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導語：在船舶優化設計的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
關鍵詞：滑油；艙容；系統設計；溢流
中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）5-0079-01
船舶滑油系統一般包括：滑油輸送系統，滑油凈化系統，滑油日用系統、滑油泄放系統等。滑油的作用主要包括以下幾個方面：
①減磨作用――在相互運動的表面形成油膜，減小摩擦；
②冷卻作用――帶走因摩擦而產生的熱量；
③清潔作用――沖洗運動表面的金屬磨粒；
④密封作用――產生的油膜有密封作用，如活塞與缸套間的油膜起密封燃燒室作用；
⑤防腐作用――油膜阻止空氣與金屬表面的接觸，防止金屬銹蝕；
⑥減噪作用――油膜起緩沖作用，避免運動面直接接觸，減輕振動和噪音；
⑦傳力作用――提供動力油壓。
任何一個相關滑油系統的設計都需要預先考慮全船的所有設備狀態、船舶狀態等因素，因為每一個系統均不是單獨存在的，全船的所有系統包括其它設施均是一個整體，缺一不可，每一個系統的故障都有可能導致整個船舶的災難。
1 概述
船舶柴油機作為船舶動力和發電機的原動力是船舶的核心裝置。為了保證主機、輔機及其它機械設備的安全運行，滑油系統的設計必須嚴格按照柴油機廠家提供的系統圖作為基準進行設計，而且各種設備的配置也應按照柴油機廠家提供的參數進行配套。由于柴油機廠家以及運行速度和往復運動的不同，因而需配不同的滑油系統。各柴油機廠均有自己獨立的系統原理圖供設計參考。
2 設計布置原則要求
①滑油艙與下列艙柜相鄰布置時，一般應設隔離空艙：與滑油艙/淡水艙/鍋爐水艙。
②滑油循環艙：在雙層底船殼上，如若滑油循環艙延伸至外板時，需要在柴油機泄放至循環艙的泄放管路上設置截止閥，并且該閥的操作要延伸至花鋼板上易于操作的地方；若循環艙用隔離空艙與外板隔開，則可不設置該閥?；脱h艙的進油管應布置在最低液位以下，并遠離出油口。而且應保證船舶在橫傾15 ?和縱傾5 ?的時候不影響柴油機的運行。對于主機滑油循環艙容量柴油機廠家都有推薦，最終選配的容量務必滿足此要求。
③滑油的儲藏、輸送和使用的布置，應保證船舶和船上人員的安全。在A類機器處所以及（在可行情況下）在其他機器處所內所作的布置，應至少符合4個條件：其一，滑油艙柜不得設在從滑油艙柜溢出或滲漏的滑油可能落于熱表面而構成火災或爆炸危險的地方。其二，對于如有損壞會使滑油從設在雙層底以上的及容積500 L以上的儲存柜、沉淀柜和日用柜溢出的滑油管，應為其在油柜上直接裝設一個旋塞或閥門，且一旦此種油柜所在處所失火，應能在有關處所之外的安全位置加以關閉。其三，應設有確定任何滑油艙柜內存油量的安全有效裝置，如測深管和液位計，液位計為平板玻璃帶自閉閥式，不可為玻璃圓管液位計。其四，滑油儲存/沉淀/日用艙柜應設置能從柜底泄水的自閉式閥或旋塞，并應采用適當措施收集泄放出來的油污水。
④油柜、泵、濾器下面設置集油盤，并將污油泄放至泄放柜（一般為滑油泄放柜），如若滑油泄放柜布置在雙層底，應在泄放總管上設置相應閥件，一般設有止回閥，一方面防止底層破損后海上倒灌，另一方面還阻止油氣上溢。 同時帶壓力泄放和重力泄放應單獨分開布置，以防壓力泄放倒灌至其它泄放口。
⑤任一油艙柜或滑油系統的任何部分，包括由船上油泵供油的注入管在內，應設有防止超壓的裝置。空氣管和溢流管以及安全閥應排向不會由于油和蒸氣的存在而導致失火或爆炸危險的位置，且不得排向船員處所和乘客處所，也不得排向特種處所、閉式滾裝處所、機器處所或類似處所。
⑥對滑油艙柜（一般指澄清艙）、分油機加熱器進行加熱的介質溫度不超過220 ?，加熱的最高溫度小于其閃點10 ?，需要設置顯示溫度指示的裝置，盡可能避免使用電加熱。
3 設計系統原則要求
3.1 管系設計布置符合
①遠離熱源，盡可能直管布置，減少接頭數量。②鑄鐵閥件可應用于壓力小于7 bar，溫度小于60 ?的管路上，安裝在油柜上的承受靜壓力的閥可使用球墨鑄鐵。③滑油儲存/澄清/日用艙柜上直接布置出口閥件，或CCS規定在長度為L=0.8 D+80撓性短管上布置閥件（D為管子外徑），而且該閥件能就地操作和艙柜處所之外進行遙控，艙柜容量≤0.5 m3的可以不遙控，但日用艙除外。④注入管路上應設有防止超壓裝置，例如安全閥，該閥的溢流要到專用溢流柜或其他安全處所。滑油管系獨立于其它管系，滑油管系需設置濾器，并保證在設備滿負荷運行時能對濾器進行清洗，低速機滑油系統一般設自清濾器，中速機一般為機帶濾器。一般滑油輸送泵排出端應設有安全閥，安全閥排出油液回至泵的進口端，以便有效地將泵的排出壓力控制在管系設計壓力之內。
