船體結構重量預估研究

錢振源 孫樂兵 劉金鳳

摘 要：隨著船舶市場的不斷發(fā)展，船舶生產量不斷增加，很多船廠和船舶設計公司為了保證船舶設計滿足技術要求開始迫切追求生產技術革新，造船行業(yè)的矛盾不斷激化，對船舶產品的順利生產造成了很大影響。本文主要從船體結構重量預估進行研究，希望可以促進船舶行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：船體結構；重量預估；詳細設計

船舶重心問題是影響船舶穩(wěn)定性的重要指標，如果重心較高，在運輸工程中就會發(fā)生顛覆，影響了船舶的正常運行，造成了很多不安全隱患。很多船級社為了保證船舶運輸的順利進展，經常強制性采取一些措施，引起了廣大船舶運輸行業(yè)的不滿，必須對船體結構重量進行預估研究，增加船舶建造方的利益，提升生產效率。

一、概述

1.前期分析

本次研究主要利用NAPA軟件和NAPASTEEL進行前期基礎建模。NAPA 是一種進行船舶和海洋工程前期開發(fā)、設計、生產和有限元分析記憶完工等環(huán)節(jié)分析的方法。NAPA軟件主要由NAPA設計模塊和NAPASTEEL結構設計模塊組成，可以對船舶的靜水力、船艙容量、耐和穩(wěn)定性等進行分析。借助NAPASTEEL結構設計模塊可以輔助性完成設計，進行設計時必須循序漸進逐條優(yōu)化。由于NAPASTEEL結構設計和NAPA使用同一個數據庫，所以具有總體船業(yè)關聯很大聯系。設計結構圖紙中的描述二維平面、環(huán)視三維曲面，都必須借助二維形式表示。識讀和翻譯的主要目的是借助AutoCAD對AutoCAD中語言和數據進行設置。

2.模型構建

第一，確定線型數據并建立船殼。在建立模型前期必須對所有模型數據進行輸入，溶蝕對相關結構進行定義，同時強調NAPA總體設計模塊中可以獲得儲存數據，其中最主要的是船殼HULL。船殼HULL已經在NAPA模塊中具有明確的定義，還可以優(yōu)化水動力計算。第二，構建數值文件格式和儲存體系。NAPASTEEL模型數據和NAPA具有很大關系，公用DB和SD文件。在NAPA中，可以將軟件內部劃分為項目數據庫、輔助數據庫、系統(tǒng)數據庫和NAPA基礎數據庫等部分。

二、船舶設計和NAPASTEEL模型的生成

1.模型設計階段NAPASTEEL模型放入生成方法

首先對船型和建模區(qū)域進行選定，由于各大船都是以散貨、油船和集裝箱形成的民用裝貨創(chuàng)，因此進行船舶設計圖紙時，必須按照規(guī)程、設計圖紙模式等將其劃分為艏部區(qū)域、機艙區(qū)域、貨倉區(qū)域等類型。其次對SO配置恰當的表格，并對空間連接結構進行處理，最后實現SO層級對象數值的輸出。

2.生成模型與重量計算中數據載體實現交換

第一，運行AutoCAD程序后，可以實現圖形幾何，展示各種直線、圓、橢圓等圖紙形成的空間，形成各種圖形符號。為了保證日后計算的順利實施，可以對軟件中的數值和坐標等進行提取，然后借助軟件VBA實現圖像對象操作。CAD圖形中包括各種對象的分類，可以根據圖像數據在各種軟件的變化，展示數據變化過程。第二，NAPASTEEL文件數據載體。任何AutoCAD中圖紙都具有不同的意義。在NAPASTEEL文件載體匯總，可以按照構建存在的實際意義實現劃分，并將各個獨享歸屬到相應位置的表格中。第三，計算鋼結構重量數據。進行計算時，可以從板材、骨材、開孔、鑄件和墊板等結構的數據上實施分類。第四，AutoCAD VBA開發(fā)數據的采集。建立NAPASTEEL模型可以實現圖元幾何參數建立，例如，長度、坐標等，由于這些數據對應出現在圖元數據屬性中，所以數據的提取必須根據圖元數據類型實施劃分，可以在VAB內部環(huán)境中，調出該直線的屬性列表。第五，將IGES文件應用到建模中。如果建模中的所有圖形都是由簡單的直線、圓、曲線等組成，可以借助有限控制點進行約束，不會受到軟件類型影響，但是在實際應用中，圖形較復雜。一方面，手動輸入量較大，另一方面會出現不可避免的錯誤，影響模型準確性，必須借助IGES實現數據轉換。

三、應用實例進行分析

本次將某建設20600載重作為重型結構重量預算估計分析，利用數據輸入-建模-計算-輸出等過程完成數據處理。

第一，輸入數據。主要將貨艙區(qū)、機艙、艏部、艉部等數據進行輸入，實現四項內容的集合，同時對各個板結構進行命名，并將對象附屬的板厚、骨材、開孔等數據填入相應的表格內部，得到模型。第二，NAPASTEEL數據輸出。數據輸出主要實現結構總重量、板材、骨材重量等三部分內容輸出。重量總計可以對板材和骨材所有部分總重量進行記入，給后期計算提供了數據支持，同時能得到了重量、重心和分布區(qū)域等信息。板材重量表示整體或部分區(qū)域但不包含骨材凈重量，對船舶重量預估據具有很大影響。除了對重量分析外，還要根據實際需求對表面積、體積和專業(yè)計算等表面參數進行優(yōu)化。第三，建模完成之后，獲取建模重要的重量重心數據，同時根據數值的精細程度反應數值趨勢。由于數值趨勢比較固定，所以隨著模型的發(fā)福變化，結果也將趨于確定點。

完成以上步驟后，對NST-CAD預估法的計算機結果進行分析。真實的船舶結果重量可以得到精確的對比參考數據，但是在實際比對中，不能實現真實船舶結果重量。產生此種問題的主要原因是：第一，船舶建設時間較長，數據得到時間較長；第二，船舶生產成系列出現，同一系列使用的設計圖紙在實際重量客觀影響下，會產生差異。第三，建成后得到的數據是船舶總重量，主要由結構重量、附件重量、規(guī)定油水重量等，如果要得到船舶結構重量還要對重量重心進行獲取，給設計人員工作帶來了很大難度。

四、結語

本文主要對船體結構重量預估進行研究。首先對模型構建前期需要做的準備和相關設計進行分析，然后介紹了模型構建方法和生成過程，最后借助實例對船體結構重量進行探索并說明了不能進行真實船舶結果比較的原因。希望本文的分析，可以給船舶結構重量研究人員提供參考，帶動船舶行業(yè)向長遠的方向發(fā)展。

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