技术来求解最优化的问题。
2 机械产品优化设计与传统设计的比较
机械产品设计工作的任务就是使设计的产品既具有优良的技术性能指标，又能满足生产的工艺性、使用的可靠性和安全性要求，且消耗和成本最低等。 机械产品的设计，一般需要经过需求分析、市场调查、方案设计、结构设计、分析计算、工程绘图和编制技术文件等一系列工作过程。
传统设计方法通常是在调查分析的基础上，参照同类产品，通过估算、经验类比或试验等方法来确定产品的初步设计方案，然后对产品的设计参数进行强度、刚度和稳定性等性能分析计算，检查各项性能是否满足设计指标要求。 如果不能满足要求， 则根据经验或直观判断对设计参数进行修改。
整个传统设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程。 实践证明，按照传统方法得出的设计方案，可能存在有较大改进和提高的余地。 在传统设计中也存在“选优”的思想，设计人员可以在有限的几种
合格设计方案中，按照一定的设计指标进行分析评价，选出较好的方案。 但是由于传统设计方法受到计算方法和手段等条件的限制，设计者不得不依靠经验，进行类比、推断和直观判断等一系列智力工
作，这是很难找出最优设计方案的。
优化设计理论的研究和应用实践，使传统设计方法发生了根本变革，从经验、感性和类比为主的传统设计方法过渡到科学、理性和立足于计算分析的现代设计方法， 机械产品设计正在逐步向自动化、集成化和智能化方向发展。
3 优化方法与 CAE
在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，这就是优化方法。
优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。 基于数值分析技术的 CAE（Computer aided engineering）方法， 显然不可能对我们的目标得到一个解析函数，
CAE 计算所求得的结果只是一个数值。 然而，样条插值技术又使 CAE 中的优化成为可能， 多个数值点可以利用插值技术形成一条连续的可用函数表达的曲线或曲面，如此便回到了数学意义上的极值优化技术上来。 样条插值方法当然是种近似方法，通常不可能得到目标函数的准确曲面，但利用上次计算的结果再次插值得到一个新的曲面，相邻两次得到的曲面的距离会越来越近，当它们的距离小到一定程度时，可以认为此时的曲面可以代表目标曲面。 那么，该曲面的最小值，便可以认为是目标最优值。 以上就是 CAE 方法中的优化处理过程。 一个典型的 CAE 优化过程通常需要经过以下的步骤来完成：
(1) 参数化建模 ：利用 CAE 软件的参数化建模功能把将要参与优化的数据(设计变量)定义为模型参数，为以后软件修正模型提供可能。
(2) 求解： 对结构的参数化模型进行加载与求解。
(3) 后处理：把状态变量(约束条件)和目标函数(优化目标)提取出来供优化处理器进行优化参数评价。
(4) 优化参数评价：优化处理器根据本次循环提供的优化参数、设计变量、状态变量及目标函数与上次循环提供的优化参数作比较之后确定该次循环目标函数是否达到了最小，或者说结构是否达到了最优。 如果最优，完成迭代，退出优化循环圈，否则，进行下步。
(5) 根据已完成的优化循环和当前优化变量的状态修正设计变量，重新投入循环。数值优化的过程如图 1 所示。
4 优化技术研究现状
在设计领域中，追求最优的设计方案一直是设计人员不懈努力、奋斗不止的理想和目标，并且在长期的设计实际中产生了诸如进化优化、 直觉优化、试验探索优化等一些优化策略和方法，并在“设计———评价———再设计”的过程中，自觉或不自觉地利用经验、知识、图解分析、黄金分割和分析数学等一些经典的优化方法进行优化设计，解决了一些简单的单变量的优化设计问题。 在此阶段，没有形成完整的优化设计的理论体系，因而可称它为古典优化设计。