3.2 管材的選擇
滑油管路的流速吸入管一般為0.4～1.2 m/s，排出管路一般為0.8～2.0 m/s，管材的選用時要考慮流速的影響，流速高，管徑小，管材省，成本低，但流阻增大，腐蝕加快；流速低，管徑大，管材費，成本高，但流阻減少，同樣也能造成腐蝕加快。所以要根據規范規格書的要求并結合通用慣例合理選用管材。
3.3 閥及附件的選擇
一般情況下所有的管路（通常情況下，透氣管和溢流管除外）都必須有閥以便于檢修。如果管路交叉，則所有的支路上也必須有閥件。但是主機滑油循環艙如果位于雙層底，且下面沒有隔離空艙與船體外板隔離的話，則這個主機滑油循環艙的透氣管就要加閥。閥件的型式同樣根據規范和規格書選取，如果規范和規格書無特殊說明，一般我們可以根據通用慣例來進行選擇，但對于通徑較大的閥（一般為大于DN80），則盡量選用外形較小的蝶閥代替截止閥，對于其它特殊閥件等都要根據廠家標準進行選用。管路附件如儀表、傳感器等可按通用慣例進行選用，對規范及規格書特別的要求的要特殊對待。
4 結 語
系統設計是一個復雜的工程，牽一發而動全身。任何船舶系統原理圖的設計均要綜合考慮，對于設計員來說，做系統設計時不僅要滿足相關規范規則要求，還要考慮系統的優化設計、施工的難易程度、設備的布置和維修方便等因素，只有這樣才能準確有效的設計出一個合格、合理的系統圖，合理的設計能有效地促進船廠的造船精度和進度的提高乃至成本的減少。
參考文獻：
Abstract： FIR filter is designed by the genetic algorithm based on BP neural network. Aimed at the difficulty of global optimization and the slow computational rate, an improved method is given. The algorithm takes advantage of the global search capabilities of genetic algorithm and the strong search efficiency of BP neural network. It optimizes the search time and improves the performance of the algorithm. It is particularly effective for solving large-scale optimization problems. The example of low-pass filter designed by the improved algorithm shows its feasibility.
關鍵詞： FIR濾波器；遺傳算法；BP神經網絡
Key words： FIR filter；genetic algorithm；BP neural network
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）17-0037-02
0引言
在數字信號處理中，濾波器一直占有重要的地位，數字濾波器在語音、圖像處理和譜分析等應用中經常使用，其優化設計一直受到廣大研究者和工程人員的關注。其中FIR數字濾波器有自己突出的優點：系統總是穩定的，易于實現線性相位，允許設計多通帶或多阻帶濾波器等。因此FIR濾波器在數字信號處理中得到廣泛的應用。
窗函數法設計數字濾波器是最常見方法，但是一些常見窗口函數，如矩形窗、漢寧窗等，窗口形狀固定，不能很好地滿足多樣性需求[1]。而利用凱塞給出的經驗公式則需要多次嘗試。利用Parks-McClellan算法能夠設計出性能最優的數字濾波器，但是算法實現過程十分復雜。FIR數字濾波器設計的問題是一個多變量多極值的尋優問題。遺傳算法正是求解最優問題的有效方法，所以在濾波器設計中應用廣泛。但是其本身也存在一些缺陷，所以可以對遺傳算法進行改進，使其達到更優的效果。
1改進的遺傳算法
