一种船体结构重量曲线的绘制方法与流程

1.本发明属于船舶结构设计的技术领域。更具体地，本发明涉及一种船体结构重量曲线的绘制方法。


背景技术：

2.在《钢质海船入级规范》中，对于一些特殊船舶的总纵强度需要采用直接计算方法确定；如果满足
3.l≥500m，cb＜0.6
4.中的一个或多个特征；式中：
5.l——船长；b——船宽；d——螺旋浆直径；cb——方形系数，但计算取值不应小于0.6。
6.对于具有甲板大开口的船舶，还应按相关要求校核弯矩组合的总纵强度；对于具有大外飘的船舶，可要求考虑抨击引起的附加弯矩；对于载运特殊货物、非常规船型或非常规设计的船舶，应根据货物特性或船型作直接计算确定等。总纵强度计算中一项关键载荷就是船体结构重量分布情况；在船舶设计初期，一般根据母型船资料或者结构图进行初步计算，但是计算过程繁琐，误差大。
7.现在推行三维建模设计软件，要求严格按照结构图的板厚、型材规格、开孔细节、设备加强进行精准建模；一些三维软件(如船舶行业的tribon)能够赋予三维模型重量、重心数据，并能够快速提取这些特征，因此三维模型是最接近实船的重量、重心分布状态。
8.当船体结构建模与结构详细设计图同步进行时，在船体结构建模完成后就能通过三维软件提供准确的数据，重新校核总纵强度计算，使得计算数据更加精准。
9.在三维建模软件中，可以对船体完整模型设置范围限界条件(box)提取船体各段节结构的重量重心数据，理论上截取段节越短，越接近船体梁的重量分布，如果用站号进行分段提取，因站距(一般全船分为10～20站，船长越长，站距越大)一般很长，会与船体结构的实际重量分布有较大偏差，从而影响到总纵强度校核的结果。而用肋位号进行分段提取，理论上肋距较短(一般肋距为500～800mm)，趋于接近船体结构，但因肋位横向构件(特别是横舱壁)的板厚朝向问题，会导致重量分布出现偏差。


技术实现要素：

10.本发明提供一种船体结构重量曲线的绘制方法，其目的是通过对结构合理划分段节，提取重量、重心数据，形成重量曲线，真实和准确反映船体纵向的重量分布状况。
11.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
12.本发明的船体结构重量曲线的绘制方法，将船体模型的横向和高度方向重量值都取最大值；其特征在于：所述的绘制方法是按照船体结构艏艉方向的重量分布实际情况，对船体结构按艏艉方向设置多个横切的限界面，由此形成多个梁段节；分别提取各梁段节的
重量、重心位置数据，绘制重量分布曲线，使该曲线真实反映船舶在艏艉方向上的重量分布状况。
13.所述的绘制方法包括：
14.1、船体结构特点分析；
15.2、设置平行中体区、0.4l区和0.6l区的限界面；其中l为船体总长度；
16.3、设置艏底抨击加强区限界面；
17.4、设置舷侧冰区限界面；
18.5、设置甲板大开孔限界面；
19.6、设置横舱壁限界面；
20.7、设置上建、甲板室限界面；
21.8、设置大型设备加强限界面；
22.9、设置局部特殊结构限界面；
23.10、设置艏艉尖瘦区限界面；
24.11、提取各限界面之间的梁段节的结构重量、重心位置数据；
25.12、绘制船体梁结构重量曲线。
26.所述的重量曲线的绘制方法采用阶梯图形或光滑弧线表示船体艏艉方向的重量分布。
27.所述的船体结构特点分析包括：根据技术规格书、船体说明书、型线图、总布置图、基本结构图、典型横剖面图、外板展开图，了解目标船的总体布置、线型、冰区加强、横舱壁布置、推进轴系和舵系、锚穴或锚台布置、吊机布置、结构开口、上建布置；明确与结构重量相关的纵向分布情况。
