船舶优化设计范文

前言：我们精心挑选了数篇优质船舶优化设计文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

关键词：船舶海洋工程管线优化

中图分类号：S611文献标识码： A

前言

管道被广泛地应用于石油化工"水利工程"建筑"船舶等领域，其在不同的应用环境下需承受不同的外力作用，大规模、全面地开发利用海洋资源和空间，发展海洋经济已列入各沿海国家的发展战略。海洋开发和利用除了需要先进的海洋工程技术，还需要各种海洋工程结构物的支撑。这为与海洋工程装备业关联度极大的船舶工业提供了极好的机遇。作为未来世界经济的支柱产业，海洋工程和海洋开发潜力非常巨大。近几年，全世界对浮式生产系统的新增需求达到约120座，全球浮式生产系统的年投资额以高速度递增，其中FPSO船(浮式生产储油装置)仍将是全球浮式生产市场的建造热点,该船型集生产、储油、运输多项功能于一身，是当前国际海上石油开发生产设施的主流形式。随着生产向深海的不断进入，FPSO船的优势将会更充分显现出来。中国海洋石油开发总公司也需要较大数量的海洋平台、多艘FP-SO平台，用于海洋开发建设的资金达到了数百亿元。船舶工业是海洋工程的天然“霸主”。随着海洋油气开发向深海发展，船舶工业与海洋工程的关系更加紧密，船舶工业在海洋油气开发中的作用更加突出。这主要有两方面的原因:一方面是技术上的因素。随着作业水深的增加,固定式平台海洋构造物难以适应深海作业，各种浮式海洋工程结构物成为深海油气开发的主角。船舶工业与其他专业平台厂相比其优势正是在这类浮式结构物上——海洋开发装备具有船舶的属性，它的基本要求是在水上能浮起来、稳得住、移得动，这就与船舶有了相近的技术要求。这种天然优势为船舶工业迅速占领深海平台市场创造了良好的条件。另一方面是开发周期的因素。由于海洋油气开发竞争日趋激烈，国际石油商对从发现油气到生产的时间要求越来越紧，而与船舶相近的海洋工程物恰恰可以以最快的时间迅速部署于生产现场， 从而大大缩短深海油气的开发时间。正是由于这两方面的原因，使船舶工业迅速成为深海油气开发装备生产的主要力量。船舶工业越来越深地融入海洋开发装备领域，已成为当前海洋装备发展的一个重要特点。相对于已经成熟的船舶工业来说，海洋开发装备业是一个新兴产业，正在发展过程中，据专家估计,目前及未来几年,仅油气开发生产一项，全世界就需要约100多艘FPSO船、200多座钻井平台，加上其他海洋产业的需求,海洋开发装备甚至比整个国际船舶市场的需求还要高。因此未来船舶企业会参与更多的海洋工程结构物的建造。

管线几何优化设计

管道隔振支座最佳布置设计优化需确定隔振支座的类型"数量及位置!由于支座类型的选择难以依靠程式化优化计算来得到，本研究仅针对支座力学与隔振性能参数给定情况下，研究管线支座的数量与几何位置优化问题涉及到的约束条件包含强度( 应力) "刚度( 位移和变形) "稳定性( 屈曲) 和动力学特性( 管线固有频率和管线响应振幅) ，同时考虑工艺安装方面的特殊要求( 某些位置无法安装支座) 针对上述约束，细化为优化数学模型中考虑应力"位移"固有频率"稳定性和评价点在指定频率区间的振级落差等约束条件简化的支座布局几何优化设计模型见图所示，通常选取支座数目和支座位置为设计变量本模型假定支座总数目事先已知( 通常按照工艺要求确定，但适当增加一定数量) ，通过确定各支座的几何位置坐标实现布局优化!当相邻两个支座的位置坐标非常接近或重合时，代表其中一个支座可以取消。

支座布局几何优化模型

2.管道隔振支座布置设计优化模型迭代解法

上面给出的支座布局优化模型仍为基于连续与离散设计变量的混合数学规划问题，常规优化算法较难解决，可采用迭代优化算法

进行求解!考虑到计算效率的问题，需采用变步长的迭代优化算法!

该迭代算法依据约束条件的满足情况及变步长的临界间距值来确定支座数量的减少与增加，然后通过

常规优化方法得到支座的几何位置坐标，最终得到较优的支座数目及间距!迭代流程见图采用迭代算法求解该支座布局优化模型时，其计算效率有赖于迭代步长的选择!对于特定的管道结构，当假定的支座初始数目与最优支座数目相接近时，即使迭代步长为常数，依然能够获得较好的计算效率，但假定的支座初始数目与最优支座数目相差较多时，则必须选择逐步增加的迭代步长才能获得较为理想的计算效率。

支座布局优化模型迭代解法

由管线各目标函数下的优化结果可知，三种目标函数下的优化模型，优化后满足约束要求，支座最优数目均为6个，各支座位置接近，优化结果基本相同，三种方法迭代次数均为 5-6次，计算效率较为理想，但以关联支座造价为目标函数下的优化模型与其他两个模型相比迭代次数较多，将几何优化设计方法所得优化结果与规范设计方法优化结果比较可知，以管线结构应变能和管线最大下垂为目标函数的优化模型，几何方法和规范法所得优化结果接近!以关联支座造价为目标函数的优化模型，采用几何方法时，尽管迭代次数较多，但仍然取得了满足约束条件的优化结果，其计算过程较规范设计方法更为稳定，结果更为可靠!

总体来看，两种设计方法所得优化结果是相一致的，几何优化设计方法是可行的!在几何优化设计方法中，由于支座初始数目通过假定得到，且往往与最优数目相差较大，因此迭代次数较多，其计算效率明显低于规范设计方法，但较多的迭代次数同时也保证了迭代过程的稳定性，使计算结果更为可信!因此，尚须进一步研究更为稳定高效的管线隔振支座布局优化算法。

3.总结：将所得结果与规范设计方法优化结果进行了比较，证明了几何优化设计模型及方法的可行性，并得到了与规范设计方法中相一致的结论: 以管线最大下垂或管线结构应变能为目标函数的隔振支座布局模型计算过程更为稳定高效"优化结果更为可靠。

参考文献:

[1] W.Kent.Muhlbauer 《Pipeline Risk Management Manual》

[2] 美国雪佛龙公司 海上油气工程设计实用手册

[3] 海洋石油工程设计概论与工艺设计

ANALYSIS OF PIPING OPTIMIZATION DESIGN IN MARIN SHIP & OFFSHORE PROJECT

Xiaoyimeng

(BOMESC Offshore Engineering Company Limited TEDA TIANJIN CHINA 300457)

Abstract: Ships engineering technology has been mainly based on general navigation of the ship-based, with the development of Deep Ocean, marine construction vessels generally have not restricted, but extends to all parts of marine engineering, such as various engineering ships, offshore oil platforms, FPSO vessels. Ships engineering technology should be based on a ship and the proper development of the situation to increase technical knowledge, so that professionals have mastered the knowledge of other marine engineering structures.

Keywords: Marine engineeringOffshore EngineeringPiping optimization

第2篇

【关键词】 长江口船舶定线制；船舶交通流；优化设计；上海港；绕航

0 引 言

近年来，随着长江“黄金水道”沿岸经济带的高速发展，以上海港为龙头的长江沿岸港口货物吞吐量增长较快，进出长江的船舶与南北大通道的船舶在长江口水域产生大量的交叉和汇聚，船舶航迹分布复杂，船舶交通流之间冲突点多。尤其是从中浚前5 h开始，大量外籍船舶按照引航计划起锚进入长江口，其驾驶员与南北大通道航行船舶驾驶员之间语言沟通不畅，导致一些迟来的船舶“抢”计划、“抢”位置，从而造成船舶间避让不协调，船舶交通流之间冲突强度大。本文对2008年版长江口船舶定线制未能解决的问题进行分析，力求降低各船舶交通流之间的冲突强度和等级，避免出现外籍船舶起锚后进入长江口与南北大通道船舶直角交会的局面，以缓解现有长江口水域通航安全压力，降低该水域通航风险，为海事管理部门决策提供建议和理论依据。

1 长江口船舶定线制概况

长江口地处我国南北海岸线中部的长江黄金水道与沿海南北大通道的交汇处，自2002年9月1日起，长江口开始实施船舶定线制，由3个圆形警戒区、11个通航分道和11条分隔线组成。而后海事管理部门根据实际运行效果对该水域进行优化，将原先3个警戒区简化为A、B两个警戒区，简化通航分道并调整相关灯浮和锚地分布。2008年6月1日起施行的新版本长江口船舶定线制见图1。

2 长江口船舶定线制拟解决的问题

2.1 长江口警戒区存在安全风险

2008年版长江口船舶定线制在2002年版的基础上作了简化，并很好地对接了长江口深水航道治理三期工程，对梳理船舶交通流有着较为理想的效果。[1] 但是，当南北大通道的船舶与东西向的船舶因下列3种情况积聚时，其间的交通流冲突并没有得到解决。

（1）在正常天气条件下，中浚前5 h左右，长江口水域开始初涨，大批船舶开始从海上或锚地起锚驶进引航作业区水域或进入通航分道、警戒区，然后分别从长江口深水航道、南槽航段进入，直至中浚时结束。

（2）因风、雾等恶劣天气导致上海港南北槽封航，待天气和能见度好转、船舶交通管理系统（VTS）解除禁令后，此时耽搁的船舶必然鱼贯而入，从而导致船舶积聚。

（3）因特殊船舶进出、发生船舶故障、海事和军事演习等导致临时交通管制，待管制结束后出现船舶交通流积聚情况。

当船舶交通流积聚时，大量外籍船舶与南北大通道上的本国船舶密集交汇且沟通不畅，导致避让难度加大，存在重大安全隐患。排队等待进长江口上引航员的外籍船舶与南北大通道上的船舶之间交通流冲突见图2。

2.2 船舶交通流复杂

根据对A警戒区内交通流量长期观察结果，该区域船舶交通流较为复杂，主要有以下几个情形：大型船舶进出长江口深水航道、采用我国沿海南北习惯航线、出港的小型船舶在A警戒区附近转向北上、从长江口1号锚地起锚驶往南北槽进港等。

按照常规，D3通航分道沿南北方向的延长线为管制线，也就是说船舶在进入管制线以前都是根据自身计划（其中交管时间期间按交管批复时间）安排进入长江口的。那么，在长江口初涨或临时管制解封后，进入长江口的船舶分别从A、C1通航分道汇聚至长江口A警戒区（见图3），其中不乏有大型重载船舶和大型超宽船舶。由于长江口灯船至D3通航分道水域过于狭小，造成很多船舶间来不及沟通便已经汇聚至报告线水域的尴尬，往往还会出现按照计划原本应该优先进入长江口的船舶却被堵在后面的情况。

2.3 长江口锚地容量不足

由于长江口现有锚地无法满足进出上海港船舶锚泊的需要，经常会有船舶锚泊于长江口锚地边线以外，甚至侵占A通航分道。

3 优化方案设计

3.1 优化方案的主要原则

3.1.1 安全第一

海上航行安全最为重要，航道规划应充分满足通航的安全性，以适应港口未来发展的需要。

3.1.2 兼顾经济、环保效益

在确保通航安全的情况下，航道规划应充分考虑航运企业的经济效益，减少不必要的经济支出；同时不能对海上环境构成威胁，确保海上环境不因航道规划而遭受破坏，以促进海上交通和谐。