遺傳算法（Genetic Algorithm，簡稱GA）是模擬生物在自然環境中的遺傳和進化過程而形成的一種自適應全局優化概率搜索算法。它提供了一種求解復雜系統優化問題的通用框架，它不依賴于問題的領域和種類，具有很強的魯棒性。
但是，遺傳算法很難實現全局最優，為了使所求的解盡量靠近全局最優，避免早熟現象的出現，雖然曾有人提出對算法的流程進行改進，但是結果收斂速度非常慢，需要花十幾分鐘才能得到一個較滿意的結果，此時對于那些對時間要求苛刻的系統就很難滿足要求了[2]。通過參考相關文獻[2][3]，結合BP（BackPropagation）神經網絡的優點，將BP神經網絡引入遺傳算法，這就是改進的遺傳算法，即基于BP神經網絡的遺傳算法，充分利用遺傳算法全局搜索功能強和BP神經網絡算法局部搜索能力強的特點，對于求解大規模多極值優化問題特別有效。
2FIR濾波器
2.1 FIR數字濾波器的頻率特性數字濾波器是對一個數字信號按照一定的要求進行運算，然后以數字形式輸出的系統。輸出僅與過去以及現在的輸入有關的數字濾波器稱為有限沖激響應FIR數字濾波器?？梢员硎緸閇4] [5]：
3改進的遺傳算法的實現
將BP神經網絡與遺傳算法相融合，一方面由遺傳算法保證學習的全局收斂性，克服BP對初始值的依賴性和局部收斂問題；另一方面，與BP算法的結合也克服了單純遺傳算法所帶有的隨機性和概率性問題，而有助于提高它的搜索效率。該算法實現的基本思想[7][8]是：在遺傳算法每完成一定代數的進化后，保存當前最優個體，對其余個體進行一次神經網絡的優化汁算，產生新的個體，這些新個體和保存的最優個體一起，形成新的一代種群，再參與到下一代的進化中。
具體流程[2][9]如下：
第1步：隨機產生初始種群，個體數目一定，每個個體表示為染色體的基因編碼；
第2步：分成三個小的步驟，分別如下：
A．判斷進化代數或者誤差是否滿足設定值，若滿足則轉C；
B．計算個體的適應度，并判斷是否符合優化準則，若符合，輸出最佳個體及其代表的最優解，并結束訓算；否則轉向第3步；
C．保留最優個體，其余個體參加BP神經網絡的優化計算，產生的新個體和保留的最優個體一起構成新的種群，轉B。
第3步：依據適應度選擇再生個體，適應度高的個體破選中的概率高，適應度低的個體可能被淘汰；
第4步：按照一定的交叉概率和交叉方法，生成新的個體；
第5步：按照一定的變異概率和變異方法，生成新的個體；
第6步：按照交叉和變異產生新一代的種群，返回第2步。
在選擇BP神經網絡算子時，每當進化進行了指定的代數，便保留最優個體，其余的個體全部參加BP神經網絡算法，產生全新的個體。我們選擇這個代數為10至20代。
下面以一個實例進行說明：
例設計一個低通濾波器，其參數分別為wp=0.2?仔，ws=0.3?仔，ap=0.25dB，as=50dB，初始階數可以由文獻[5]確定為M=42。
在此例中，選定初始種群為600，截斷概率為0.5，交叉概率為0.1，變異概率為0.01。在運用BP網絡時，設置網絡隱含層的神經元數為5個（當神經元數為3，4，5時，其輸出精度都相仿。一般的講，網絡神經元的選擇原則是：在能夠解決問題的前提下，再加上一個到兩個神經元用以加快誤差的下降速度。而當神經元數過大時，會產生其它的問題）。在隱含層選擇作為傳遞函數，用作為網絡訓練函數，則由改進的遺傳算法設計出來的結果M=48（窗函數法設計M=61，頻率采樣法M=61）。
4結論
本文方法對遺傳算法進行了改進，利用改進的遺傳算法成功地完成了對FIR低通濾波器的優化設計。例子表明文中的濾波器設計的結果優于窗函數法和頻率采樣法，得到了較低的濾波器階數。也進一步證明了遺傳算法全局搜索功能強和BP神經網絡算法局部搜索能力強。通過改變參數，也可以實現其他類型的優化設計。
參考文獻：
[1]王秋生，袁海文，黃嬌英.基于遺傳算法和余弦序列的數字濾波器設計[J].電子測量與儀器學報，2008增刊：212.
[2]邵仕泉.基于BP神經網絡的遺傳算法在數字濾波器設計中的應用[D].成都：電子科技大學，2005.
[3]周燕.遺傳算法與BP神經網絡相結合的說話人識別系統[J].傳感器與微系統，2009,28（6）:98-99.
[4]Robert Meddins. Introduction to Digital Signal Processing[M]. Newnes,2000.
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[6]楊福寶.基于遺傳算法的FIR數字濾波器的優化設計[J].武漢理工大學學報，2002,26（4）：55.