随着近代数学的分支———数学规划论的创立，特别是近 50 年来计算机及其计算技术的迅速发展，对工程设计中较复杂的一些优化问题的计算有了重要的工具，并在航空航天、汽车和船舶等民生要害工业部门及一些重大工程设计的应用中取得了较好的技术和经济效果，同时也促进了工程优化设计理论和方法的发展， 如开发出优化方法程序库、机构与零部件优化设计程序库、结构优化设计程序库等一些大型的工程优化设计应用软件，并结合工程优化设计的特点，在多目标优化、混合离散变量优化、随机变量优化、模糊优化以及人工智能、
神经网络及遗传算法应用于优化设计等方面都获得一些显著的成果，逐步形成以计算机和优化技术为基础的近代优化设计。
关键词：船舶 动力装置 节能 减排
中图分类号：F407文献标识码： A
一、引言
船舶节能的关键是节能船型的优化设计。在满足船舶使用的条件下，优化船体线型设计与船型，使船舶阻力最小，选用耗油量小的主机，使总体协调匹配，达到船、机、桨、舵的最佳配置，从而提高船舶的推进效率，减少运营费用。
船舶节能已成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题，他关系到节约燃料资源和费用、环境保护以及船舶运营经济效益等问题。为此，国内外均投入大量人力、物力进行重点研究，我国还颁布了《节约能源管理暂行条例》。随着造船业的发展，船舶燃料费用呈显著增高趋势，占船舶航运运营总费用开支成本的比例颇大。据统计，油船约占60%，散货船约占50%，定期客货船约占35%，小型运输船也占25%~30%。因此，船舶节能极其重要，是关系到国民经济发展的问题。
二、国内外节能减排技术的发展
从1970年代以来发生了两次能源危机，石油价格的飙升，航运企业管理成本增加。特别是近年来，不断迅速上涨的油价，导致船舶营运成本因素有了显著变化，燃料的成本比例正在迅速增加，已超过50%。船舶节能、降低燃料消耗和燃料成本，提高工厂经济效益已经成为一个重要的主题，使船舶节能工作拥有了更多的关注。所以从柴油机制造商、船厂和船舶公司，一直以减少船舶燃油成本上下功夫，以提高其经济效益。
一艘船要在节能技术进步，要不断的加强基础管理。技术进步是使用船舶节能技术促进船舶开展节能工作，例如，在新的构建船舶设计的船、机、桨叶在能源消费在优化设计，合理配置推进柴油机和发电机，尽量减少船舶阻力、提高推进效率，推进柴油机长冲程和更少的缸数、小型化的柴油机，充电系统优化改善，提高扫气压力、优化燃烧室和新燃烧系统，提高了燃油喷射系统，提高最高燃烧压力等等，为了减少燃料消耗柴油发动机直接；推进柴油机电厂方面包括主轴发生器，该系列螺丝，废热回收等节能技术来提高整体效率的船。加强基础管理包括：船舶合理调度；使用气象导航；以减少导航和耗能速度；使用劣质燃油；加强设备的维护管理，合理的维护，保持柴油机及其动力设备良好的工作条件等。
三、 节能减排新技术在现代化船舶上的应用成果
3.1 韩国船舶新技术可省50%燃料费
韩国大型造船企业STX海洋造船9月21日表示，该公司开发了这项技术的节能船舶准备接受订单。这种技术可以大大减少在船舶航运上的碳排放，可以节省高达50%的燃料成本。
3.2 船舶发动机余热回收系统研发动态
日本发展涡轮增压器生成系统。系统的开发用于推进柴油发电机的涡轮增压器和新开发的高速发电机相连，将发动机废热回收，内部使用，作为一个恢复电力平台，电力供应柴油发电机组的发电能力。此外，该系统的使用，二氧化碳的排放量最高可以减少4.6%，还可以减少燃料消耗。
四、 船舶动力装置典型节能减排措施分析
4.1 柴油机排气与冷却水余热的再利用
燃料在汽缸中燃烧后的尾气和冷却水热量，只有很少的热量来可以利用。因此，对于我国巨大的远洋运输船队来说，节能领域是有前途的。这些可以用来加热的热量得以有效使用，现在最常见的是燃气锅炉和主机暖缸使用冷却水热量，燃气轮机也使用主机余热。