3.1.3 充分考虑航海习惯

长江口是大型船舶进入长江的唯一入口，中外船舶汇聚于此，对于长江口船舶定线制而言，最终的受用者是广大国际海员。因此，在制定优化方案时需要充分尊重国际海员的航海习惯，同时充分考虑优化后通航分道与原有航道之间的延续性，尽可能少作改动，以便于航经此水域的驾（引）人员掌握、理解和执行。

3.2 优化方案调整的主要内容

从缓解既定方案的突出矛盾、提高通航安全性、兼顾航运企业经济效益和海上环保效益及优化方案实用性等角度出发，充分征询有经常航行于长江口水域经历的船长、引航员的意见，建议性地描绘出长江口船舶定线制优化方案（见图4），其主要内容如下：

（1）取消原有C1和C2通航分道。

（2）将A通航分道向正东方向延长20 n mile，并相应增加C警戒区和C1、C2、C3通航分道。

（3）将B通航分道向正东方向延长20 n mile，并相应更名为B2通航分道；相应增加D警戒区和D1、D2通航分道，并保留B警戒区和原有C3通航分道。

（4）将长江口1号锚地向正东方向延展并扩充为长江口1号锚地和2号锚地，将原有长江口2号锚地向正东方向延展并扩充为长江口3号锚地和4号锚地，深水航道D5灯浮正北面的锚地维持原状不变。

（5）A警戒区与B警戒区之间及A警戒区北侧水域实施限制性通航，即航行于北槽及江苏、浙江附近口岸的船舶可以使用该限制性分道，但必须提前报备，谨慎驾驶，同时现场必须征得VTS同意。

（6）其余相应增加相关灯浮和虚拟浮标。

4 优化方案总体评价及说明

4.1 安全性评价

李松等[2]提出两艘或多艘船舶在一定的时间和空间上彼此接近到一定程度时，若不改变其运动状态，就有发生碰撞的危险，这种现象称为水上交通冲突，同时引入“交通冲突技术”对水上交通冲突的发生过程及其严重性进行定量测量和判别，并应用于安全评价和预测。评价警戒区交通冲突严重性的4个指标分别是冲突点数量、冲突区域的复杂性、冲突出现频率和冲突等级。本文以北槽与南槽水域作为比较单元，按照以上4个指标对船舶定线制优化前后两个水域的警戒区冲突情况对比作简要评价（见表1）。[3]

由表1可知，船舶定线制优化以后，北槽水域警戒区外移，避让余地更大，对缓解在锚地起锚进入引航作业区的船舶与南北大通道上的船舶之间水上交通冲突作用明显，水域安全性将会明显提高；南槽水域虽然“多”出一个警戒区，冲突点数量有所增加，但优化方案会分隔一部分船舶流，减小局部水域船舶密度，使船舶冲突强度和等级均有所下降，水域安全性将会有所提高。[4]

4.2 兼顾经济效益

南北大通道整体向东“搬迁”，将会大大提高该水域的安全性，从而减少航经此地的船舶因航行安全引发的经济损失，但同时会使得部分船舶产生一定程度的绕航，增加绕航船舶的经济负担，尤其是从上海港至江苏、浙江附近港口的船舶绕航明显。

在提高船舶通航安全性的基础上，设计方案充分考虑航经该水域船舶的经济效益，减少不必要的绕航，保留B2通航分道，对南槽出口南下的船舶以及浙江沿岸北上由南槽进口的船舶均不会造成影响。同时，保留A警戒区北侧水域、A警戒区与B警戒区之间的限制性通航，减少船舶在北槽水域和浙江附近港口之间的绕航。

4.3 兼顾社会和环保效益

船舶主机在额定功率的60%以下运行时，将会造成柴油机气缸内柴油燃烧不良，运转效率下降、滑油消耗率增加，使燃烧室部件、排气系统和增压系统产生严重的燃气污染。因此，优化方案实施以后将大大提高长江口水域船舶运转的通畅度，减少主机换挡、停复主机及低速航行的次数，减少主机内柴油不充分燃烧及其产生的污染气体排放。

4.4 尊重航海习惯

长江口船舶定线制优化方案是在现有基础上将南北大通道整体向正东方向“搬迁”20 n mile，尽可能地少作改动，以便于航经此水域的国际船舶海员对“新”方案的理解和适应。

5 结 语

长江口是整个长江航道系统的咽喉，是长江深水航道和南槽航道的重要组成部分。本方案从实际问题出发，在理论上寻求突破口，为海事管理部门在制定方案时提供理论建议和参考。但是，长江口船舶定线制优化设计方案在提高长江口船舶通航安全性的同时，也造成部分船舶绕航和海事部门监管投入成本增加等不利影响。长江口船舶定线制的设置直接影响到整个上海港的船舶安全及进出上海港船舶交通的畅通或阻滞，因此需要作进一步深入研究和评估，权衡利弊。

参考文献：

[1] 陈旭海，詹海东.长江上海段圆圆沙警戒区航行规则的思考[J].航海技术，2009（3）：18-19.

[2] 李松，邵敬礼.水上交通冲突技术在船舶定线制警戒区中的应用[J].水运工程，2010（7）：111-115.

第3篇

[关键词]船舶；螺旋桨；优化；设计

中图分类号：F407.474 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0355-02

在船舶设计领域，针对船舶的稳性、快速性、操纵性及耐波性等分别具有一套理论完善、实用有效的设计方法。因此，随着航运业的高速发展，船舶的经济性、环保及安全性日益受到重视，对船舶的综合性能提出了更高的要求。螺旋桨作为主要的船舶推进装置，其综合性能直接影响着船舶的快速性、安全性与舒适性。同时，随着船舶向高速化、大型化发展，螺旋桨负荷日益加重，而丰满型船尾容易导致伴流场的不均匀程度增加，使得单纯考虑效率的螺旋桨设计方法无法满足现代螺旋桨的性能要求，必须发展新的设计方法，从推力、效率、空泡及激振等多方面对螺旋桨进行综合优化。

1 优化设计方法

1.1 优化问题

螺旋桨螺距与拱度的优化设计问题主要是在给定桨叶负荷的面分布形式时对螺距与拱度的配合进行优化设计。优化过程中，桨叶径向负荷的分布形式被指定的归一化形式限制，叶剖面采用 NACA a=0.8 拱弧线或其他形式，通过调整螺距与拱度的匹配，使桨叶负荷的弦向分布形式与给定形式的方差最小。采用升力面理论涡格法程序计算桨叶负荷及水动力，优化问题的提法如下：

其中：Γmn、Γ0mn分别为桨叶附着涡强度的计算值和要求值，依次根据计算得到的负荷弦向分布及给定的负荷弦向分布形式来确定。M、N 分别为桨叶径向和弦向涡格数，本文取 M=15，N=10。

限制条件式（2）中，Tσ为推力系数计算值TK与设计要求值T0K 之绝对误差，Tε为误差限，本文取Tε=0.025%。另外

式（5）中Γ0m为给定的桨叶负荷径向分布形式，归一化方法同Γm。rε为rσ的允许误差，本文取rε=0.05%。

选择桨叶各半径剖面的螺距比PDi和最大拱度与相应的弦长的比值0Mif为优化变量，为了减少计算量，可根据设计条件限定优化变量的取值范围，本文取DLP=0.5、DUP=1.3，0ML

f=0.0、0MUf=0.1。在优化过程中，发现桨叶梢部对径向载荷的变化特别敏感，而负荷径向分布很难在叶梢部完全与指定负荷分布形式保持一致，所以优化得到的螺距比在叶梢部极易出现突变，这在螺旋桨设计中是不允许的，因此，根据螺旋桨设计经验引入式（7）作为限制条件，以控制叶梢附近螺距沿径向的变化趋势：

其中：LPD=-0.05，UPD=0.0，该限制条件用来使叶梢部的螺距比沿径向递减。

螺旋桨设计中，首先必须满足推力要求，限制条件（2）的第1式即为此而设；第2式用于限制负荷的径向分布形式，这是影响效率的一个主要因素，本文仅考虑负荷的径向分布形式给定的情况，并不进行效率优化，也就是说，保持原桨负荷径向分布不变，改变其弦向分布，通过优化桨叶螺距比与拱度的配合，使桨叶表面压力分布趋于均匀，从而改善桨叶的空泡性能。需要说明的是，上述误差限的取值是为了使相应误差尽可能小，在优化过程中实际的误差常常大于误差限，如限制条件中要求σr≤εr=0.0005，在实际优化计算中常常不能严格满足这一限制要求，而相应的最终优化结果却达到了设计要求，因此这种情况下可认为此限制条件是满足的。同样，σT≤εT的限制出现类似情况时，也不做严格要求。

2 优化案例

2.1 优化对象及其性能分析

本章以某集装箱船五叶螺旋桨为原型，在保持或提高原桨的敞水效率的前提下，以改善桨叶负荷分布为目标，对桨叶螺距与剖面最大拱度的径向分布进行优化。五叶桨的主要参数见表1。

按照上述螺旋桨优化设计流程，得到的优化结果需要通过SPROP（VLM方法）及FLUENT（

CFD 方法）软件从数值计算的角度进行验证，以确定优化目标是否实现。表2比较了原桨在设计工况下的敞水性能的试验结果与数值计算结果。

从表2可知：SPROP 软件预报值的相对误差为：推力-1.5%、扭矩-5.0%、效率+3.7%；FLUENT

预报值的相对误差为：推力+1.0%、扭矩+0.4%、+0.6%。SPROP 软件预报的扭矩与试验差别较大，可能是由其尾涡模型对叶梢卸载桨的适用性差以及粘性阻力估算误差较大引起；而 FLUENT 软件预报值与试验值非常吻合。假定SPROP 软件的计算误差在优化过程中不S设计方案的改变而改变，在优化设计中，设定推力目标值时需按原型桨的预报误差预先给与补偿。

3 优化结果

表3为A桨与B桨的目标函数及限制条件的满足情况。可以看出：与负荷径向分布相比，在整个拱弧面上满足给定的负荷弦向分布相对比较困难；因为B桨负荷的弦向分布形式不同于A桨，而拱弧线形式与A桨相同，所以σs、σr的误差均比A桨大；控制叶梢螺距变化的限制条件则有效地使叶梢的螺距沿径向呈递减趋势，限制了叶梢部螺距的数值波动，使之具有工程实用性。

螺距与拱度的优化结果与原桨之比较分别如图3.1、3.2所示。螺距与拱度的分布趋势表明：当螺距与拱度作为离散变量各自独立变化时，最终得到的螺距与拱度分布难以保持光顺。其原因可能是：负荷径向分布无法精确满足给定值，负荷弦向分布形式与给定的形式也存在一定的误差，以及数值计算的随机误差。因此本章从工程的实用性要求出发，在保持优化结果的分布趋势及满足推力要求的前提下，对优化结果进行光顺处理，并以光顺后的结果为最终优化设计方案，利用FLUENT 对其进行CFD计算分析。

优化设计中，A、B 桨及原桨负荷的径向分布形式保持不变，原桨通过增加叶梢拱度，以弥补叶梢螺距卸载（指叶梢螺距相对于0.7R处螺距的减小量）所损失的负荷。根据图3.1、

3.2中对螺距与拱度分布的定性分析可知A、B桨的螺距与拱度配合能够产生与原桨相同的负荷径向分布形式。

图3.3、3.4分别为SPROP软件计算的A、B桨的负荷弦向分布与A桨相比，B桨负荷的弦向分布在导边附近有所卸载，但卸载程度远小于原桨。与三种负荷弦向分布对应的螺距与拱度配合如图 3.1、3.2所示，其中A桨螺距最大、拱度最小，原桨的螺距最小、拱度最大，

B 桨螺距与拱度均居于A桨与原桨之间。这一结果充分说明负荷的弦向分布形式对螺距与拱度配合的影响。在设计工况下，从三种螺距与拱度配合下的桨叶性能进行分析，A、B 桨各半径处的剖面比原桨剖面更接近翼型的设计状态，可能对桨叶效率有利；但原桨剖面的工作状态更接近于面空泡界限，而A、B 桨偏向背空泡界限，因此原桨在轻载工况下应该容易发生面空泡。

4 结语

通过对弦向负荷分布形式的比较，认为常用的a=0.8的负荷分布形式不太适合于高速、重载的现代船舶螺旋桨设计，该形式使桨叶导边附近的负荷过重，容易在叶背侧的导边附近形成负压峰，进而诱发桨叶背空泡。导边卸载的负荷分布形式（如 a=0.8 & b=0.1）可能是一种更好的选择。

参考文献：

[1] 干洪： 计算结构力学[M].合肥：合肥工业大学出版社，2004.