[7]胡玉蘭，苑薇薇，王雷.基于改進的混合基因算法的-./數字濾波器設計[J].數據采集與處理，2006，21(2):223-224.
關鍵字：交通船 船員 優化設計
前言
安徽地處華東、長江三角洲腹地，水運條件優越，水運經濟發達。船舶、錨地、碼頭、船員數量眾多，船員上下碼頭頻繁，為船員、工作人員提供服務的港內交通船也頗具規模。港內交通船的特點是噸位小、航程短、航次多、航行海況復雜。由于其設計和建造的成本相對較低，造成目前各式交通船數量多，質量卻良莠不齊，對港區管理帶來一定難度，對船員安全也不能保障。因此對港內交通船設計方案的優化顯得尤為必要。
現狀及存在的問題
1.潛在的安全威脅
傾覆。交通船噸位小、航速快，抵御風浪能力不強，航行狀況復雜，一般定員5-10人，一旦傾覆，必將造成船毀人亡，人身安全、財產利益受到損失。
觸碰。交通船在往返接送船員和工作人員中，需要頻繁停靠在碼頭或大型船舶舷側，觸碰過程中導致交通船舷側變形、銹蝕、甚至船體破損滲漏，將會帶來險情或事故。
人員落水。交通船噸位小，如有風浪，橫搖是不可避免的。尤其是上下船時，人員可能集中至交通船一側，增加了船舶橫傾角度，同時也增加了人員落水的可能。
駕駛盲區。交通船一般不設專用駕駛室，導致駕駛員視線不足，駕駛時看不清船頭狀況。駕駛盲區的存在會導致駕駛員無法迅速做出正確的判斷，增加了事故的發生率。
2. 人性化設計不足
目前交通船都比較簡易，既不美觀，也不舒適。而其作為服務工具，應當在可控的成本范圍內盡量提高其舒適性和美觀度，在規范允許的前提下為船員提供方便、實用的服務。
交通船優化設計方案的內容
目前港內交通船主要有開敞客艙和封閉客艙兩種，本文針對優化后封閉式客艙交通船展開論述。
本船為航行于長江B級航區的鋼質港內交通船，雙螺旋槳推進，載客7人，船員2人。主要依據中華人民共和國海事局《內河小型船舶法定技術檢驗規則》（2007）、中國船級社《內河小型船舶建造規范》（2006）設計。
總長：11.60m 船長：10.80m 型寬：3.50m 型深：1.00m
吃水：0.40m 排水量：12.683t
具體布置情況如圖所示。
圖1 側視圖
圖2 艙底平面圖
1. 安全性優化
1.1穩性
船舶穩性是指正浮于水面上的船舶當其某一舷在受到外力作用時（如風浪襲擊、人員及貨物移動、船舶觸碰等等），會使船身向另一舷傾斜，當外力取消之后，船舶經過數次左右搖擺，又回復到原來正浮狀態、抵御傾斜自動復原的能力。根據傾斜方向，船舶有橫穩性和縱穩性，由于船長L比船寬B要大得多，后者一般不危及船舶的安全，船舶傾覆主要由于橫穩性不足引起。
船寬和干舷的取值大小，對船舶穩性好壞有著直接影響。一般型寬越大、干舷越大，對穩性越有利。
本交通船船長10.80m，型寬3.5m，型深1m，寬深比B/D=3.5，長寬比L/D=10.8；而規范要求值B/D≦4.5，L/D≦30，滿足其要求。干舷0.6m，為型深的60%，干舷富足量充足。經核算，滿載出港時：初穩性衡準數：10.377，穩性面積衡準數：4.91，風壓穩性衡準數：8.081，回航靜傾角衡準數：9.99，極限靜傾角衡準數：9.99。
可以看出上述主尺度比例的交通船，穩性富裕量較大，安全可靠。
1.2抗沉性
船舶在航行過程中，一旦發生碰撞或觸礁等情況，都有可能使船體破損，對船舶、人命和財產安全構成威脅，嚴重時會導致沉船事故。所以，船舶抗沉性對船舶安全有著很大的影響。
所謂船舶抗沉性，是指船艙破損浸水后船舶仍能保持一定的浮性和穩性的性能。船舶的抗沉性是用水密艙壁將船體分隔成適當數量的艙室來保證的。這樣，就能以儲備浮力來補償船體破損進水所失去的浮力，保證了船舶的不沉，也為堵漏施救創造了有利條件。