4.2 提高船舶动力装置的效率
船舶动力装置包括主、辅机和传动轴系统等设备。因此，为提高工作效率，整个动力装置应该在各方面采取有效措施。
1）优化主机。由于柴油发动机技术的发展，无论是低和中速或高速柴油机的燃油消耗率是大大降低，但是各种机器的差异是显而易见的。因此，船舶应根据船舶的具体情况，选择性能稳定，经济效益好的主机。由于主机能源消耗在整个动力装置中的比例最大，所以通过主机优化来提高效率影响最大。目前主要的柴油发动机低转速、长冲程，目标是减少石油消耗速率，同时，主机和低速大直径螺旋桨匹配效果好。节能功率主机主要是降低燃油消耗率，重油或替代燃料，提高操作效率的船。
2）主发电机燃烧劣质油。主发电机燃烧和主机相同的重油，使用一个品种油，使房间布局和管道布局大大简化，减少了维护工作量。同时也节省燃料成本。
3）优化船、机、叶片。由于船舶航行的情况要复杂得多，外部条件（载重、道格拉斯、污染等）经常变化；所以船、机、桨本身技术状态将会改变，所以，这三个协调特征改变，这样他们的技术和经济指标偏离设计状态，影响能量转换的完善程度，因为这个原因，管理工作人员在使用操作的船只时，应该是清楚的各种特点和经常调整的操作点，使他们处于最佳状态，通过操作目标的实现节能。
4.3 废气处理技术
减少粒子的新技术。最常见的方法是在排气管上安装一个粒子捕获器，用来捕获排气微粒，在特定条件下，使粒子捕获器清洁得到再生。目前，再生方法有很多，但捕获设备材料、工艺的限制，捕获器再生可靠性可以是一个很好的保障。还需要广泛的研究。是否有任何其他技术也广泛深入地，如：静电捕获技术、旋风分离点技术，燃料添加剂技术。但这些技术从实际还有很多距离。
五、 船舶动力装置节能减排技术的展望
5.1 新型油料节能技术
燃料添加剂渗透到柴油，柴油，催化气化，使柴油油缸完全燃烧，减少黑烟，节省燃料。随着科学技术的发展，燃料添加剂技术将继续进步，不断适应节能减排的需求。
5.2 开发代用燃料
发达国家的经济依赖于石油燃料，石油燃料得到有限，容易出现短缺，许多科学家一直在考虑到原油储存、燃料生产和石油消费问题。未来的船舶动力装置不能只考虑石油作为基本燃料，可以考虑使用其他的新能源来取代石油。
5.3 船舶管理措施
要做到节能，首先应加强主机辅机锅炉的管理和维护。对船舶来说，航速对节能起着举足轻重的作用，根据每个航次实际情况，采取最低耗油率航速，节约燃油，少排废气。船舶节能的另外一个重要环节是要保证机器的良好工况，就主机辅机而言，主要从燃油系统和排气系统两方面进行科学管理，燃油方面，可根据实际运行情况安装轻重油转换设备，低质燃油通过加热、搅拌、过滤后其流动性提高，可以达到充分燃烧的目的。还可以根据其性质合理添加燃油添加剂和助燃剂，对燃油进行循环分滤，在进机前适度加热，保持适度的粘度，此外还要加强对高压油泵、喷油器的监测和保养，使之处于最佳状况，从而确保最佳燃烧工况，减少能源损耗，减少排放船舶废气。另一方面加强机电设备的保养和维护也能起到节能减排的的效果。保持进排气系统的通畅，定期调进气阀间隙；定期检查调整供油时和喷油压力，确保其在规定范围内；保持燃烧室组件之间的适宜间隙；保持系统的顺畅。系统不顺畅会使机械磨损增加，会增加油耗；保证足够的新鲜空气供给量；保持操作系统和传动系统处于良好状态，将大大提高机械效率，从而节约油耗。
六、结论
总之，在整个世界节能减排研究背景，我国船舶节能减排也已经投入更多的力量。我们的优势在于落后的优势，除了新技术开展创新以外，还通过发展先进的全球标准信息网络管理技术，对整个船舶集成系统、智能管理，总的来说，掌握创新的方向，使我们的船舶业具有较强的竞争能力。
参考文献
[1] 欧礼坚.浅谈船舶节能技术改造[J].广东造船.2009，（4）.
[2] 程楠，李军.船舶减排的标准之困[J].中国船检.2009，（6）.