[2] 岳珠峰， 李立州， 王婧超等： 航空发动机涡轮叶片多学科设计优化[M].北京： 科技出版社， 2007.

第4篇

【关键词】 导标；配布；双向航道；黄骅港

0 引 言

黄骅港煤炭港区是我国“三西”地区煤炭外运第二通道出海口，也是北煤南运和冬季电煤运输的重要港口，全港区煤炭通过能力达到万t，运营航线通达我国华东、华南沿海、台湾地区和日本、韩国以及东南亚部分国家。近年来，随着黄骅港煤炭港区的开发扩容，其吞吐量迅速攀升并实现跨越式增长，对增加神府-东胜煤田的煤炭外运量，保障华东、华南沿海地区能源供应发挥了十分重要的作用。本文结合黄骅港煤炭港区7万吨级船舶双向通航航道扩宽工程，针对港区通航重要辅助设施导标的配布调整进行分析和优化设计。

1 航道现状

黄骅港煤炭港区5万吨级船舶重载双向航道总长约44 km，内航道里程为 m，外航道里程为 m，航道挖泥边坡均为1∶5 （见图1）。

2012年12月6日，沧州海事局在黄骅市组织召开了“黄骅港煤炭港区航道双向通航推进会”，规定外航道里程尺度（见图1）～ m航段内只允许单向通航；其余航段允许3.5万吨级船舶双向通航，5万吨级船舶与2万吨级船舶双向通航。

2 导标现状

2.1 导标布置情况

目前，黄骅港煤炭港区陆域范围内共布置有外航道前、后导标10座（5组），内航道前、后导标10座（5组）。5组导标分别为：对应航道设计底边线布置南、北边线标；对应航道中心线布置中线标；对应分向航道航迹带中心线布置南、北中线标。导标布置断面见图2。

2.2 导标使用情况

单向通航时，船舶观察中线标航行，南、北边线标标示航道设计底边线；双向通航时，船舶观察南、北中线标航行，中线标标示分道通航水域的分隔线，边线标标示航道设计底边线。

经调研，内航道导标使用效果较好；外航道导标受能见度、导标背景条件、导标终导点距离等影响，使用效果欠佳。

3 航道拓宽工程

3.1 实施背景

近年来，船舶大型化趋势非常明显，但受通航规则限制，船舶平均在港停泊时间随运量增长而大幅增加，对港口服务水平产生较大影响。

由于5万吨级船舶暂时无法进行双向通航，故航道条件得不到充分利用，疏浚工程投资未产生应有的经济效益。另外，随着综合港20万吨级航道和南防波堤工程等周边设施的完善，将使煤炭港区防波堤口门处横流有所改善。因此，有必要调整现状航道的通航规则，允许大型船舶双向通航。

3.2 实施方案

航道里程尺度0～ m航段向北韧乜30 m，相应调整灯浮标，航道设计底高程仍为 14.0 m （标准段）、 15.0 m （口门段）。航道拓宽段可满足7万吨级散货船重载乘潮双向通航；拓宽段以外的航段，结合煤炭运输船舶重载出港、压载进港的特点，利用现状航道（航道挖槽宽度不变）北侧边坡水域作为可利用的通航水域，确定现状航道（全航道）可满足双向通航的船型组合。标准段和口门段航道拓宽断面分别见图3和图4。对于油船、化学品船等液体散货船及10万吨级散货船，仍按现状通航规则，采用单向通航。

4 导标调整方案

外航道导标因受能见度制约而目视效果欠佳，综合考虑导标迁移的成本与经济效益，此次拓宽工程暂不对外航道导标进行调整。

4.1 内航道导标调整方案设计

方案1：航道设计底宽4等分法。航道北边线标和北侧分向航道中心标位置不变，中心标向南侧移动15 m，南侧分向航道中心标、南边线标同时向南侧移动30 m。

方案2：航迹带法。航道北边线标位置不变，北侧分向航道中心标向南侧移动8 m，中心标向南侧移动15 m，南侧分向航道中心标向南侧移动，南边线标向南侧移动30 m。

4.2 方案比选

从导标引导效果来看，方案1和方案2均能保证导标有较好的引导效果。方案1符合引航习惯要求，但存在会船时两船间富余宽度较大，而船岸间富余宽度略低于规范要求的问题；方案2满足规范要求，但与引航习惯要求不一致。

经综合比较后发现，方案1基本接近规范要求，且移标数量少，工程费用低，又能满足引航部门的习惯要求。因此，推荐方案1作为导标调整方案（见图5）。

4.3 导标使用规则

4.3.1 单向通航

（1）进出港船舶观察导标的中线标航行。

（2）边线标标示通航水域边界线。单向通航断面示意见图6。

4.3.2 双向重载通航

以7万吨级船舶重载双向通航为例，导标使用规则如下：

（1）进出港船舶应观察导标的北中线标和南中线标航行，此时船长和引航员需注意北中线标和南中线标标示的位置比实际的航迹带中心线向航道边坡侧偏8.0 m。

（2）中线标标示分道通航水域的分隔线。

（3）边线标标示通航水域边界线。双向通航断面示意见图5。

第5篇

1广播电视发射传输技术

1.1光纤技术

光纤通信技术是一种常用的发射传输技术,主要指在信号传输的过程中将广播作为主要载体,将广播作为信号传输主要模式的一项技术。光纤通信技术在有线电视中的应用频率较高,随着技术的不断发展和进步,该项技术也愈加完善。使用该项技术的过程中,需要保证传输的准确性与科学性。广播电视制作数字化节目的工程中,该项技术属于一种全面的信号传输模式,光纤宽带的传输、接收网络也具有良好的发展前景。该项技术的主要优势体现在信息传输效率较高、容量较大,并且光纤本身的体积较小,具有较强的抗电磁干扰能力及安全保密能力,同时远距离传输也具有较强的稳定性[1]。

1.2微波技术

微波主要指频率范围在300MHz=300GHz之间电磁波,微波通信技术也是一项重要的广播电视发射传输技术,该项传播技术不需要使用固体传播媒介,仅需要确保传播过程中不存在阻碍便可有效传播,因此微波技术在广播电视发射传输中的应用较为广泛。微波站是微波传输系统的主要组成部分,主要设备包括收发信机、调制器、电源设备以及自动控制设备等,使用该项技术的过程中,具有施工线路段、周期短等优势,因此在一些光纤辐射困难的区域同样适用,如水面、山区等。微波技术也具有较强的抗干扰性能,在自然灾害中也具有较强的信号传输能力[2]。多数情况下需要使用抛物面天线,具有一定的聚焦作用,能够对微波进行有效收集,实现远距离的信号传输,将微波作为传输媒介进行直接传输。除此之外,使用该项技术的过程中需要加强与无线电管理部门的交流,实现市政建设与线路设备的有效整合,制定科学合理的设计方案,从根源处避免一些不良因素对微波系统造成影响。

1.3卫星技术

卫星技术主要指通过星载转发设备接收、分析地面传输的微波信息,之后结合实际情况进行有效处理,同时与地面接收服务器进行有效连接,采用失真传输、最低符合噪声等方法能够实现对发射后传播信号的有效传输。另外同其他技术相比,卫星技术的传播范围十分广泛,比如说一颗卫星信号能够实现对上百套电视建模信号的有效传输,并且该项技术具有极高的传输效率、传输质量,传输功能较为丰富[3]。但是该项技术对安装技术人员专业能力的要求较高,如果工作人员未掌握相关技术,可导致操作不合理,引发故障问题。另外该项技术易受到自然环境等因素的影响。在雨季易受到雷击,日凌现象会对信号形成干扰,导致其短时间发生停顿。因此需要加大对相关工作人员的培训力度,采取科学合理的施工、维护保养措施,保证设备安装的合理性。工作人员需要加强对自然情况的监测,如果存在异常情况及时采取有效的预防措施,避免信号受到干扰。

1.4无线发射技术

无线发射技术也是广播电视发射传输技术的重要组成部分,具有良好的发展前景。无线发射技术具有较高的智能化水平,能够实现对传播信息的自动监控,帮助工作人员了解发射机的遥控指标,能够减少工作人员的工作量,提高工作效率。首先,无线发射技术具有一定的安全性,该项技术使用高频电磁波覆盖,能够对信号进行全面覆盖,确保电视节目的整体质量,同时有助于改善画面质量,为工作人员及时发现故障问题提供便利。其次,该项技术具有较强的实用性,随着互联网信息技术的飞速发展,无线技术操作简便,得到了人们的广泛青睐,在确保持续播放、播出时间准确、覆盖范围广以及画面清晰的前提下,具有多元化的发展趋势[4]。最后,该项技术能够突破地域的限制,进一步增加信号传输的覆盖范围,有助于降低运输成本,符合社会发展需求。

2中、短波模拟调幅广播

中、短波模拟调幅广播是一种常用的广播模式,能够通过调频方法以及发射频率低于30MHz的声音进行广播,实际应用阶段,需要对中波调幅广播频率区间进行合理控制,保持在520KHz-1060KHz之间,将其划分为120个频道。目前中波频段是地波传播的主要途径,主要原因在于中波频段无线电波在地面传播时具有较小的衰竭程度[5]。同中波相比,短波的传播方式存在明显的不同,因为短波具有极强的地面吸收能力,但是电离层反射的损耗较低,所以在实际传播阶段需要通过电离层的反射实现传播。结合目前发展显著进行分析,中波传输台具有短波传输覆盖的作用,传输时产生的发射功率为1kW-1000kW不等。在实际发展的过程中,因为调频方式的特点各不相同,因此工作波段的传播特点也存在明显的差异,导致模拟调幅广播的质量下降,因此对广播电视行业的发展造成阻碍。随着时代的发展与进步,传统技术模式无法满足社会发展要求,随着互联网信息技术的飞速发展,三网趋于融合,中短波模拟调频广播逐渐失去竞争优势。调频广播主要通过调频方式进行广播,对频率的范围具有明确的界定,主要在87MHz-108MHz之间。在该范围内,具有2000多个不同频道,该传播方式主要通过空间波直线进行传播,对服务区域进行划分时,需要对发射天线与接收天线之间的距离进行合理分析,为了能够有效提高覆盖效率,对发射台进行建设的过程中需要将其设置在地势较高的区域,有助于信号的传输,进而提高整体覆盖效率[6]。调频广播在实际发展过程中具有明显的优势,主要体现在线性失真小、信噪强等方面能够始终处于高保真立体声的广播状态下,因此该模式有助于多工广播的实现,结合近些年来的发展现状进行分析,调频广播已成为应急广播的主要形式。