本交通船在FR2、FR9、FR10、FR17設置了4道水密橫艙壁，設有首尾兩個水密艙，客艙區域兩舷設置水密縱艙壁，并且在水密舷艙中填充泡沫，在船舶發生破損時可提供浮力。經上述設置，本船可承受單艙破損。
1.3儲備浮力
儲備浮力是指船舶設計水線面以上船體水密部分的體積所能提供的浮力。
船體在水面上的漂浮位置或吃水與船的排水量相關。排水量和載重量的變化會引起吃水的變化。因此，不同的吃水反映了不同的裝載量和排水量?？紤]到船在航行中可能發生的意外重量增加，如海損破艙進水，風浪襲擊進水等，滿載水線應位于上甲板以下一段距離處，使滿載水線以上尚有一定的水密容積，該容積入水后能提供儲備浮力。儲備浮力的大小與船舶的安全性密切相關。
加大儲備浮力，船舶不易沉沒，能提高船的安全性， 相對0.4m設計吃水的排水量，本交通船實際營運排水量為10.505t，留有2.178t的儲備浮力，極大保障了船舶安全性。
1.4船體結構
船體結構強度同穩性、抗沉性都是保障船舶航行安全的基本性能。
本交通船舷側采用主肋骨制，相對于交替肋骨制，提高了局部抗碰撞的能力；在舷側設置貫通護舷材和防碰靠把，以減少?？繒r所帶來的碰撞威脅。
1.5安全設施
船員在上下船之時，由于船舶受風浪影響產生搖晃，船員有掉入水中的危險。本交通船在客艙、機艙圍壁設置貫通的風暴扶手、舷側設置欄桿、甲板設置防滑條，以提高人員行走及上下船的安全性。
2.人性設計優化
2.1外觀
本著環保、美觀、耳目一新的設計理念，本交通船顏色采用交替彩色油漆。水線以下為黑色，水線以上白色為主，兼以藍色，黃色，色調簡潔、醒目。
整體船型為流線型，視覺效果流暢、時尚，同時減小船舶阻力，提高船舶快速性，增加了船舶經濟性能。
2.2客艙
客艙的高度、座椅類型影響船員乘坐時的舒適性。本交通船客艙凈空高度2.0m，寬度2.5m，長度4.0，配7把靠背椅，設行李存放處，左右側壁設風雨密窗，可用于乘客觀光，前部設自閉式風雨密門。
客艙寬敞、明亮，提高了乘客的舒適感。
2.3機艙
由于機艙的特殊性，柴油機噪音大，艙室內溫度高，空間狹小，工作環境惡劣，為操作維修帶來不便。本交通船機艙凈空高度1.8m，左右舷設風雨密窗、后部設自閉式風雨密門，并設有通風系統，內部除機械設備外，還留有供檢修的空間，這樣有效改善了機艙環境。
2.4駕駛室
本交通船為升高、封閉式駕駛室，前部設弧形玻璃窗，左右舷設風雨密舷窗，配休息床鋪一張，給長期在船上工作的船員提供一個舒適的工作環境。升高式駕駛室的設置，使駕駛員視線開闊，減少了盲區對駕駛的影響，舒適的同時也增加了安全性。
總結
【關鍵詞】溢油回收機；無人艇；搭載平臺；優化設計
【Abstract】In the treatment of the oil spill， sometimes encounter some dangerous or shallow waters， need small unmanned craft to the site for oil spill recovery work. Small unmanned craft's front end is equipped with carrying platform， the platform is mainly completed task release of spilled oil recycling machine. In view of the defects and problems existing platform， the optimization of the necessary improvements， in order to ensure the safety of the work tasks more efficient.
