一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法与流程

本发明涉及一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，尤其涉及一种不带顶底凳的采用垂向布置槽形的横纵舱壁的双相不锈钢化学品船货舱结构的优选方法，属于船舶。

背景技术：

1、双相不锈钢化学品船凭借其优越的结构性能和抗腐蚀能力受到了越来越多的船东青睐，但其钢料价格是普通船用钢的6倍左右，使得造价一直居高不下，如何降低该类船型的建造成本，一直是困扰船舶设计师的难题。减少双相不锈钢的用量就是其中一种解决方案。这就需要在船舶设计初期，快速进行方案论证，寻找满足规范，建造工艺，又符合设计输入，同时双相不锈钢用量又尽量少的较优方案。传统的以货舱结构轻量化为目的优化方法多数是从单一方面虑单，如经验、规范、工艺、布置或线型，又或者是进行局部优化，如横舱壁，槽形或者中剖面等等，回避了货舱段结构设计需要综合考虑多变量，多约束的特点，并且化学品船每个货舱的设计输入(密度，温度及蒸汽压力)都可能会不同，仅按传统的优化算法，可能无法找到满足要求的真正最优方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：如何设计一种快速优选方法，快速寻找到满足要求的化学品船货舱结构布置方案最优解。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，步骤包括：

3、s1、梳理化学品船货舱结构设计的几何布置关系、线型限制、规范要求、经验习惯及工艺要求；

4、s2、依据梳理的要求绘制相互关联的逻辑关系图；

5、s3、基于逻辑关系图，明确优化设计的三要素，确定设计变量、约束条件和目标函数；

6、s4、基于已确立的优化设计三要素及逻辑关系，建立优化设计的算法；

7、s5、利用最优槽形分布规律对算法进行优化；

8、s6、对优化后的算法流程进行编程，实现方案的快速输出。

9、优选地，s3中采用了如下数学表达公式作为约束条件，来确保无顶底凳的垂向槽形横舱壁与四周加强结构共面；

10、数学表达式是

11、式中：s——纵骨间距,m；dwl——纵向槽形舱壁的槽深,m；n——为自然数1,2,3…；a——槽形平面部分宽度,m；loc——内壳距中距离,m。

12、优选地，s4中优化设计的算法采用基于母型船的无量纲系数估算法，无量纲系数估算法包括采用母型船舱容系数对目标船进行舱容估算；舱容系数是指针对目标船的每个货舱，采用母型船对应的货舱舱容，除以其舱长，获得该货舱的平均剖面面积，再除以中货舱的中剖面面积，得到不大于1的舱容系数。

13、优选地，s4中优化设计的算法包括：采用无量纲系数对槽形横纵舱壁屈曲进行预防；无量纲系数对槽形横纵舱壁屈曲进行预防是指为了避免优选出的方案中横纵槽形舱壁的有限元计算结果不满足规范要求，而采用的无量纲经验系数；无量纲经验系数是指通过假定垂向无顶底凳的单个槽长的槽形舱壁为两端简支的单跨梁，再计算出的两端简支的单跨梁的最大临界应力与承受侧向载荷的槽形舱壁的面板最大轴向应力的比值，该比值一般控制不大于1。

14、优选地，s5中包括：采用了修正的遍历计算方法来提高目标的搜寻效率，减少计算工作量；修正的遍历计算方法是指结合规范要求的最优槽形舱壁的分布规律，对算法进行快速范围锁定，在小范围内进行方案搜寻。

15、优选地，s1中，工艺要求包括内外双壳间距不小于1.1米，槽型舱壁折角位置与纵骨间距不小于75毫米等；s1中，布置关系包括内外壳、双层底、甲板、中纵舱壁、槽形舱壁所形成的空间布置关系；还包括纵骨间距与槽形布置形成的布置关系。

16、优选地，s2中，绘制逻辑关系图，包括甲板、内底、内壳、横舱壁和纵舱壁的船体主要构件，各主要构件中又包括板和骨材次要构件的尺寸信息和位置信息，依据各构件之间的内在联系关系，形成特定船型的逻辑关系图。