3广播电视发射传输技术的发展分析

随着先进技术的飞速发展,广播电视发射传输技术也得到了明显的优化与完善,在不断发展的过程中,其传输信号的质量也得到了明显的提升。对于光纤技术、微波技术以及卫星技术的合理应用,有助于推动广播电视节目的稳定发展。在先进科学技术的指导下,广播电视发射传输技术也逐渐趋于完善,能够更好地满足人们的生活需求。现如今,随着信息技术的飞速发展,在花联网信息技术、5G技术的推动下,使广播电视发射传输技术处于高速发展阶段,不断拉近与观众之间的距离,不仅能够为观众提供更为丰富的节目,同时能够通过互联网进行有效互动,有助于提高广播电视发射传输效率。除此之外,随着广播电视发射传输技术的不断发展,各项技术逐渐趋于完善,其应用范围也会得到明显延伸,为广大观众提供更为全面、优质的服务[7]。

4广播电视发射技术的优化措施

4.1建立完善的监测体系

现如今,互联网技术发展迅速,各类智能化、自动化技术得到了各行各业的广泛应用,同时为广播电视行业的长远稳定发展奠定了基础。在新形势下,广播电视发射传输技术需要充分利用其智能化、自动化的优势,建立完善的监测体系,保证信号传输的稳定性与安全性。全面、可靠的监测体系对于确保广播电视信号的安全、稳定传输具有重要的意义,同时也是优化、改进广播电视发射传输技术的主要途径。监测体系需要实现对广播电视信号传输信号的实时监测,如果发生故障问题,监测设备能够将相关情况进行及时预警,为工作人员第一时间解决故障问题提供便利,有效提高播出质量。

4.2加强对受众群体的分析

可借助云计算技术对受众群体进行分析,充分掌握其需求及喜好,结合分析结果对广播电视的播出时间、内容进行合理调整,使用户具有主动性,能够结合自身需求及喜好选择收看或收听节目,有助于提高广播电视的收视率,推动行业的稳定发展。

4.3做好应急措施

广播电视节目信号传输过程中极易受到外接其他因素的影响,主要因素为天气因素与人为因素。目前信号的主要传输形式为实时传输,如果突发故障必然会导致播出事故问题,因此为了确保电视广播节目的正常播出,工作人员需要做好相应的应急措施,保证发生异常情况的过程中能够及时进行处理,对故障位置进行精准定位,及时修复,确保信号的正常传输。另外因为目前信号发生设备多设置在较高的区域,虽然能够有效扩大信号的传输范围,避免地面对其造成不良影响,保证其传输质量,但是也导致其受雷击的风险增加。因此需要安装专门的避雷设备,减少雷击对传输质量的影响,确保信号的高质量传输。

4.4提高光缆的地面高度

光缆是保证信号稳定传输的重要工具,随着信息量的不断增加,对光缆传输质量的要求也在不但提高。因此,在进行光缆建设的过程中,需要适当增加其与地面间的距离,提高地面高度,有助于进一步提高信号的强度,避免外界因素对信号造成不良影响,保证信号传输的安全性与稳定性。

5结语

第6篇

一、烟草的历史及辽宁满族吸烟风俗

烟草是什么时候传入中国的呢?据史料记载,中国真正开始风行烟草及吸烟习惯,还是在明朝万历年间,烟草从海外传入以后,才为世人共知.(摘自《吸烟的历史》52页)由此可知中国人吸烟的历史已经五百年了。悠长的历史使广大吸烟者对烟具的喜好也是多种多样。其中有“烟嘴”、“烟斗”、“旱烟杆”、“鼻烟壶”、“水桶烟”、“烟袋”等等。这些都是辅助吸食烟草的工具。那么包装贮存烟草的烟具又有那些呢？天津中和烟铺(又称五甲子老烟铺)，是一家历经明、清、民国三朝的老字号。那么最初的烟草包装主要是白纸包包即可。到了近代随着烟制品的种类并没有增加多少，只是吸烟的方式发生了一些变化。烟具出现了一个明显的特点：注重实用性的同时，更注意其装饰性和艺术性。出现了角质、骨质、玉石、金属、塑料、陶瓷等烟盒制品。

任何一种文化现象的产生和发展，都与一定社会的历史条件紧密相关，清代东北满族烟俗的形成与发展亦然，它与当时满族身处的自然环境与生活方式有着密切关系。东北地处寒温带，烟草自身的生物特性，为人们抵御风寒提供了一种较为理想的选择。烟草因其所具有的药物属性，在满族生产生活中也扮演着重要角色。满族人喜吸烟草，在长期吸烟的基础上，形成了许多与烟紧密相关的生活礼俗。在日常交往之中，敬烟是满族人迎宾待客的主要方式之一。敬烟也是满族人尊长敬老的一种表现形式。满族是有着敬老传统的民族，在日常生活中，处处体现着对老人的尊重和爱戴。烟在东北满族的婚姻礼俗中也扮演着重要角色。在满族婚姻礼仪中，有一项重要的仪式——“装烟礼”，一般是由女子向男方的长者敬烟，礼毕后，尊长要将事先准备好的钱送给女方作为酬礼，谓“装烟钱”。由此可见明清时候烟草刚刚传入中国在辽宁吸烟的风俗已经形成,并且成为辽宁地区百姓生活中不可或缺的习俗。

本文介绍的这款“烟跳”是一款比较新颖的烟盒设计。在保持原有贮存香烟功能的基础上增加了自动取出香烟的功能。在注重增加新功能吸引消费者的同时不断加强了对烟盒本身设计的装饰性和艺术性以及地域的文化性。以提高设计中的情感因素。那么设计中情感因素往往会成消费者购买的重要因素。那么我们来分析一下烟跳设计中的情感因素都有哪些。

二、烟盒设计中情感因素对设计的影响

消费者的情感具有复合性，对于一个产品可能会有几种不同的感觉。正是因为对于产品的评估我们有着多元的影响因素，产生的情感通常不会是单一的一种。光是在功能的设计中的创新往往是不够的。在材料的选择上采用了目前比较昂贵的红木材料，如：花梨木、紫檀木、红酸枝木，楠木等珍贵木材。中国是一个木材木使用比较多的国家，对于木器的加工工艺也是历史悠久。皇家帝王对高档的木材的使用选择也是相当考究。民间对于木料的种类、品种、价值的认知度也是比较高的。那么在烟跳设计材料的选择大大提高了产品本身的价值，再经过中国传统的木器加工工艺如榫卯工艺、雕花等工艺的使用以及传统图案的运用，在提高产品本身的使用价值的同时也提高了产品的艺术价值以及产品的的收藏价值。

消费者对产品的情感具有时效性：每个人随着年龄的增长，其周围的环境在不断变化，个人的期望目标、衡量标准、态度也随之变化，对于同一产品在不同的阶段也经常会有不同的反应。红木等材料在漫长的使用过程中也会随着时间、环境的改变产生变化。如红木在使用的过程中随着温度和湿度的变化以及使用者的不断抚摸也会产生颜色的变化，颜色会变得越来越深色泽光亮，显得很沉稳饱满，具有历史的沧桑感。中国有句古话叫做“金镶玉”。在烟跳的设计中加入玉石和金箔也为整个设计增添璀璨的一项，尤其玉石随着时间的推移玉石本身会变得更加圆润。使产品的本身的艺术价值得以进一步的提高。产品采用的主要材料是紫檀木，以及产品花纹是嵌入的是青海玉和金子，花纹都是采用的古典象征祥和福瑞的图案。在材料的选用方面使产品大大的增加了它的价值和艺术价值以及收藏价值，花纹都是采用的明清象征福气花纹式样。

第7篇

[关键词]船舶结构；发展现状；结构简化；鲁棒性；优化设计

中图分类号：U663.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0150-02

1.船舶结构发展现状

早年建造的钢质铆钉远洋货船，舫昵部呈尖形，有舶、舰楼，中部有上层建筑，称谓“三岛式”结构。这种船型货舱底二侧设有污水沟，船壳板通过角钢与上甲板用铆钉连接，货舱口有许多大梁并用插梢梢牢，船壳板并叠铆接。这种结构抗扭性较好，刚度较大，使用寿命也较长。现代远洋货轮主尺度大大增加，舫部加球鼻，艉部削平为三角方昵，上层建筑后移，有的甚至无舶楼，污水沟改为污水井，连接的角钢没有了，货舱口的大梁也没有了，船壳平整。这种结构从模型试验来看，抗扭效果、稳定性都较差，使用寿命很少能超过三十年，大型恶性事故频频发生。这一演变引起我们极大的关注，通过分析实船存在的问题，为什么脂部钢板容易锈蚀，新造的船会出现裂缝（仓口围四角肘板与甲板脱焊）等，并通过模型和有限元计算证实，得出以下观点。

（1）船舶较大部位的严重锈蚀与弯、扭有关巨大的波浪外载荷等外力会引起板材蠕动、材质酥松、涂层撕裂、海水渗入，足以证明有一定柔性的焦油沥青漆都不能复盖牢钢板。

（2）营运船舶是“每弯必扭”，甚至“不弯也扭”船舶主尺度的增加，外力也大大增大，其中扭力不可低估。但肋骨和纵骨不参予船舶的抗扭，甚为可惜，材料潜力没有发挥出来。

（3）船壳板上逐渐严重的垂向或肿部水平向瘦马型和舱底板瘦马型与弯、扭有关。

（4）船是很软的，高边柜斜底板是散货船的致命弱点船舶在大海中航行尤如蚕起伏爬动，不但被广大船员注意到，也被各大船级社在电脑屏上显示出来。

（5）树的结构最为科学树的高度与直径之比远大于超高层大楼高度与长x宽之比。塔松（如伞、金字塔形）结构稳定，其道理就在树干上长出许多树叉，树叉的根部即树的节疤，将树木展开就可看到不在同一高度的许多节疤，这一高一低的节疤就是“诀窍”，造船业如果引进这一结果，可使舱壁加固，抗扭性可大大提高，舷侧加固，抗弯能力也有可观的提高。

（6）船舶刚度的提高，目的是要减少无谓的蠕动这可延长使用年限，降低折旧费，改善经济效益。通过计算，采用新的结构形式，船舶自重可以较大幅度地减轻。

2.船舶结构优化设计方法

船舶结构优化设计，就是要寻求合理的结构形式和适当的构件尺寸，使船体结构在满足强度、刚度、稳定性及频率等条件下具有较好的力学性能、工艺性能、经济性能及使用性能。随着计算机的普及和计算技术的发展，建立在计算机分析和模拟基础上的船舶结构优化设计通过吸收有关基础学科的研究成果，借鉴相关工程学科的共同规律，已取得了卓有成效的进展在可靠性设计方面进行了大量的基础性工作在以人工智能原理和专家系统技术为基础的智能型设计方法方面进行了开创性的研究在综合评估船舶结构性能方面进行了探索性的工作。这些研究构成了船舶结构现代设计方法的基本内容。

2.1多目标模糊优化设计方法

在传统结构优化过程中，都是根据确定性条件来进行的，即目标函数和约束条件都是人为的或按某种规定给出的，是一个确定的值。而实际上，船舶结构优化设计过程中，约束条件，评价指标及多个评价指标间的协调，都包含着许多模糊因素。要处理好涉及模糊因素的优化间题，必须借助于模糊数学才能获得令人满意的结果。