【Key words】Oil spill recovery machine； Unmanned ship； Carrying platform； The optimization design
0 前言
目前，全球經濟的飛速發展，促使各國對石油及其石油產品需求量持續增大。在石油運輸過程中，由于各種原因導致的溢油事故時有發生，對海洋生態環境造成嚴重污染，進而嚴重影響海洋生物的生存環境以及人類的生存。鑒于此，多種溢油處理及回收方法不斷產生。當前，海上溢油回收處理方法主要有三種：物理法、化學法以及生物法。由于使用化學或者生物法處理溢油的同時有可能會對環境造成新的污染，因此回收溢油最為理想可靠的方法是使用物理法處理。目前較為廣泛的物理法主要有各種收油機以及收油網等機械裝置。本文主要是研究并改進安裝在無人艇上的搭載平臺，使其能夠更加安全、可靠地在無人危險水域收放收油機，從而能夠高效率完成水面溢油的回收工作。
現有的搭載平臺盡管能夠完成溢油回收機的收放工作，但是也存在的一定問題。如圖1所示：
由圖可知，其工作原理為：①在無人艇開往目的地的過程中，裝置如圖所示放在船頭。②無人艇行駛到達目的的以后，電機6啟動將溢油回收機提起。③溢油回收機提起以后，電機6停止。電機1啟動，開始放鋼絲繩。通過立桿頂部的滑輪連接到擺動桿，從而是擺動桿下落。④擺動桿放下以后，電機1停止，電機6啟動，放下連接擺動桿和溢油機間的鋼絲繩，把溢油機放到水面上。溢油回收機開始工作。⑤當溢油回收機工作結束以后。電機6啟動，把溢油機收上去，然后電機1啟動，收拉光絲繩，將擺桿拉回，然后電機1停止。電機6啟動放下溢油回收機，最終回到如圖狀態。無人挺開始航行去下一個地點或回航。
通過對上述搭載平臺的研究分析，船舶搖擺載荷，對搭載平臺上的溢油回收機及頂部電機產生的船舶搖擺載荷，對搭載平臺影響比較明顯，對搭載平臺強度的影響比較大。所以可以在安全及保險措施上對結構進行細化并完善。
1 優化設計方案內容
1.1 通過分析確定方案
通過上述分析可知對搭載平臺影響較大的幾個因素，由于船的要本載荷本身不可避免，而且溢油回收機的型號已經確定，因此改進方案定為撤去頂部電動機，這樣不但可以減少擺動桿與立柱連接處的靜載荷，也減少了頂部電機產生的船舶搖擺載荷。從而提高搭載平臺的使用壽命和工作安全系數。
1.2 方案概述
通過優化改進。搭載平臺的模型如圖2所示：
此搭載平臺的工作過程大致分為兩大部分：
第一部分如圖3所示：
第二部分如圖4所示。
由圖可知，其工作原理為：①在無人艇開往目的地的過程中，裝置如圖3所示放在船頭。②無人艇行駛到達目的的以后，卷筒1啟動將溢油回收機提起。③溢油回收機提起以后，卷筒1停止。卷筒2啟動，開始放鋼絲繩。通過立桿頂部的滑輪連接到擺動桿，從而是擺動桿下落。④擺動桿放下以后，卷筒2停止，卷筒1啟動，放下鋼絲繩，把溢油機放到水面上。溢油回收機開始工作。⑤當溢油回收機工作結束以后。卷筒1啟動，把溢油機收上去，然后卷筒2啟動，收拉鋼絲繩，將擺桿拉回，然后卷筒2停止。卷筒1啟動放下溢油回收機，最終回到如圖3狀態。無人挺開始航行去下一個地點或回航。
模型圖示中1和2為卷筒，均由液壓系統提供動力，一個通過鋼絲繩的鏈接控制溢油回收機的升降，一個通過鋼絲繩的鏈接控制搖擺桿的擺動。
在圖示中擋桿桿3和4分別控制擺動支架的工作的兩個極限位置。
式中n為安全系數，k鋼絲繩捻制折減系數，w鋼絲繩充滿系數，σb鋼絲的公稱抗拉強度。
滑輪可根據選好的鋼絲直徑，來選擇?；営靡灾武摻z繩。承受負載不打的滑輪，結構尺寸較?。ㄖ睆紻
2 結束語
本文主要討論了對已有搭載平臺的結構優化設計，完成對溢油回收機的收放功能的方案。并且保證其能更加安全高效的完成溢油回收工作，對于在危險區域的無人收油工作具有很強的實用價值。優化后的搭載裝置結構更加簡單，對水面溢油回收油工作安全高效進行及環境保具有一定的參考價值。
【參考文獻】
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關鍵詞：掣鏈器；Patran；有限元分析
Abstract: There is no references about the FEA of anchor stopper in China that focus on the effects of the strength of anchor stopper base and its support structure on the ship security situation. By taking a certain type of bunker tanker’s chain stopper as the object controller, this paper carries out finite element analysis based on the finite element software Patran & Nastran for stopper base and its support structure, determines the rationality and safety of structural design, and puts forward the structural design optimization ideas and provides an important reference for the strength calculation of chain stopper.