28.所述的平行中体区、0.4l区和0.6l区均是在艏艉方向上以船舯为中心对称分布；所述的平行中体区、0.4l区和0.6l区的限界面分别设置在平行中体区、0.4l区和0.6l区的艏艉两方向的端部。
29.所述的艏底抨击加强区限界面设置在艏底抨击加强区的尾端；所述的艏底抨击加强区的最前端为船艏最前端。
30.所述的舷侧冰区限界面设置在舷侧冰区尾端位置；所述的舷侧冰区的最前端为船艏最前端。
31.所述的甲板大开孔限界面设置在甲板大开孔的艏艉两方向的端部。
32.所述的横舱壁限界面设置在横舱壁的艏艉两方向的端部。
33.所述的上建、甲板室限界面设置在上建或甲板室的艏艉两方向的端部。
34.所述的大型设备加强限界面设置在大型设备安装基座的艏艉两方向的端部。所述的大型设备包括船用起重机。
35.所述的局部特殊结构限界面设置在局部特殊结构的艏艉两方向的端部。所述的局部特殊结构包括挂舵臂、轴支架、锚台或锚穴。
36.所述的艏艉尖瘦区限界面设置在艏艉尖瘦区的艏艉两方向的端部。
37.所述的提取梁段节的结构重量、重心位置数据的方法是：采用三维建模软件对船体结构建模完成后，再利用tribon软件的分析工具提取各梁段节的重量、重心位置数据。
38.所述的船体结构重量曲线在船舶的长度与各梁段节的重量关系曲线。
39.所述的船体结构重量曲线包括结构重量突变形式和结构重量渐变形式；所述的结构重量突变形式，其相邻的重量曲线用阶梯图形表示；所述的结构重量渐变形式采用光滑弧线连接并向两端延伸到相邻限界面位置，并与相邻的结构重量突变形式的限界面形成“t”型连接(即梯型连接)，以更好地表达结构重量分布的实际情况。
40.所述的结构重量突变形式，包括甲板大开孔、横舱壁、上建及甲板室、大型设备加强、局部特殊结构。
41.所述的结构重量渐变形式，包括0.4l区、0.6l区、舷侧冰区、艏底抨击加强区、艏艉尖瘦区。
42.本发明采用上述技术方案，能够按照船体结构的重量分布实际情况，对结构合理划分段节并提取重量、重心数据；由于设置了合适的船体梁段节，使得重量、重心数据真实和准确地反映船体纵向重量分布状况，避免船体设计时的重量分布出现偏差。
附图说明
43.附图所示内容的简要说明：
44.图1为本发明的船体结构重量曲线的提取、绘制流程图；
45.图2为本发明的平行中体、船舯0.4l和0.6l区限界面；
46.图3为本发明的艏底抨击加强和舷侧冰区限界面位置；
47.图4为结构大开孔和横舱壁限界面位置；
48.图5为上建/甲板室和大型设备加强限界面位置
49.图6为艏艉尖瘦区增加限界面
50.图7为全船限界面布置情况
51.图8为tribon三维建模软件里的box定义对话框
52.图9为提取box内的船体结构数据
53.图10为相邻限界面之间船体结构的重量重心
54.图11为全船结构重量分布曲线图。
具体实施方式
55.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
56.如图1所示本发明的船体结构重量曲线的绘制方法，是在船舶结构设计时，总纵强度校核所需的船体结构重量分布情况，是基于三维模型的船体结构重量曲线的提取和绘制方法；该方法将船体模型的横向和高度方向重量值都取最大值。
57.为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现重量曲线能够真实和准确反映船体纵向的重量分布状况的发明目的，本发明采取的技术方案为：
58.如图1所示，本发明的船体结构重量曲线的绘制方法，按照船体结构艏艉方向的重量分布实际情况，对船体结构按艏艉方向设置多个横切的限界面，由此形成多个梁段节；分别提取各梁段节的重量、重心位置数据，绘制重量分布曲线，使该曲线真实反映船舶在艏艉方向上的重量分布状况。