模糊优化设计大大增加了设计者选择优化方案的余地，使设计者对方案的性态有更深入的了解。模糊优化设计方法研究发展很快，但目前尚未达到完全实用化程度。其难点在于到底如何针对具体的设计对象，正确确定描述目标函数满意度和约束函数满足度的隶属函数。

2.2基于可靠性的优化设计方法

前苏联首先将概率论和数理统计方法引入结构设计之中，形成了安全度理论。以超载系数、材料匀质系数和工作条件系数来考虑载荷、材料及环境的一些随机性因素，并以此为基础发展成为结构的可靠性理论。

船舶结构可靠性的基本理论和方法，随设计目标要求的不同，可以给出不同的船舶结构可靠性优化设计准则，一般可分为以下三种。（1）给定结构的可靠度要求，使结构的重量最轻；（2）给定结构的最大允许重量，使结构的可靠度最大或破损概率为最小；（3）兼顾结构重量及可靠度或破损概率，使其某种组合满意度达到最大。

2.3鲁棒性设计

鲁棒设计是现代设计方法中的一种重要设计方法，是提高质量特性的一个重要途径。现代鲁棒设计方法是在田口方法的基础上发展出来的方法。通过使用容差模型法、最小灵敏度法以及灵敏度分析法，得到以下结论：（1）容差模型主要解决设计变量的变差对目标函数的影响。设计变量的变差会以一定的规律传递给目标函数。基于容差模型法的鲁棒设计要求目标函数和约束函数均具有一定的鲁棒性。目标函数鲁棒性是指产品特性既要使波动小，又要使偏差小；约束函数鲁棒性一般采用最坏情况容差来处理。（2）最小灵敏度法通过使性能参数对某一设计变量的偏导数最小而求得鲁棒设计解。（3）灵敏度分析法主要是通过估计出设计变量发生微小波动后对目标函数和约束函数影响大小，进而通过这种影响的大小来改变设计变量以达到改善设计质量的目的。

3.船舶结构简化方向展望：

现有主船体结构有球扁钢，扁钢，刚板，角钢，槽钢，折边肘板，带面板的肘板等。未来在不降低总纵强度和剖面模数的情况下可以尽量的加强互换性和通用性，不论船型和吨位，都可以提前下料预制，从而减小建造周期和维修难度。新的船体结构形式可以在原有的基础上在以下几个方向做简化。

3.1对新造船第一阶段

（1）线型基本照旧，球鼻照设，肠娓部外板仅作适当鼓起或凹进处理，使船壳板不易出现垂向瘦马型，这就增加了船的抗扭性。（2）三角方尾的娓封板略为单曲面鼓起，如公共汽车车头的驾驶玻璃，其目的也是为了增加抗扭，避免出现娓封板的垂向瘦马型，这几乎是不增加重量的情况下获得的抗扭刚度和昵部横向强度。（3）躺娓部肋骨改为纵骨，这种纵骨参予抗扭。若因钢板太薄，使用焊条太粗引起水平瘦马型也无碍，反而更可增加船舶抗扭性。据肋骨或纵骨对比计算，整段船的自重还可较大幅度地减轻，如今台湾、日本、西德造的船，都采用这一纵向的办法。（4）肿部舷侧外板用交叉肋骨，并与纵衔相结合（或肋骨加斜束腰）。经整段有限元对比计算，重量比常规结构减小，挠度减少，抗扭能力提高。而且整段平面也不易翘曲，刚度大大提高，货仓肋骨脱焊的事将可改观。（5）甲板下的肋骨也交叉，使肋骨或纵骨与板“同舟共济”，减少无谓蠕动，也即减少钢板的锈蚀，并使甲板负荷可以增加。（6）需精确确定外载荷的大小，然后整段计算抗扭刚度，刚度不足，需相应增加舱壁等的刚度。

3.2对旧船原则上与新造船一样

（1）减少无谓的蠕动，具体表现在相对锈蚀严重的部位，在锈蚀严重部位表面的背面作交叉肋板加强。（2）消除低频高幅的振动出现垂向瘦马型时，在肋骨间加斜肘板；出现水平向瘦马型时，在纵骨（纵析）间加斜肋板；舱底板有瘦马型时，在舱壁下墩等处加强。（3）发现裂缝要对症下药治本，治表（如改为大圆弧形时肘板，鸡爪式肘板）只能掩盖矛盾，对安全、延长船龄不利。加固槽形舱壁可增加船体的扭转刚度，这是比较治本的办法。（4）散货船高边柜内加斜杆。（5）提倡“贴条”式修补一条旧船，如一件旧衣服，补衣服要讲究匹配，事实证明贴得好，工艺好，效果相当好。

参考文献

[1] 戎嘉隆.船舶结构的演变与展望[J].世界海运，1998，21（5）：28-29.

[2] 陈伯真，胡毓仁.船舶结构若干研究方向的现状及发展[J].上海造船，1998，2.

[3] 徐昌文.船舶结构优化设计的研究进展[J].上海交通大学学报，1998，32（11）：118-120.

[4] 曾广武，程远胜，郝刚.船舶结构优化设计方法的研究进展[J].计算结构力学及其应用，1994，1.

[5] 白勇，徐向东.船体结构极限强度的影响参数与敏感度探讨[J].船舶力学，1998，2（5）：35-43.

[6] 崔维成，祁恩荣，黄小平.船舶结构强度预报/评估方法的现状和未来发展趋势[J].2005年中国船舶工业发展论坛论文集，2005.

[7] 王越.船体总纵极限强度分析[D].大连理工大学，2008.

[8] 刘明瑞.典型船体结构的极限强度分析[D].哈尔滨工程大学，2012.

[9] 王凤阳.钢夹层板船体结构优化设计及强度分析[D].哈尔滨工程大学，2012.

[10] 邵伟.基于鲁棒性的船舶结构优化设计研究[D].江苏科技大学，2012.

[11] 刘峰.基于耐撞性的新型船舶结构形式研究[D][D].上海：上海交通大学，2007.

[12] 王其红，刘家驹.舰船材料发展研究[J].舰船科学技术，2001，2：002.

第8篇

关键词：艏部舷墙； 有限元； 优化设计

中图分类号：U661.43文献标志码：B

0引言

艏部舷墙具有防浪作用，并能确保船舶摇摆时船员及乘客的安全.舷墙有参与和不参与船体总纵弯曲两种结构形式.舷墙参与总纵弯曲，对舷墙本身要求较高，且不利于甲板排水，现代船舶设计中已经很少采用.[1]因此本文对船艏部舷墙设计不参与总纵强度，只承受波浪冲击载荷以及系泊设备局部载荷.在船舶结构设计领域，有限元的引入能很地好解决安全性与经济性的矛盾.对于结构分析而言，其目的不仅是校验结构强度，更应着眼于结构优化设计，这是未来船舶设计的趋势.本文以舷墙为例，简单介绍船舶结构设计及优化分析流程.

1舷墙规范设计

舷墙一般由舷墙板、支撑肘板及平台板组成.艏部舷墙设计时，参考艏部具体线型、系泊设备及《散货船共同结构规范》，给出合理结构布置.其基本形式见图1.

针对不参与船体总纵弯曲的舷墙，《散货船共同结构规范》给出具体规定.[2]

（1）舷墙高度.露天干舷甲板及上层建筑甲板的舷墙高度应不小于1.0 m.一般船舶的舷墙外形皆按型线考虑，但对于艏部，若舷墙过于外倾，对船员操作会带来不便，故可向内倾斜.

4结束语

根据通用规范设计艏部舷墙的结构型式和构件尺寸，使用有限元分析进行屈服和屈曲强度校核.根据初步校核结果，调整构件尺寸，优化舷墙结构设计，最后结合其它约束条件，得到舷墙最佳设计方案，即在满足屈服和屈曲强度要求的同时，重量减轻18.6%.

优化过程体现有限元分析在船体结构优化设计中的重要作用，也为舷墙及船舶其它部分结构的优化设计提供了设计思路.

参考文献：

[1]中国船舶工业总公司. 船舶设计实用手册[M]. 国防工业出版社， 2000.

第9篇

关键词：绑扎桥；拓扑优化设计、参数化优化设计

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

航行于海面上的船舶，由于风浪的作用，其受力和运动非常复杂，因此固定在船舶上的绑扎桥受集装箱斜拉力情况也比较复杂。.在利用有限元方法分析绑扎桥的时候，首先要建立合适的力学求解模型，然后利用大型商业有限元软件ANSYS对绑扎桥结构进行求解分析。

本文主要是针对两层绑扎桥这一新形式的结构进行有限元强度及优化设计，为绑扎桥结构的力学性能分析以及进一步的优化设计提供一种有效的有限元数值解决方案。

1、基本假设条件

利用有限元方法对绑扎桥结构进行分析时，需要把结构的实际物理模型转化成数学模型，并根据有关受力分析离散成有限元计算模型，这一过程实际上是把一个真实模型简化为一个理想模型，采用的基本假设条件如下：

（1）忽略模型的局部缺陷以及不均匀等特点，不考虑由于焊接不完整等因素而产生的结构间断问题，即分析中采用的模型连续性能的均匀模型；

（2）绑扎桥的侧向受力特别小，且对称，因此在绑扎桥受力分析中忽略侧向力。

（3）绑扎桥通过螺栓与船舱连接，可以简化为绑扎桥与船舱简支连接。

绑扎桥优化设计

2.1力学模型

绑扎桥主要受集装箱对其斜拉力的作用，斜拉力的大小与方向与很多因素有关，譬如风速、浪高、船体倾斜度等。在本项目中，我们只分析极限受力状况下，绑扎桥受力变形状况。单根绑扎载荷按230KN加载，绑扎桥极限受力状况详见图1。

图1绑扎桥受力示意图

绑扎桥拓扑优化设计

根据上述力学模型，基于ANSYS建立了绑扎桥的拓扑优化分析模型，拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。绑扎桥拓扑优化设计流程如图:2所示：

图2拓扑优化示意图

绑扎桥参数优化设计

基于ANSYS建立了绑扎桥的拓扑优化分析模型，对绑扎桥参数优化分析。ANSYS参数优化设计如图3所示，首先建立初始有限元模型，然后求解，形成参数化结果、定义参数化变量、约束条件和目标函数，然后ANSYS自动搜寻设计域，进行优化设计。对绑扎桥进行优化分析，设计变量为角度、跨距、板厚等变量，约束边界条件为绑扎桥内应力不超过材料屈服应力，位移满足绑扎桥最小位移要求，目标函数为质量最小，经过ANSYS参数优化设计，最终绑扎桥设计如图3所示：

图3ANSYS参数优化设计流程图

图4绑扎桥参数优化设计后的有限元模型

小结

基于ANSYS拓扑优化设计和参数化优化设计，对绑扎桥进行了优化设计。进过优化设计后的绑扎桥，无论是在强度上（绑扎桥应力小于钢材屈服应力），还是在刚度上（绑扎桥位移小于限制位移），均满足要求，且钢材总用量减少了近10%，取得了不错的经济效益。

参考文献

ANSYSInc. Release 11.0 Documentation for ANSYS.2007 .