Key words: Chain Stopper; Patran; FEA
1 引言
在傳統的設計中，對船舶機械設備在船舶上的固定以及相關設備的支撐結構均是按結構力學和材料力學理論進行經驗類比設計，難以滿足設計要求。 隨著有限元技術的發展和其在船舶工程上的應用，設計工程師可以運用有限元軟件對所設計的結構進行強度和剛度計算，進而根據計算結果對結構進行改進，節省了設計時間和避免了因不當設計而造成的重大損失[1]。
掣鏈器位于錨機與錨鏈筒之間的甲板上，用以夾住錨鏈。拋錨后，閘上掣鏈器，可將錨鏈的拉力傳給船體，使錨機不處于受力狀態；航行時，掣鏈器承受錨和部分錨鏈的重力，并將收到錨鏈筒內的錨貼緊船體，不致發生撞擊[2]。因此，掣鏈器基座及其支撐結構所承受載荷力很大，其結構設計的合理性直接關系到船舶的安全性能。
近年來，中國船級社（CCS）在相關規范中已規定掣鏈支撐結構強度必須要進行強度校核才能允許建造[3]，然而，目前在國內的研究中尚沒有與掣鏈器支撐結構強度計算相關的文獻。在本文中將應用Patran&Nastran有限元分析軟件，以某型號的供油船的掣鏈器及其支撐結構為對象進行有限元分析和探討。
2 掣鏈器基座及其支撐結構的有限元模型
本掣鏈器及其附近的船體支撐結構的材料均為CCS-A級鋼，其彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，密度為7 850 kg/m3，極限強度為235 MPa。
在本文中建立掣鏈器及其四周船體結構有限元模型。在有限元模型中，船體結構中基座、甲板及錨鏈筒等用板單元模擬，甲板縱梁和橫梁用梁單元模擬。該掣鏈器為滾輪閘刀掣鏈器，結構相對比較復雜，因此在建立有限元模型時并對原實際設計模型結構作了適當的簡化，如：掣鏈器僅建立了兩塊安裝板，受力結構用MPC單元來代替，與錨鏈筒相連的肘板不予以考慮等。由于錨鏈筒有支撐作用，因此對錨鏈筒在鉛垂方向建模約2 000 mm。
在有限元模型中：X正方向為船首方向，Y正方向為船中指向左舷方向，Z負方向為鉛垂方向。有限元模型如圖1和圖2所示。
圖1 掣鏈器及其附屬支撐結構的有限元模型（甲板上面）
圖2 掣鏈器及其附屬支撐結構的有限元模型（甲板下面）
3 邊界條件和載荷的確定
3.1 邊界條件
根據CCS的相關要求，在有限元模型邊緣分別為橫艙壁、隔壁板、縱艙壁，故在這些部件與甲板相交的節點都應該施加約束。在橫艙壁與甲板的連接處約束Y和Z方向的線位移及X軸的轉角，縱艙壁與甲板的連接處約束X和Z方向的線位移及Y軸的轉角；在錨鏈筒的下端約束約束Y和Z方向的線位移及X軸的轉角。
圖3 有限元模型的邊界條件
3.2 載荷計算
根據文獻[3]中所規定的，掣鏈器的支撐結構的計算載荷為錨鏈破斷強度的80%，按照錨系泊布置圖所示方向，施加規定載荷工況于有限元支撐結構模型上，方向沿錨鏈拉伸方向，即沿錨鏈筒方向。在本船中選用AM-2級直徑48 mm錨鏈，其破斷拉力為1 270 kN，故設計載荷：
F = 1 270×0.8 = 1 016 kN
另外，還需要考慮結構的自重載荷，在軟件中設置一個重力加速度即可。
4 計算結果及分析
有限元分析結果見表1及圖4~圖7。
從表1的結果中可以得出該船的掣鏈器基座及其支撐結構強度均滿足要求，而且在結構最大位移變形為1.55 mm，也在可接受范圍之內，故結構設計合理。
從圖4中的板單元的應力云圖可以看出最大等效應力出現在掣鏈器基座與甲板的焊接靠近錨鏈筒處，屬于局部應力集中，若局部較小范圍內區域的應力水平過大，可取所計算的單元和與其連接結點所屬單元的應力之平均值；從圖5中可以看出最大位移變形出現在甲板與掣鏈器基座焊接處，并且是在離錨鏈筒的遠端。梁單元上的最大正應力和最大剪切應力均出現在掣鏈器基座的加強材上。以上現象均與結構實際情況相符合，因此本文中的有限元模型建立及約束條件的設置真實地模擬了實際結構。
表1 有限元分析結果
圖4 應力分布云圖
圖5 位移變形云圖
圖6 梁單元正應力分布云圖
此外，從計算結果中可以看出各項應力值離各自的許用應力值還有較大的空間，這意味著材料的力學性能尚得到充分發揮，因此，在保證強度的要求的前提下，還可以進一步對原設計結構進行優化設計，以減小構件的尺寸參數，從而降低船舶的建造成本。
圖7 梁單元剪切應力分布云圖
5 結論
本文基于Patran&Nastran有限元分析軟件，以某型號成品油船的掣鏈器基座及其附近的支撐結構為對象，根據其實際結構和受力情況，對其進行了有限元分析。有限元分析結果表明，支撐結構的加強材布置合理，原設計結構的強度剛度滿足規范要求，而并且可以本次有限元分析為基礎，在原來的設計結構上做進一步的優化設計，以充分利用材料，降低成本。因此，對掣鏈器基座及其支撐結構進行有限元分析具有重要的實際工程意義。
此外，由于在國內尚沒有與掣鏈器有限元分析相關的文獻，故本文對負責掣鏈器有限元分析計算送審工作的工程師具有寶貴的指導價值。
參考文獻
[1] 孫麗萍. 船舶結構有限元分析[M]. 哈爾濱工程大學出版社，2004
關鍵詞：優化設計； CAE； 機械設計； 產品設計； 設計質量
Abstract: along with the social economy development, engaged in mechanical design of workers with engineering and technical personnel more and more be taken seriously, this paper analysis the optimization design method can improve mechanical design efficiency and the design of the personnel quality, improve the design of mechanical products, only for reference.