关键词：网架结构；节点；杆件；优化
一、前言
网架结构是中国空间结构中发展最快，应用最为广泛的结构形式。网架结构的主要特点有:空间工作，传力途径简捷，重量轻，刚度大，抗震性能好，施工安装简便，网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率，网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶，安装管道和设备，网架的建筑造型轻巧美观，便于建筑处理和装饰。
传统钢网架结构设计的基本方式为：首先设计规划、选定网架形式及其使用的材料，再根据同类结构以往经验，假设网格尺寸、网架高度以及杆件截面形状与截面面积等，并在此基础上进行结构分析，然后验算整个网架结构及其组成构件是否满足强度、刚度和稳定性设计要求等。但假若我们发现计算的截面和假定的截面有很大不不同，那就必须要重新来过。在按照传统设计方法对钢网架结构进行设计的时候，一般会经过一个很繁杂且不连续的设计过程，没有达到结构设计最优的目的。显然，为了降低网架结构的工程造价，可以采用优化设计的方法来减少结构用钢量，另外，在一定程度上也可以对结构的受力合理性进行优化分析。
二、钢网架结构设计方法
1. 网架结构杆件设计
一般工程中大多数网架结构所采用的材料均为钢材，采用Q235和Q345钢居多，这两种钢材的优势在于：钢材力学性能、焊接性能都很好，材质也相对比较稳定。杆件具有很多的截面形式，但这其中主要以空腹载面是最好的，如圆钢管，方钢管，这两种截面各向惯性矩均大，对受力有利，此外空腹截面封闭后内部不易腐蚀，表面也难以积灰和积水，具有较好的防腐性能。
2. 网架结构节点构造的设计
网架结构的节点是连接交汇杆件、传递荷载的重要环节，进行合理的节点设计对网架结构的安全性能、制作安装、工程进度和工程造价都有着极其重要且直接的影响。网架结构的节点分为内部节点和支座节点两大类，其设计和构造都应该遵循受力合理、传力明确可靠、构造简单、制作安装方便等规定，网架结构节点分为几大类，分别是焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、直接相贯节点及焊接钢管节点。
支座节点是网架将荷载传递给下部结构的连接件，是支承结构上的网架节点，我们在针对网架进行内力分析的时候，都要对支座节点加设一定的约束，这些约束一般可以分为可动铰支承，不动球铰支承和不动圆柱铰支承三大类。焊接空心球节点是我国较早应用的节点之一。它可以是不加肋的空心球，也可以是加肋空心球，两个半球的焊接以及两个半球与加肋圆环焊接构造。螺栓球节点可以说是我国应用最为广泛的节点形式，它由钢球、螺栓、套筒、销子和锥头或封板组成，适用于钢管连接。
3. 网架结构设计注意事项
网架结构设计有一些注意事项需要我们认真了解。我们要注意制作工艺的可行性，力求安装的方便，还要关注网架的单位含钢量。从细节上来说，这包括支座的安装难易以及网架锥体的杆件的大小。如网架工程中如采用上弦球作支点并同时用肋板式支座，可能发生网架腹杆套筒与支座肋板空间冲突。所以，在网架设计、制作和安装的过程中，我们应注意根据实际情况，采取切实有效的措施， 既保证结构强度在求，又便于施工，保证工程进度。
三、网架结构的优化设计
对钢网架结构的优化设计，主要包括网架类型优化、网架跨度优化及网架高度优化。不同网架类型在同样跨度、厚度和网格尺寸以及约束条件下，所得到的用钢量也不相同。当采用正放四角锥网架、斜放四角锥网架、抽空四角锥网架和棋盘四角锥网架4种平板网架类型时，用钢量较低，为网架结构设计时比较理想的结构类型。网架跨度大小直接影响最优网架厚度和网格尺寸的选择。随着网架平面尺寸的增大，网架结构的最优厚度和最优网格大小呈增大趋势。遗传算法优化网架结构高度，适用于不同的边界条件、不同支撑方式以及承受不同荷载的网格结构能够进行全局寻优，避免结果陷入局部最优解能够节约用钢量，结果可靠，可用于实际工程中。
网架优化设计时，可以利用一系列的优化设计方法，如准则方法、数学规划法和系统迭代优化设计方等法。这些优化设计方法均是以网架结构的重要特征参数作为优化变量，以结构用钢量大小和受力特性的组合作为目标函数进行的优化迭代过程。具体来看，准则方法从结构力学原理出发建立一些最优准则以寻求用解析形式表示的结构设计的参数，或者通过直观的迭代运算决定结构各单元的截面参数。而数学规划方法是从解极值问题的数学原理出发，运用数学规划中的各种方法，求得一系列设计参数的最优解。系统迭代优化设计方法首先对结构进行有限元分析，获得各部分构件的内力。并依此内力作为条件分别对各部分构件进行局部优化设计，得到本轮次的构件；在下一个轮次时，将上一轮次得到的构件重新形成新的网架，对新的网架进行有限元分析，判断其最大挠度是否满足规范要求。
需要注意的是，优化设计的结果只是数值计算的结果，由于优化时优化参数、优化目标函数及计算程序能力的限制，不可能让优化设计做到完美无瑕，还必须结合网架结构的设计和构造经验对优化结果进行调整，使得设计结果更贴切经验和实际。
四、结语
总之，空间钢网架结构作为一种建筑造型美观，经济指标优良的结构形式，已被广泛应用于工业及民用建筑领域的，给网架结构的发展带来了极大的市场。随着网架优化设计方法的实施，网架的经济型和受力合理性将得到最大的体现。
参考文献：
[1]刘寅东,卞钢.基于ANSYS的结构拓扑优化及其二次开发.船舶力学学报, 2006, 10(2): 120-125.