第10篇

【关键词】 船舶；风机；离心风机；优化设计

新时期下，对于设备的优化设计是我国工业发展的关键途径，对于风机来说也是如此，其应用十分广泛，是很多工业单位部门中输送相关气体介质的关键设备和核心耗能装置，提高其工作效率是节约现有能源的有效途径，对于合理的能源配置方面有重要的意义，长期以来国内外大量相关科研人员根据实际运行情况和模拟数据对风机进行了大量的理论和实验研究，已经对风机有了很有效的优化。

随着计算机科学的不断进步，利用相关模拟软件对实际的风机运行情况进行较为真实的模拟，改进其预发生的问题，可以很好的对其进行优化，节约了时间和资金。在船舶领域，也有很多种类的风机得到应用，离心风机应用在二冲程柴油机启动和低负荷运行时，需要用离心鼓风机提高进气压力，完成气缸扫气。为了进一步减小风机尺寸，节约金属材料，对船用风机进一步优化设计是很有必要的。要想优化风机设计，必须对风机内部流体的情况有清晰的了解，对其进行深入的分析，得到较为详细的相关参数，进一步分析其内部流体特征，细致研究内部能耗损失，针对结果剖析其影响因素，根据可能影响效率的几个几何结构进行参数分析，反复试验优化方案才能得到满意结果。

1、国内外船用风机设计方法简介

风机的发展在全球范围内已经有100多年的历史，国外的相关生产和设计已经比较成熟，但是延长分级寿命和提高风机效率仍然是现在工作的重心。我国在风机设计方面的发展就相对较晚了，自上世纪五十年代我国第一个机器工业局成立以来，我国工业设备的发展十分迅猛，这一时期也是风机发展的关键时期，直到六七十年代我国才进入自行设计阶段，经过我国科研人员的不断努力，有很多类型的风机已经发展成为了高效节能的产品，尤其九十年代以后，我国在风机制造方面有了国外先进技术的支持和国外大型风机企业在中国建厂的实际支持，风机设计优化方面发展迅猛，但是跟国外最先进水平的差距还是十分明显，目前我国仍处在学习阶段。

1.1、一元设计方法

一元设计法要求对模型进行一定的假设，针对风机内部复杂的三维勃性非定常流动，将其简化成一元无勃流动，从中获取几个相关重要的结构性能参数，分析其变化规律，确定相关蜗壳和叶轮的尺寸和结构。其主要缺点还是简化的过程过多，不能够变现实际的风机工况，大多数情况下是根据相关模拟人员的工程和模拟经验来进行修改，得到相对值得信赖的结果，为了改进，研究人员提出了过流断面的设计概念。

1.2、二元叶片设计方法

相对于一元设计法，二元叶片设计方法是针对风机的叶轮设计优化进行改进的方法，其中主要应用等扩张度方法和等减速方法。等扩张度方法主要是根据实际工程中风机的扩张角问题提出的方法，当其过大时风机效率下降明显，此方法可以控制相对平均流速沿流线的变化规律，通过简单的几何关系就可以得到叶片形线。等减速方法可以为叶轮中的相对速度沿着平均流线的分布进行规定，计算出其中的叶轮流动的损失，保证流场内的气流用相同的速率改变相对速度。

1.3、三元叶片设计方法

三元叶片设计主要由全可控涡设计法和载荷法组成，前者采用在风机叶轮流道的中间面附近上应用流线的曲率设计法，它需要结合研究人员的实际工程经验才能较好的进行叶片的设计。后一种方法就是对叶片上的压力面和吸力面上的速度差进行控制，以此来对叶片压力进行载荷控制，计算得到风机流道中平均流线速度，模拟所需叶片形状。

1.4、近似模型法

应用统计学理论，采用随机类优化方法在工程中进行实践操作，可以避免其中的计算量过大问题，在一定范围内对设计的准确性有一定的保证，合理观察设

目标的实际要求，着力使用近似模型，提供快速的空间探测分析工具，在气动优化设计过程中，用该模型取代耗时的高精度的计算流体动力学分析，可以加速设计过程，降低设计成本

2、船用风机的优化设计步骤

2.1、风机叶轮设计指导思想

2.2、各项参数指标的确定

对于转速来说，原则上在转速范围内取最佳效率的电机转速，对于交流电机，最好确定在电机同步转速的转差率0.2以内，因为在此区间电机的效率比较高。对于直流电机，没有严格的指标。

2.3、叶片设计

叶片的设计步骤首先要根据客户要求或者提供的压力和流量确定通风机的转速n，叶轮直径d，然后确定叶轮叶片z和叶片宽度b 以及稠度τ，接着确定需要计算叶片截面；以及叶环的气流参数，再根据所得数据计算各截面的气流角以及叶珊几何角，最后进行叶形状的绘制。

第11篇

[关键词]机械结构;优化设计;趋势

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0121-01

机械产品应用范围相对较广，为确保机械产品在我国日常生活及企业从生产中得到有效应用，实施优化设计十分必要。目前我国已经针对机械结构优化设计进行了研究，并取得一定成果，主要表现在船舶行业、焊工航天以及汽车行业等[1]。机械结构的优化设计可有效提高其产品性能并增加其自身市场竞争力，对其市场发展起重要作用。

1 机械结构优化设计

随着科学技术的发展进步，加快了机械产品更新的速度，以往在制造机械产品时主要采用大批量生产的方法进行，产品相对单一，目前在实施机械产品加工时多采用小批量加工模式，可确保产品的多样性。为确保生产企业的利润，在生产机械产品时需注意将其生产周期缩短，最大限度在确保至质量的前提下降低生产成本。通过实施优化设计可满足上述目标，在一定程度上缩短生产时间并降低成本，通过效率抢占市场。机械结构优化设计目前已在船舶制造、交通工具、航空航天、冶金、纺织、建筑等多领域应用。

机械结构优化设计流程主要包括：（1）针对所优化机械产品尽心目标函数优化设计，可确保机械产品相关技术指标符合优化要求。（2）设计机械产品优化函数变量，变量设计包括机械产品长度、厚度以及弧度等相关结构参数。（3）对机械产品优化设计约束条件进行设定，对计算过程中各项变量浮动范围进行限定。（4）通过以上步骤得出多种优化设计方案，分别对不同方案进行评价，根据机械结构优化设计需求选择最佳方案实施。

2 机械产品优化设计应用分析

2.1 尺寸优化设计

机械产品实施优化设计过程中对尺寸数据有精准的要求。因此实施优化设计汇总需确保各零件尺寸与实际工作需求相符，若产品为多个零件组成结构，若其中一个零件尺寸存在误差均会对零件连接效果造成极大影响，甚至加剧机械磨损导致产品报废。因此机械产品零件越多及机械结构复杂程度越高，对各零件精细度的要求也有所提高。开展机械产品尺寸优化的前提条件机械产品拓扑关系及形状不发生改变，通过计算机技术的应用对具体尺寸变化进行有效调整，可确保机械产品性能的增强。

2.2 形状优化

为确保机械产品性能的全面提升，在进行优化设计时也可从机械产品形状入手开展优化。因多数大型机械设备自身结构相对复杂，各部件形状也具有多样化，很难进行分析，为优化设计进展带来一定困难。我国目前已经针对结构优化方面出现研究成果，如田方针对轴对称机械零件开展的优化设计以及王世军针对机器人结构的优化等。

2.3 拓扑优化

以往在实施机械结构优化设计中多侧重于进行结构参数优化，未针对机械零件拓扑结构实施优化设计。随着机械结构设计意识的提高，优化中心开始向拓扑结构优化方向转换。拓扑设计优化主要在离散结构以及连续结构方面体现，其中离散结构优化设计主要是通过对多个关键点连接方式方面入手，改优化前提是确保上述关键点位置的确定。连续拓扑优化设计主要针对孔洞形状、数量、分布情况、部分结构边界开展的优化。

2.4 动态性能优化

机械产品动态性能主要指的是机械结构受外界作用下显示出外型变化规律，包括相关运动参数等[2]。机械产品实施动态性能的优化设计可明显反应出改产品工作强度及寿命情况。因此对机械结构动态性能开展优化设计不仅能减轻机械工作负担还可在同等工作强度条件下对其使用寿命进行延长。

2.5 多学科结构优化设计

开展机械结构优化设计中需应用多科学角度入手，单独使用某科学角度无法得出理想优化结果，应从多学科角度进行，确保优化设计的多学科化、总体化及系统化，确保优化设计程度符合实际需求或超出预期目标。

3 机械结构优化设计趋势

随着时展进步及行业前景变化发展处机械结构的优化设计，通过近年机械结构优化设计的开展已经从简单化优化设计想结构系统大型化及复杂化机械发展[3]。通过产品设计变量的不断增加，造成结构分析推到以及计算数值方面难度均有所提高，特别是进行特殊结构优化时无相应数据及公式进行应用。在针对大型机械结构进行优化设计时，需将复杂结构进行分解，逐步对各子结构分别进行优化，在优化过程中若设计多学科优化设计也可分科学进行优化。通过对计算机技术的有效利用，确保机械结构优化设计多方向发展。该技术主要代表包括模仿神经网络和遗传算法的人工算法，该算法适合在连续混合机离散变量全局优化中应用，可对产品准确度及应用质量进行提高。针对拓扑结构的优化设计时目前开展机械结构优化设计研究的主要方向，因实施拓扑结构优化可谓机械结构整体优化方案的设计提供科学依据，确保寻找出最佳设计方案，该方法多在大型机械优化上应用，可通过较复杂的计算实施优化，对大型机械尺寸、形状进行优化，提高其产品性能。

4 小结

机械结构优化设计的开展可帮助提升机械产品性能及质量，为机械产业的发展提供了方向及机遇。优化设计的实施可缩短机械产品生产周期并提高机械制造行业竞争力，推动机械产品优化发展。

参考文献

[1]张钟文. 试析机械结构优化设计的应用及趋势[J]. 装备制造技术，2016，07：270-271.

[2]曾文忠. 机械产品设计的结构优化技术应用策略探究[J]. 湖南农机，2014，09：44-45.

[3]周继瑶. 论现代机械中的结构优化设计[J]. 企业科技与发展，2013，09：19-21.

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第12篇

关键词：内河浅水航道；航行船舶；动力推进装置设计；船舶航速

中图分类号：U662.2

文献标识码：A

文章编号：1006-7973（2016）01-0063-02

我国的内河流与众多，由于各个内河流域的航道水文条件都不尽相同，因此，其船舶的航行速度也不同。但是，内河流域的浅水航道因为自身的水文特点，对船舶推动装置的要求就更高，如果船舶在航行中遇到天气条件不好的状况，那么航道的航行条件就更复杂。由于内河浅水航道的水文特点，因此，其中的航行船舶体积都比较小，因此，在进行船舶推动装置设计时，要从船舶的整体方面进行考虑。

1内河浅水航道航行船舶动力推进装置设计的意义

随着我国船舶制造业的快速发展，内河浅水航道的航行速度也在不断提高，但是，由于内河浅水航道具有内河河道宽度不够，水面和河底距离较短的特点，因此，内河航道经常会发生船舶浅水现象。在内河浅水航道的某些区域，甚至会发生船舶及其损害事故，基于这些原因，进行内河航道航行船舶动力推进装置设计，就显得非常重要。以额尔古纳河到恩和哈达之间的内和浅水航道为例，这个航道全长950km，航道中水深最浅处为0.6m，属于航道类型中的Ⅵ级航道，因此，对于这个航道的维护、疏浚等管理工作，水运部门已经购置了多艘船舶进行工作，并且购置、建造了航道维护工程船舶，利用这些工程船舶来进行航道作业。但是，在内河浅水航道航行时，船舶的拖轮会受到航道条件的严重影响，影响船舶的航行速度，因此，对内河浅水航道航行的船舶动力推进装置进行优化设计意义非常重大。

