錢振源 孫樂兵 劉金鳳

摘 要：隨著船舶市場(chǎng)的不斷發(fā)展，船舶生產(chǎn)量不斷增加，很多船廠和船舶設(shè)計(jì)公司為了保證船舶設(shè)計(jì)滿足技術(shù)要求開始迫切追求生產(chǎn)技術(shù)革新，造船行業(yè)的矛盾不斷激化，對(duì)船舶產(chǎn)品的順利生產(chǎn)造成了很大影響。本文主要從船體結(jié)構(gòu)重量預(yù)估進(jìn)行研究，希望可以促進(jìn)船舶行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu)；重量預(yù)估；詳細(xì)設(shè)計(jì)

船舶重心問題是影響船舶穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，如果重心較高，在運(yùn)輸工程中就會(huì)發(fā)生顛覆，影響了船舶的正常運(yùn)行，造成了很多不安全隱患。很多船級(jí)社為了保證船舶運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)展，經(jīng)常強(qiáng)制性采取一些措施，引起了廣大船舶運(yùn)輸行業(yè)的不滿，必須對(duì)船體結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行預(yù)估研究，增加船舶建造方的利益，提升生產(chǎn)效率。

一、概述

1.前期分析

本次研究主要利用NAPA軟件和NAPASTEEL進(jìn)行前期基礎(chǔ)建模。NAPA 是一種進(jìn)行船舶和海洋工程前期開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)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(shè)計(jì)模塊和NAPASTEEL結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊組成，可以對(duì)船舶的靜水力、船艙容量、耐和穩(wěn)定性等進(jìn)行分析。借助NAPASTEEL結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊可以輔助性完成設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須循序漸進(jìn)逐條優(yōu)化。由于NAPASTEEL結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和NAPA使用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫，所以具有總體船業(yè)關(guān)聯(lián)很大聯(lián)系。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(shí)讀和翻譯的主要目的是借助AutoCAD對(duì)AutoCAD中語言和數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。

2.模型構(gòu)建

第一，確定線型數(shù)據(jù)并建立船殼。在建立模型前期必須對(duì)所有模型數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，溶蝕對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義，同時(shí)強(qiáng)調(diào)NAPA總體設(shè)計(jì)模塊中可以獲得儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，其中最主要的是船殼HULL。船殼HULL已經(jīng)在NAPA模塊中具有明確的定義，還可以優(yōu)化水動(dòng)力計(jì)算。第二，構(gòu)建數(shù)值文件格式和儲(chǔ)存體系。NAPASTEEL模型數(shù)據(jù)和NAPA具有很大關(guān)系，公用DB和SD文件。在NAPA中，可以將軟件內(nèi)部劃分為項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫、輔助數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和NAPA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫等部分。

二、船舶設(shè)計(jì)和NAPASTEEL模型的生成

1.模型設(shè)計(jì)階段NAPASTEEL模型放入生成方法

首先對(duì)船型和建模區(qū)域進(jìn)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(jìn)行船舶設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，必須按照規(guī)程、設(shè)計(jì)圖紙模式等將其劃分為艏部區(qū)域、機(jī)艙區(qū)域、貨倉區(qū)域等類型。其次對(duì)SO配置恰當(dāng)?shù)谋砀?，并?duì)空間連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，最后實(shí)現(xiàn)SO層級(jí)對(duì)象數(shù)值的輸出。