关键词：钢夹层板；船体结构优化；强度
钢夹层板复合材料刚性大、强度高、重量轻，而且经济环保、舒适性好，逐渐成为船体结构的重要材料，需对钢夹层板船体结构予以优化设计，深入研究。
1.钢夹层板船体结构优化设计原理
强度是复合材料推广应用过程中必须解决的关键问题，钢夹层板材料也不例外，若钢夹层板船体结构强度设计不当，则易对船体的安全性和使用效益构成威胁。因此通过综合分析、合理对比夹层板理论、单层板等效、有限元结构等钢夹层板船体结构分析方法，以及屈曲强度和极限强度分析方法后，得出了优化钢夹层板船体结构的设计原理，具体阐述如下。
对于船体而言，高航速和大荷载是其重要的技术指标，所以如何在满足刚度和强度的基础上实现厚度优化尤为关键，简而言之，就是设计的夹层板和芯层厚度，既要符合屈曲、强度、频率、位移、尺寸等约束要求，也要确保结构重量最轻[1]。这就需要我们合理计算强度因子在满足R
2.钢夹层板船体结构优化设计及其强度研究
2.1.结构优化设计
为更为直观的了解钢夹层板船体结构优化设计及其强度性能，在此以一钢制油船为例加以分析。已知该母型船为无限航区的双壳油船，总长、垂线间长、型宽、型深、设计吃水分别为144.0、134.5、21.5、11.3、7.65（m），吃水方形系数为0.8177，排水量和压载舱容分别为16660和6610（m?），中拱和中垂最大静水弯矩分别为958516和-1010319（kN.m）[2]；然后基于上述提及的结构优化原理和实际需要对该船的原有结构作了改装设计，其中甲板、内外壳、内外底、斜板等为重点优化部位，经初步分析发现，优化后的钢夹层板船体结构的重量有所减轻；为进一步了解结构优化结果以及其强度性能，则构建了有限元模型，但为实现非对称性载荷工况，除了涉及端部横舱壁外，还应在模型中引入船体左右部位的舷结构。
具体而言，该模型重要采用多点约束用于确定边界条件，即一方面使端面的纵向单元与位于中心线中和轴位置的独立点保持一定的相关性，并对位于后端的独立点加以x轴位移约束；另一方面则借助一端为刚性固定的弹簧单元模拟边界条件，以此确保自由端面有一个假定的平断面，但弹簧单元需分别设置在甲板、外板、内壳、内底板、舷侧、舱壁位置（结构模型见图1）[3]；最后进行了施加载荷操作，包括船舷外水作用产生的压力、货油压力、端面弯矩等，以便科学验证优化后的船体结构强度效果。
图1 钢夹层板船体结构模型及其边界条件
2.2.强度评估研究
一是针对屈服强度计算，依旧采用许用应力直接计算刚夹层板船体结构的实际承载能力，此时便需要根据 这一等效应力估算屈服强度（此时的单元等效应力等于基准应力），其中 和 分别代表单元正应力， 代表单元剪应力，通常钢夹层板的面板及其支撑构件处的基准应力不得超过235kN/mm2，而芯材的基准应力和层间剪切力应分别小于芯材强度和最小粘接力；经评估对比钢夹层板船体结构中的面板屈服强度和局部芯层强度，即甲板、内外底、斜板、内外壳的对应工况、最大应力、许用应力、实际屈服度、剪切应力等参数，发现优化后的船体与普通船体有着类似的应力分布，且高应力位置也大体相同，但在整体上有着较低的应力水平。建议在以后的钢夹层板船体结构优化中，还应适当降低双层底高和斜板宽度，以强化斜板设计效果，并合理减小面板厚度以期改善甲板的应力效果。
二是针对屈曲强度计算，考虑到钢夹层板船体结构的屈曲强度需要满足 / ≥1.1这一条件，其中 和 分别代表单面受压载荷和梁弯曲应力，故需要结合有限元法解决复杂的边界问题和受载问题，优化后的船体结构有着较强的屈曲强度。
最后经综合对比分析得出，优化后的钢夹层板船体结构中的甲板、内底和外底的梁剖面模数有一定的减小，甲板、内外底、内外壳、边舱斜板的质量分别降低了13.12、6.56、70.55、84.25（吨），而且成本节约效果明显。故上文所述的钢夹层板船体结构优化效果较好，强度性能有所提高。
结束语：
随着钢夹层板在船舶和海洋领域应用范围的不断扩大，对其船体结构设计及其强度也会有越来越高的要求，进一步提高钢夹层板在船体中的应用效果和价值，以强度因子为切入点，探索合理的优化方法。
参考文献：
[1] 刘志慧.钢夹层板船体结构强度分析方法研究[D].哈尔滨工程大学，2011（05）.
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