17、优选地，s3中，设计变量是指各构件的尺寸与位置可能变化形成的变量，主要包括横向纵骨间距、水平纵骨间距、强框间距、槽形各参数，甲板、内底、内壳；s3中，约束条件是指规范要求，工艺要求及布置关系中的显式约束，还包括规范、经验习惯等形成的隐式约束，包括设置几道底纵桁、内外壳间距不小于1.1米、舱容需求、设计输入要求等。

18、优选地，s6中，对优化后的算法流程进行编程，实现方案的快速输出包括对算法流程的程序化实现及方案的输出。

19、由于采用了上述技术方案，与传统技术相比，本发明的有益效果是：以几型中小型双相不锈钢化学品船为例，本发明使得货舱区双相不锈钢重量经优选后的方案比优选前减轻约5％；单船节省建造费用可达120万元，同时能快速出设计方案，显著提高前期方案设计效率。

技术特征：

1.一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s3中采用了如下数学表达公式作为约束条件，来确保无顶底凳的垂向槽形横舱壁与四周加强结构共面；

3.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s4中优化设计的算法采用基于母型船的无量纲系数估算法，无量纲系数估算法包括采用母型船舱容系数对目标船进行舱容估算；舱容系数是指针对目标船的每个货舱，采用母型船对应的货舱舱容，除以其舱长，获得该货舱的平均剖面面积，再除以中货舱的中剖面面积，得到不大于1的舱容系数。

4.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s4中优化设计的算法包括：采用无量纲系数对槽形横纵舱壁屈曲进行预防；无量纲系数对槽形横纵舱壁屈曲进行预防是指为了避免优选出的方案中横纵槽形舱壁的有限元计算结果不满足规范要求，而采用的无量纲经验系数；无量纲经验系数是指通过假定垂向无顶底凳的单个槽长的槽形舱壁为两端简支的单跨梁，再计算出的两端简支的单跨梁的最大临界应力与承受侧向载荷的槽形舱壁的面板最大轴向应力的比值，该比值一般控制不大于1。

5.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s5中包括：采用了修正的遍历计算方法来提高目标的搜寻效率，减少计算工作量；修正的遍历计算方法是指结合规范要求的最优槽形舱壁的分布规律，对算法进行快速范围锁定，在小范围内进行方案搜寻。

6.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s1中，工艺要求包括内外双壳间距不小于1.1米，槽型舱壁折角位置与纵骨间距不小于75毫米等；s1中，布置关系包括内外壳、双层底、甲板、中纵舱壁、槽形舱壁所形成的空间布置关系；还包括纵骨间距与槽形布置形成的布置关系。

7.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s2中，绘制逻辑关系图，包括甲板、内底、内壳、横舱壁和纵舱壁的船体主要构件，各主要构件中又包括板和骨材次要构件的尺寸信息和位置信息，依据各构件之间的内在联系关系，形成特定船型的逻辑关系图。

8.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s3中，设计变量是指各构件的尺寸与位置可能变化形成的变量，主要包括横向纵骨间距、水平纵骨间距、强框间距、槽形各参数，甲板、内底、内壳；s3中，约束条件是指规范要求，工艺要求及布置关系中的显式约束，还包括规范、经验习惯等形成的隐式约束，包括设置几道底纵桁、内外壳间距不小于1.1米、舱容需求、设计输入要求等。

9.根据权利要求1所述的一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，其特征在于，s6中，对优化后的算法流程进行编程，实现方案的快速输出包括对算法流程的程序化实现及方案的输出。

技术总结
本发明涉及一种化学品船货舱结构布置方案快速优选方法，属于船舶技术领域，其步骤包括：S1、梳理化学品船货舱结构设计的几何布置关系、线型限制、规范要求、经验习惯及工艺要求；S2、依据梳理的要求绘制相互关联的逻辑关系图；S3、基于逻辑关系图，明确优化设计的三要素，确定设计变量、约束条件和目标函数；S4、基于已确立的优化设计三要素及逻辑关系，建立优化设计的算法；S5、利用最优槽形分布规律对算法进行优化；S6、对优化后的算法流程进行编程，实现方案的快速输出。本发明可使得货舱区双相不锈钢重量经优选后的方案比优选前减轻约5％；单船节省建造费用可达120万元，同时能快速出设计方案，显著提高前期方案设计效率。

技术研发人员：周敏,赵晓斌,陈涛,韩钰,邱雨,邹梦瑶,程哲,刘寅华,张思航,王燕舞,张帆
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七○八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1