2内河浅水航道航行船舶动力装置运行状况

内河浅水航道的一些航行区域的自然水位、泥沙等情况对航行不利，要求船舶在航行过程中对航行条件有较好的适应能力，能够在内河浅水航道航行中实现自由移动、拖带、拖拽等目的。

2.1辅助作业船动力装置运行现状

内河浅水航道的辅助作业船在吃水1.0m的情况下，船舶能够获得最大的推动力，在这一情况下航行速度最快。船舶的排水量在1000t左右时，其拖带的排水量也为1000t左右，我们最常见的就是挖沙船。内河浅水航道的辅助作业船舶在托在浮船坞或者驳船调遣等机器进行运输工作时，在吃水0.7m的情况下，可以通过港内作业实现排水的目的，排水量大约在120t左右，这种辅助作业船有工作船、空驳船等，这些船舶可以进行内移作业，实现船舶的运行目的。

2.2拖带船动力推进装置运行现状

内河浅水航道的拖带船的航速被定为6km/h，这种船舶是内河浅水航道航行船舶中较为经济的一种，通过对这种船舶的阻力计算，它在运行过程中的总功率在320kw至360kw之间，因此，我们可以推算出船舶在进行自由航行时的航速可以大于18km/h。以额尔古纳航道为例，它的全里程为949km，所以，拖带船在吃水0.9m情况下，能够持续航行1000km，这种船舶在额尔古纳航道中的自持力为7天。如果在吃水0.7m的情况下，进行港内作业，它能够持续航行500km，自持力为3天。

2.3船舶的动力推进装置设计要求

内河浅水航道航行船舶的动力推进装置设计要求，要根据具体的内河航道来分析，主要的考虑因素包括船舶结构，机电设备，排水量、稳定性、人员数量空间等因素。

3内河浅水航道航行船舶动力推进装置设计

3.1船舶动力推进装置种螺旋桨的功率消耗计算

对于船舶动力推进装置种螺旋桨的功率消耗计算方法，主要有以下几个步骤：①先对螺旋桨的直径进行限定，限定值为1200mm；②对船舶航速进行确定，确定航速为13.0kn；③在系柱推力总共为26t时，船舶的航速就为4kn，这种情况下的船舶排水量为305t；④这时就可以计算出船舶螺旋桨的轴功率高于276kW。

3.2船舶动力推进装置设计的考虑要素

根据内河浅水航道的维护特点，要求巷道的维护疏浚船舶数量不要太多，一艘船舶对航道的维护疏浚效果最好，所以为了实现航道维护疏浚工作目的，要采用大型的耙吸挖泥船。目前，超大型耙吸挖泥船一般都在14万亩以上，这样的船舶船长一般为150m到210m之间，吃水情况一般维持在10.3m到16m之间，因此这种船舶的体积较大，因此，船舶得到动力推进装置对船舶本身的操纵性的影响非常大，所以推力推进装置在大型的耙吸挖泥船上的运用非常重要，是对船舶作业的影响非常大。而一般在0.5万亩到13万亩之间的耙吸挖泥船，它的体积和和疏浚性能等方面都比较良好，适合长时间在内河浅水航道中航行、作业。下表是典型耙吸挖泥船的主要数据和各种影响因素：

3.3内河浅水航道船舶动力推进装置的设计功率

内河浅水航道船舶动力推进装置的功率设计，要根据航道船舶的使用情况进行计算设计。对我国内河浅水航道中的船舶进行综合分析，如果船舶拖带的排水量1000t，这时船舶的航行速度大约为6km，船舶的航速航行需要3.5t以上的系柱推动力，如果在较深水区域的航道区域，内河浅水航道船舶动力推进装置的设计功率约为220kw。目前船舶的推进方式大多采用的是LT型推进系统，这种LT型推进系统是依靠电力来实现驱动的，主要包括发电机组、驱动电机、以及LT型推进装置，这些部分组成了船舶的动力推进系统。船舶的驱动电机与LT型推进器之间通过结合组成一个整体，而发电机组与驱动电机之间，需要通过电源联接，来为船舶提供能源。图1是船舶推进发电机组设在舫部灯推进器设在艉部，主要是对LT型推进装置系统进行说明。图2是动力装置系统简图。

第13篇

1 传统工业的优化设计应用

传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计，针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上，内点罚函数优化法，能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化，既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面，典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面，采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计，使得机械结构更加准确保持运动平衡性，提高了传力性能。这样看来，传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果，所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的

作用。

2 现代工业的优化设计应用

现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以，机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机械优化设计应用工作更为活跃，机械优化设计的应用领域更加广泛，涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计；涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计；涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计；涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计；涉及到建筑领域机械优化设计；涉及到石油及石化行业机械优化设计；涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。

2.1 优化设计网络软件的应用

优化算法的研究已经有所成绩，利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件，便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说，亟待解决的问题就是模型问题，对于非常复杂的系统来说，结构、流程、物料和系统参数等，都非常复杂，如果计算对象比较模糊，运算效率会受到严重的影响，这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况，通过合适的算法解决辨别模型，结合神经网络和学习特点进行数据的识别，让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型，比如国内比较成熟的 NEUMAX 软件包，基于神经遗传算法的在线优化软件包，都能够良好的实现各种模型的遗传算法，这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。

2.2 优化设计在MATLAB中的应用

在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求，还能使其在某些特定方面达到最优。利用 MATLAB优化工具箱求解机械优化设计问题不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复，而且编程简单、结果可靠。在上述实例中，利用 MATLAB 软件中FEMINCON函数求解夹具设计问题，最 终设计的 夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低，并且设计效率高。

2.3 人工神经网络法在机械优化设计中的应用

人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统，是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习，可以处理非线性问题，特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题，如不完全数据集合，模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计，主要体现在以下两个方面：

Hopfield 网络 2.BP 网络

2.4 模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化，通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布 （隶属函数） 来 “软化”边界条件，扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模，其特长不仅在于它善于表达模糊概念，处理模糊因素，而且还可将复杂问题简化，使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。

第14篇

关键词：船舶制造；焊接；质量；因素；对策

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.16723198.2017.10.094

船舶制造是一个非常复杂的系统工程，对于船舶制造过程中存在的焊接变形现象，我们要加以关注并深入地研究，由于船舶制造过程中的焊接质量与船舶整体结构的强度、工作性能等方面有直接的影响和关联，而对于船舶制造过程中出来的焊接变形无法通过某一项单一的措施，来加以防范和应对，需要综合分析船舶制造中焊接的影响因素，结合船舶焊接不同部位的特点，采用科学有效的焊接加工工艺和技术，更好地减少船舶制造中焊接变形的不良现象，更好地提升船舶制造的精度。

1船舶制造过程中焊接质量的问题表现分析

1.1焊接结构的稳定性不足

在船舶制造过程中，船舶的强度和硬度尤其关键，它是决定焊接结构稳定性的重要衡量指标，如果船舶的强度和硬度方面存在缺陷或不足，则会极大地影响焊接结构的稳定性。由于焊接材料以及传统焊接技术的不足，船舶焊接的结构稳定性还存在不足，对于船舶制造的整体质量有较大的影响。

1.2焊接材料性能存在不足

在我国船舶制造工艺加工之中，焊接材料及其设备的配置还存在明显的不足，这较大地影响了船舶制造的质量。随着船舶制造业的精度要求不断提高，对于焊接质量的要求也随之提升，而焊接材料缺乏优质性能，这就极大地降低了焊接部位的稳定性。如：大型轮船要求多丝埋弧单面焊的焊丝和焊剂；对船舶的骨角焊缝加工需要采用防锈蚀的焊接材料等。

1.3焊接技术人员的专业化水平不足

我国船舶制造业的发展进程中，焊接技术人员的专业焊接水平还偏低，相对于国外先进国家的焊接施工技术而言，还有一定的差距，由于焊接新工艺和新工艺不断涌现，如果焊接技术人员缺少足够的专业知识和技能，则无法胜任船舶制造过程中的焊接工作，难以实现对焊接质量的高效控制。

2船舶制造中焊接质量问题的影响因素及其解决措施

2.1气孔

在船舶制造的焊接过程中，焊接时所产生的气孔是一种常见而普遍存在的问题，这是由于在焊接施工的过程中，部分熔池内的气泡没有充分、及时溢出，在船体金属材料逐渐冷却凝固的过程中，这些留存在熔池内的气泡就成了空穴，成了焊接质量缺陷。造成这种焊接质量问题的影响因素，主要在于以下几点：（1）焊接的边缘部位残留有水分、金属锈蚀或油渍。（2）焊接施工操作没有依照规定的程序和流程，进行严格的焊接操作施工，导致焊接的焊条的烘焙度不足。（3）焊接施工操作时存在焊芯锈蚀的现象。（4）焊接施工中的电压控制不合理。对于焊接中产生的气孔缺陷性问题，要注重对焊接截面的合理控制，并根据焊接的施工情况，选取针对性的措施，以规避气泡的产生。

2.2夹渣

在船舶制造的焊接施工过程中，这种夹渣现象和问题会极大地降低焊接的致密性，同时也降低焊接部位的强度，不利于船舶制造的整体质量的提升。出现这个焊接质量问题的影响因素，主要包括有以下几种：（1）焊接的施工速度控制不当，出现焊接过快的现象。（2）焊接施工过程中的电流过小，也会导致夹渣现象的出现。（3）焊接施工过程中，如果焊缝的边缘有氧割，也会出现夹渣的问题。对于焊接中出现的夹渣缺陷性问题，首先要选择适宜的坡口尺寸，整理并清洁焊接的边缘部位；然后还要注重控制好焊接施工的速度，确保焊接施工中的融化状态与焊接的匹配性。

2.3咬边

在船舶制造的过程中，焊接材料存在凹陷的现象，就会使焊接出现接头，使焊接连续的强度无法达到规定的要求和标准，从而降低船舶制造的质量。产生这种焊接质量问题的因素，主要体现为以下几点：（1）焊接施工过程中的焊接速度控制不当所导致的，如果焊接的运动速度过快，则会使焊接出现“咬边”的现象。（2）焊接施工中的电流控制不当所导致的。对于焊接施工中存在的“咬边”缺陷性问题，要认真分析焊接施工中的荷载状态、应力状况等，合理控制焊接的速度，实现对焊接轨道的平整度控制。

2.4未熔合和焊透

在船舶制造中的焊接过程中，存在材料和焊件之间没有充分焊接的现象，这种焊接问题对于船舶制造的质量有较大的影响。产生这种焊接问题的因素主要表现为：（1）焊接施工中的速度控制不当，导致焊接速度过快而产生未完全熔合和焊透。（2）焊接施工过程中的电流控制不当，电流过小也会导致焊接未完全熔合和焊透。（3）材料的直径超过了一定的范围，导致焊接时的坡度过小，无法充分熔合和焊透。对于这种焊接缺陷性问题，要注意焊接施工的速度控制，使焊接的摆动与熔合状态相契合，同时也还要注意控制坡口的尺寸。

2.5焊接裂纹

在船舶制造过程中的焊接施工之中，船舶结构出现大小不同的裂纹，会极大地影响船舶整体的美观，也存在较大的安全隐患。其产生的影响因素主要在于焊接施工过程中的速度控制不当以及焊接深度控制不当。对于焊接裂纹的缺陷性问题，应当采用修补的方式，以减少焊接裂纹的扩散。

3船舶制造中焊接质量提升的具体措施

3.1注重焊接结构的优化设计，提升结构稳定性

在船舶制造的焊接过程中，要重视焊接结构的优化设计，这是一项重要的基础性工作内容，要依照船舶制造的技术标准和要求，选取最为适宜的船舶结构设计方式，注重焊接点位置的合理选择，并注重对船舶整体的结构设计，以最大程度上提高船舶结构的稳定性。

3.2优化焊接设备和焊接材料

在船舶制造的焊接施工技术运用中，要重视焊接设备的优化和焊接材料的合理选用。随着高效焊接方法的不断普及，高效的焊接设备也在不断地进行升级，原有的旋转式直流焊机已经被淘汰，替之以高效的整流交直流弧焊机、逆变弧焊机、CO2半自动焊机等。对于船舶制造中的焊接材料的选用，也不断向机械化和自动化的方向发展，普遍采用了药芯焊丝、实芯焊丝等焊接材料，品种相对齐全。然而，我国在高速焊、多丝埋弧焊等方面的专用焊丝还无法自主生产，还依赖于国外进口。

3.3优化焊接专业化操作水平

在船舶制造的焊接技术应用中，要提升焊接人员的专业化操作水平，要掌握新的焊接工和焊接方法，掌握焊接不同工艺的具体操作要领，并强化焊接检验，调整和改进焊接中存在的问题，确保焊接的有效性。

4结束语

综上所述，在我国的船舶制造业之中，焊接施工工艺和流程是不可缺少的系统化工程，在这个焊接施工操作之中，焊接材料、焊接设备、焊接人员都是不可缺少的关键要素，我们要分析焊接施工中存在的缺陷性问题，探索焊接质量问题的解决对策，并从各个方面，提升船舶制造中焊接的质量，推进我国的航运事业发展。

参考文献

[1]王平.影响船舶制造中焊接质量的因素及对策经验谈[J].民营科技，2014，（07）.