2.生成模型與重量計(jì)算中數(shù)據(jù)載體實(shí)現(xiàn)交換

第一，運(yùn)行AutoCAD程序后，可以實(shí)現(xiàn)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(hào)。為了保證日后計(jì)算的順利實(shí)施，可以對(duì)軟件中的數(shù)值和坐標(biāo)等進(jìn)行提取，然后借助軟件VBA實(shí)現(xiàn)圖像對(duì)象操作。CAD圖形中包括各種對(duì)象的分類，可以根據(jù)圖像數(shù)據(jù)在各種軟件的變化，展示數(shù)據(jù)變化過程。第二，NAPASTEEL文件數(shù)據(jù)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(gòu)建存在的實(shí)際意義實(shí)現(xiàn)劃分，并將各個(gè)獨(dú)享歸屬到相應(yīng)位置的表格中。第三，計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)重量數(shù)據(jù)。進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以從板材、骨材、開孔、鑄件和墊板等結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)上實(shí)施分類。第四，AutoCAD VBA開發(fā)數(shù)據(jù)的采集。建立NAPASTEEL模型可以實(shí)現(xiàn)圖元幾何參數(shù)建立，例如，長(zhǎng)度、坐標(biāo)等，由于這些數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)在圖元數(shù)據(jù)屬性中，所以數(shù)據(jù)的提取必須根據(jù)圖元數(shù)據(jù)類型實(shí)施劃分，可以在VAB內(nèi)部環(huán)境中，調(diào)出該直線的屬性列表。第五，將IGES文件應(yīng)用到建模中。如果建模中的所有圖形都是由簡(jiǎn)單的直線、圓、曲線等組成，可以借助有限控制點(diǎn)進(jìn)行約束，不會(huì)受到軟件類型影響，但是在實(shí)際應(yīng)用中，圖形較復(fù)雜。一方面，手動(dòng)輸入量較大，另一方面會(huì)出現(xiàn)不可避免的錯(cuò)誤，影響模型準(zhǔn)確性，必須借助IGES實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

三、應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析

本次將某建設(shè)20600載重作為重型結(jié)構(gòu)重量預(yù)算估計(jì)分析，利用數(shù)據(jù)輸入-建模-計(jì)算-輸出等過程完成數(shù)據(jù)處理。

第一，輸入數(shù)據(jù)。主要將貨艙區(qū)、機(jī)艙、艏部、艉部等數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，實(shí)現(xiàn)四項(xiàng)內(nèi)容的集合，同時(shí)對(duì)各個(gè)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行命名，并將對(duì)象附屬的板厚、骨材、開孔等數(shù)據(jù)填入相應(yīng)的表格內(nèi)部，得到模型。第二，NAPASTEEL數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)輸出主要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)總重量、板材、骨材重量等三部分內(nèi)容輸出。重量總計(jì)可以對(duì)板材和骨材所有部分總重量進(jìn)行記入，給后期計(jì)算提供了數(shù)據(jù)支持，同時(shí)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(duì)船舶重量預(yù)估據(jù)具有很大影響。除了對(duì)重量分析外，還要根據(jù)實(shí)際需求對(duì)表面積、體積和專業(yè)計(jì)算等表面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。第三，建模完成之后，獲取建模重要的重量重心數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)數(shù)值的精細(xì)程度反應(yīng)數(shù)值趨勢(shì)。由于數(shù)值趨勢(shì)比較固定，所以隨著模型的發(fā)福變化，結(jié)果也將趨于確定點(diǎn)。

完成以上步驟后，對(duì)NST-CAD預(yù)估法的計(jì)算機(jī)結(jié)果進(jìn)行分析。真實(shí)的船舶結(jié)果重量可以得到精確的對(duì)比參考數(shù)據(jù)，但是在實(shí)際比對(duì)中，不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)船舶結(jié)果重量。產(chǎn)生此種問題的主要原因是：第一，船舶建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)得到時(shí)間較長(zhǎng)；第二，船舶生產(chǎn)成系列出現(xiàn)，同一系列使用的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)趯?shí)際重量客觀影響下，會(huì)產(chǎn)生差異。第三，建成后得到的數(shù)據(jù)是船舶總重量，主要由結(jié)構(gòu)重量、附件重量、規(guī)定油水重量等，如果要得到船舶結(jié)構(gòu)重量還要對(duì)重量重心進(jìn)行獲取，給設(shè)計(jì)人員工作帶來了很大難度。

四、結(jié)語

本文主要對(duì)船體結(jié)構(gòu)重量預(yù)估進(jìn)行研究。首先對(duì)模型構(gòu)建前期需要做的準(zhǔn)備和相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，然后介紹了模型構(gòu)建方法和生成過程，最后借助實(shí)例對(duì)船體結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行探索并說明了不能進(jìn)行真實(shí)船舶結(jié)果比較的原因。希望本文的分析，可以給船舶結(jié)構(gòu)重量研究人員提供參考，帶動(dòng)船舶行業(yè)向長(zhǎng)遠(yuǎn)的方向發(fā)展。

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