59.本发明提出一个能够按照船体结构的重量分布实际情况，对结构合理划分段节提取重量重心数据，并真实反映重量纵向分布的方法。其技术方案是：沿着船体梁的纵向坐标，按照不同船型结构的实际情况设置范围限界条件；
60.通常船体模型的横向和高度方向都取最大值，为减少文字描述，因此只要划分各段节艏艉限界横切面，该横切面需考虑船舯0.4l区和0.6l区的纵向强度要求、平行中体区、艏底部抨击加强区、舷侧冰区、结构开孔、横向舱壁布置、上建/甲板室、大型设备加强、局部特殊结构(如挂舵臂、轴支架、锚台或锚穴)等不同特点，设置合适的船体梁段节，按照每个段节的特点分别用阶梯线或弧线表达船体梁重量分布。
61.基体的的绘制方法包括：
62.1、船体结构特点分析；
63.2、设置平行中体区、0.4l区和0.6l区的限界面；其中l为船体总长度；
64.3、设置艏底抨击加强区限界面；
65.4、设置舷侧冰区限界面；
66.5、设置甲板大开孔限界面；
67.6、设置横舱壁限界面；
68.7、设置上建、甲板室限界面；
69.8、设置大型设备加强限界面；
70.9、设置局部特殊结构限界面；
71.10、设置艏艉尖瘦区限界面；
72.11、提取各限界面之间的梁段节的结构重量、重心位置数据；
73.12、绘制船体梁结构重量曲线。
74.所述的重量曲线的绘制方法采用阶梯图形或光滑弧线表示船体艏艉方向的重量分布。
75.上述的绘制方法的具体内容：
76.1、船体结构特点分析：
77.根据技术规格书、船体说明书、型线图、总布置图、基本结构图、典型横剖面图、外板展开图，了解目标船的总体布置、线型、冰区加强、横舱壁布置、推进轴系和舵系、锚穴或锚台布置、吊机布置、结构开口、上建布置等，与结构重量相关的纵向分布情况。
78.2、设置平行中体区、船舯0.4l区和0.6l区限界面位置：
79.所述的平行中体区、0.4l区和0.6l区均是在艏艉方向上以船舯为中心对称分布；所述的平行中体区、0.4l区和0.6l区的限界面分别设置在平行中体区、0.4l区和0.6l区的艏艉两方向的端部。
80.图2中限界面1和限界面2为平行中体区端部位置，限界面3和限界面4为船舯0.4l区端部位置，限界面5和限界面6为船舯0.6l区端部位置。
81.3、设置艏底抨击加强和舷侧冰区限界面位置：
82.所述的艏底抨击加强区限界面设置在艏底抨击加强区的尾端；所述的艏底抨击加强区的最前端为船艏最前端。所述的舷侧冰区限界面设置在舷侧冰区尾端位置；所述的舷侧冰区的最前端为船艏最前端。
83.图3中限界面7为舷侧冰区尾端位置，限界面8为艏底抨击加强尾端位置。通常冰区
加强仅艏部设置时增加限界面，如全船长度范围设置冰区加强可不用考虑设置限界面。
84.4、设置结构大开孔限界面和横舱壁限界面位置：
85.所述的甲板大开孔限界面设置在结构大开孔的艏艉两方向的端部。所述的横舱壁限界面设置在横舱壁的艏艉两方向的端部。
86.结构大开孔表示此范围内结构重量有减少，横舱壁表示结构局部重量增加，因此在结构大开孔的艏艉端和横舱壁的首尾侧需要设置限界面。
87.图4中限界面9和限界面10为甲板大开口艏艉端部位置，限界面11和限界面12为横舱壁及舱壁扶强材的首尾侧，一般可以离开横舱壁壁板及扶强材结构50～100mm，避免舱壁板朝向引起重量偏差。
88.5、设置上建、甲板室限界面和大型设备加强限界面：
89.所述的上建、甲板室限界面设置在上建或甲板室的艏艉两方向的端部。
90.所述的大型设备加强限界面设置在大型设备安装基座的艏艉两方向的端部。所述的大型设备包括船用起重机。