[2]蔡德军.船舶焊接质量控制措施初探[J].科技创业家，2014，（09）.

第15篇

关键词： 目标分解； 复杂系统； 多学科设计优化； 层次化建模

中图分类号： U461文献标志码： B

引言

现代产品更新换代速度快，且功能极大丰富，导致系统设计的复杂程度提高.复杂的产品及工程，如汽车、飞机和宇航等，通常由众多的系统、子系统及其零部件组成.同时，这些复杂的产品及工程设计问题又大多涉及多个学科领域，并且各个学科之间可能存在着很强的相互耦合关系.这些复杂因素都给产品开发与工程设计带来非常大的挑战.[1]

为满足现代社会对产品开发及工程设计的要求，并行性、一致性和高效率已经成为设计流程设置及其开发环节中极为重要的考核指标.

所谓的并行性，指系统的各个设计任务在彼此相互独立的情况下同时实施.并行进行的设计任务之间，可能会存在着大量的关联与耦合关系.这就要求各个设计任务之间必须保持与系统设计目标高度一致，从而使得最终生产制造出的产品可以实现预定的设计目标要求.各个设计任务需要与产品的设计目标之间进行不断地交互，而且这种交互工作越早发生，越有利于整个产品开发的高效进行，避免在产品设计后期发生系统整体的性能未能满足产品设计目标要求的情况，从而不得不重新设计，导致极为严重的资源和时间浪费.

传统的优化设计方法，采用串行设计模式和单层次优化方法（AllatOnce）.整个产品开发与工程设计过程按照单个子系统或零部件依次进行设计与优化工作.这样的设计模式严重制约产品的开发效率，也导致最终集成的系统无法实现最优方案.随着产品开发与工程设计问题越来越复杂，自20世纪80年代后期以来，一种解决复杂产品开发与工程设计优化问题的多学科设计优化（Multidiscipline Design Optimization，MDO）方法，在国内外获得广泛关注.MDO方法是一种通过充分探索和利用系统间的协同机制来设计复杂系统的方法，即MDO方法是在复杂系统的设计过程中结合系统的多学科本质，充分利用各种不同学科的设计与分析工具，最终达到最优设计的方法.基于MDO理念，将各学科的高精度分析模型与优化技术有机结合起来，寻找到最佳的总体设计方案.MDO方法最初应用在航空、航天领域，目前已经广泛应用于船舶、汽车和建筑等各个领域.[2]

目前，主要的MDO方法包括：协同优化（Collaborative Optimization，CO），并行子空间优化（Concurrent Subspace Optimization，CSSO），二级系统一体化合成优化（BiLevel Integrated System Synthesis，BLISS）和解析目标分解 （Analytical Target Cascading，ATC）法等.[3]不同于CO和BLISS等传统的MDO优化方法，ATC方法起源于汽车产品设计，其目标主要是通过不断地进行子系统与零部件的迭代优化，实现系统级的产品开发与工程设计问题的既定目标.通过层次化的多学科设计优化方法，在系统的优化设计过程中，结合系统设计目标考虑构成系统的各个子系统的优化设计，并在优化各个子系统的基础上达成整个系统的优化.该方法最早由美国密西根大学KIM博士和PAPALAMBROS教授所在的Optimal Design实验室提出.[45]

1目标分解方法及其数学表达

1.1优化设计问题的层次化构架设计

通常，一个复杂的产品开发与工程设计问题，可以通过分解构建成一个层次化的结构形式.典型的层次化结构设计案例见图1.产品开发与工程设计问题被分解为3层结构，包含由A到G的所有元素.对于层级1而言，只拥有元素A.元素A又可通过分解，得到下一个层级（即层级2）的2个元素，分别为B和C.依次，又可分解得到层级3及其对应的元素D，E，F和G.这样，就可以将一个极为复杂的系统逐层分解成多个简单问题的集合.

图 1典型的层次化结构

1.2ATC方法的实施步骤

ATC方法一般可以按照以下4个步骤实施.

（1）首先确定产品开发与工程设计问题系统级的设计目标；

（2）将这个系统级的设计目标逐层分解到各个子系统或者零部件上，确定它们为满足这个总目标的要求各自所必须实现的子目标；

（3）通过设计优化，使得各个子系统或零部件分别实现其满足系统总目标要求的各自的子目标；

（4）通过各个子系统和零部件设计结果的组合，验证最终产品开发与工程设计是否可实现既定的总目标要求.

ATC方法在建立层次化结构时，需要建立2种类型的模型，分别为优化模型P和分析模型r.优化模型P的主要功能是建立优化算法，并通过调用分析模型r得到系统、子系统及其零部件的设计响应；分析模型r为仿真计算模型，其主要功能是根据优化模型P产生的输入参数（即设计变量）和下一层的响应，通过仿真计算得到相应的计算结果输出，返回给优化模型P.ATC方法中不同层级之间数据流向及每一层中分析模型P与分析模型r之间的调用关系见图2.

图 2ATC方法的数据流向

图2中，作为中间层的子系统层，它的设计目标RUs1和共享变量yUs1由系统层传递下来.经过一系列的子系统层及零部件层优化设计求解之后，将生成相应的设计目标响应RLs1和共享设计变量yLs1，并返回给系统层.同理，对于最底层的零部件层ss1，RUss1和yUss1被作为设计目标和共享设计变量由子系统层传递下来，而后通过优化与仿真，再将相对应的RLss1和yLss1返回给子系统层.对于子系统层调用的分析模型rs1，来自零部件层的ss1响应Rss1和ss2的响应Rss2，子系统层本地设计变量x-s1和子系统层的共享设计变量ys一同作为其输入参数，由Ps1调用.

1.3ATC方法的数学表达

2数值案例及Isight软件求解

2.1数值案例的分解解析

2.2基于Isight优化软件的ATC实现

随着计算机仿真技术的深入，采用单一学科软件的设计、分析与优化方法，已经难以适应复杂系统设计和工程开发的需要.以航空航天领域设计为例，其涉及机械、电子、控制和热工等多个学科.随着各个学科的深入发展，在每个单独的学科领域内，都已经形成大量专业的仿真方法与工具.因此，如何在设计中将各个学科有效链接起来，使其形成一个统一各学科的综合设计的平台，已经成为工程和学术界所关注的重点.

作为多学科联合仿真与优化技术的先驱者，Isight软件为解决复杂系统的产品设计与工程开发提供多学科集成的优秀平台.Isight软件将数字技术、推理技术和设计搜索技术进行有效融合，将多学科专业软件进行协同以驱动产品设计与优化，并且把原来需要大量人工完成的工作改由软件自动进行处理.Isight软件的使用可以大大缩短产品的开发与设计周期，显著提高产品的质量与可靠性.

本文将Isight软件作为实现ATC方法的优化仿真平台.Isight软件下为实现上述数值案例所构建的2层的ATC架构见图3，包括系统层与子系统层，其中，子系统层由2个元素组成.

2.3优化结果分析

利用Isight优化软件所构建的ATC仿真模型见图4.系统级优化和子系统级优化均采用序列二次规划优化算法（Sequential quadratic programming，SQP）.最后设计变量（x1，x2，…，x14）收敛，目标函数f=17.02，与该数值算例的最优值f=17.00非常接近.

图 3Isight软件下的ATC架构

图 4ATC方法的Isight软件实现

3工程案例分析

3.1问题定义

以纯电动汽车动力总成优化设计为例，进一步说明ATC方法.纯电动汽车动力总成的详细结构见图5，其动力总成类似传统汽车的动力总成结构.

图 5纯电动汽车动力总成结构

车辆的基本参数与性能指标见表1.优化目标为在纯电动汽车动力总成的制造成本与其使用成本之间取得设计平衡.基于ATC方法的2层电动汽车动力总成目标分解与架构设计方案见图6.系统层以能耗仿真模型、动力总成成本模型和车辆性能仿真模型作为这一层级的分析模型.通过调用能耗仿真模型和动力总成成本模型可以分别得到使用成本和制造成本，将车辆性能仿真模型作为性能约束条件.[6]

3.2优化结果分析

优化前、后结果的对比见表2，可知，制造成本在整个成本构成中占据较大份额.通过对设计变量优化，使得使用成本和制造成本都有所下降，从而最终优化目标（总成本）也相应地有所下降，说明所提出的基于ATC优化设计方法得到预期效果.

表 2优化设计结果的对比名称原始值优化值传动比ig67.983 2电机转子直径d/m0.120.051 2电机转子长度L/m0.128 70.138 1使用成本/元897.71893.73制造成本/元5 013.894 984.88总成本/元5 911.605 878.61

4结束语

目标分解方法是一种处理复杂系统产品设计与工程开发层次化架构的系统化方法，结合Isight优化软件，对ATC方法进行充分的说明.

（1）对ATC方法的层次化架构进行详细描述，并引出实施ATC方法的一般步骤.

（2）详细论述ATC方法每层之间的信息传递，并给出ATC方法的一般数学表达式.

（3）基于Isight优化软件，分别进行数值案例和工程案例的分析，充分说明ATC方法对解决复杂系统优化设计问题的有效性.参考文献：

[1]赵刚， 江平宇. 面向大规模定制生产的e制造单元目标层解分析优化规划模型[J]. 机械工程学报， 2007， 43（2）： 178185.

[2]吴蓓蓓， 黄海， 吴文瑞. ATC与CO方法对比及其在卫星设计问题中的应用[J]. 计算机工程与设计， 2012， 33（6）： 24552460.

[3]姜哲， 崔维成. 多学科设计优化算法比较及其在船舶和海洋平台设计上的应用[J]. 船舶力学， 2009， 13（1）： 150159.

[4]KIM H M， RIDEOUT D G， PAPALAMBROS P Y， et al. Analytical target cascading in automotive vehicle design[J]. J Mech Des， 2003， 125（1）： 481489.