91.上建、甲板室和大型设备加强均看作局部区域的加强，势必引起局部结构重量的增加。图5中限界面13和限界面14为上建或甲板室的艏艉端部位置，限界面15和限界面16为克令吊基座的艏艉侧位置。
92.6、设置局部特殊结构限界面：
93.所述的局部特殊结构限界面设置在局部特殊结构的艏艉两方向的端部。所述的局部特殊结构包括挂舵臂、轴支架、锚台或锚穴。
94.各船型根据自身特点，对于局部有结构增加或减少的，考虑对结构重量分布有较大影响的都应该考虑进去，可以继续增加限界面17和限界面18，以此类推。一般一种类型船体梁的结构限界面数量设置30～40个左右，就能达到较接近实际重量分布的分段要求。
95.7、设置艏艉尖瘦区限界面；
96.所述的艏艉尖瘦区限界面设置在艏艉尖瘦区的艏艉两方向的端部。
97.船舶的艏艉通常设置为流线型，以减小航行阻力，但该区域段节的重量分布为渐变式，应在此区间适当增加2～3个限界面。
98.图6中限界面17和限界面18是艏部线型收缩的尖瘦区增加的，目的是此区域结构重量渐变，多设置几个段节提取重量重心数据可以更接近重量重心分布趋势。
99.8、提取各相邻限界面之间的结构段节的重量重心数据：
100.所述的提取梁段节的结构重量、重心位置数据的方法是：采用三维建模软件对船体结构建模完成后，再利用tribon软件的分析工具提取各梁段节的重量、重心位置数据。
101.用专用的三维建模软件对船体结构建模完整后，就可以利用tribon软件的分析工具提取各段节(相邻限界面之间的全部船体结构)的重量重心数据。
102.需要注意的是在船体艏艉端部各增加一个限界面(见图7中的限界面19和限界面20)，方便选取艏艉段节，然后按照选取的限界面，查询各限界面距坐标原点的距离，最后在三维建模软件里调取全船的船体结构模型，在“default selecxtion box”对话框里输入相邻限界面距原点的距离(图8中x-min和x-max距原点的坐标值)，对话框里的y和z值可不用输入，即默认为最大型宽和最大高度限制。
103.说明：按照上述方法得到的限界面之间距离小于1个肋距时，可以取消一个相邻限
界面，如图7中的限界面8和限界面10，可以取消一个限界面8(艏底抨击加强尾端位置属于重量渐变，而限界面10是重量突变端部应保留)。
104.根据box设置的限界面，显示box内的船体结构模型，然后利用软件的提取船体材料参数的命令，就可以得到重量重心数据，见图9和图10。
105.9、按照各限界面位置、各船体结构段节的重量重心，绘制船长/重量曲线图：
106.所述的船体结构重量曲线在船舶的长度与各梁段节的重量关系曲线，如图11所示。
107.所述的船体结构重量曲线包括结构重量突变形式和结构重量渐变形式；所述的结构重量突变形式，其相邻的重量曲线用阶梯图形表示；所述的结构重量渐变形式采用光滑弧线连接并向两端延伸到相邻限界面位置，并与相邻的结构重量突变形式的限界面形成梯型连接，以更好地表达结构重量分布的实际情况。
108.所述的结构重量突变形式，包括甲板大开孔、横舱壁、上建及甲板室、大型设备加强、局部特殊结构。所述的结构重量渐变形式，包括0.4l区、0.6l区、舷侧冰区、艏底抨击加强区、艏艉尖瘦区。
109.在船体结构重量曲线绘制时，需要注意甲板开孔、横舱壁、甲板室、大型结构加强、局部特殊结构是重量突变形式，相邻的重量曲线用阶梯线表示，而0.4l区、0.6l区、冰区加强、艏底抨击加强、艏艉尖瘦区等属于结构重量渐变形式，应该用连续弧线连接并向两端延伸到相邻限界面位置，并与相邻的结构重量突变的限界面成“t”型连接(即梯形连接)，以更好的表达结构重量分布的实际情况。
110.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。