Keywords: optimization design; CAE; Mechanical design; Product design; Design quality
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1 引言
機械優化設計是在進行某種機械產品設計時，根據規定的約束條件，優選設計參數，使某項或幾項設計指標獲得最優值。 產品設計的 “最優值”或“最佳值”，系指在滿足多種設計目標和約束條件下所獲得的最令人滿意和最適宜的值。 最優值的概念是相對的， 隨著科學技術的發展及設計條件的變動，最優化的標準也將發生變化。 優化設計反映了人們對客觀世界認識的深化，它要求人們根據事物的客觀規律， 在一定的物質基礎和技術條件下，得出最優的設計方案。
機械優化設計可解決設計方案參數的最佳選擇問題。 這種選擇不僅保證多參數的組合方案滿足各種設計要求，而且又使設計指標達到最優值。 因此，求解優化設計問題就是一種用數學規劃理論和計算機自動選優技術來求解最優化的問題。
2 機械產品優化設計與傳統設計的比較
機械產品設計工作的任務就是使設計的產品既具有優良的技術性能指標，又能滿足生產的工藝性、使用的可靠性和安全性要求，且消耗和成本最低等。 機械產品的設計，一般需要經過需求分析、市場調查、方案設計、結構設計、分析計算、工程繪圖和編制技術文件等一系列工作過程。
傳統設計方法通常是在調查分析的基礎上，參照同類產品，通過估算、經驗類比或試驗等方法來確定產品的初步設計方案，然后對產品的設計參數進行強度、剛度和穩定性等性能分析計算，檢查各項性能是否滿足設計指標要求。 如果不能滿足要求， 則根據經驗或直觀判斷對設計參數進行修改。
整個傳統設計的過程是人工試湊和定性分析比較的過程。 實踐證明，按照傳統方法得出的設計方案，可能存在有較大改進和提高的余地。 在傳統設計中也存在“選優”的思想，設計人員可以在有限的幾種
合格設計方案中，按照一定的設計指標進行分析評價，選出較好的方案。 但是由于傳統設計方法受到計算方法和手段等條件的限制，設計者不得不依靠經驗，進行類比、推斷和直觀判斷等一系列智力工
作，這是很難找出最優設計方案的。
優化設計理論的研究和應用實踐，使傳統設計方法發生了根本變革，從經驗、感性和類比為主的傳統設計方法過渡到科學、理性和立足于計算分析的現代設計方法， 機械產品設計正在逐步向自動化、集成化和智能化方向發展。
3 優化方法與 CAE
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，這就是優化方法。
優化作為一種數學方法，通常是利用對解析函數求極值的方法來達到尋求最優值的目的。 基于數值分析技術的 CAE（Computer aided engineering）方法， 顯然不可能對我們的目標得到一個解析函數，
CAE 計算所求得的結果只是一個數值。 然而，樣條插值技術又使 CAE 中的優化成為可能， 多個數值點可以利用插值技術形成一條連續的可用函數表達的曲線或曲面，如此便回到了數學意義上的極值優化技術上來。 樣條插值方法當然是種近似方法，通常不可能得到目標函數的準確曲面，但利用上次計算的結果再次插值得到一個新的曲面，相鄰兩次得到的曲面的距離會越來越近，當它們的距離小到一定程度時，可以認為此時的曲面可以代表目標曲面。 那么，該曲面的最小值，便可以認為是目標最優值。 以上就是 CAE 方法中的優化處理過程。 一個典型的 CAE 優化過程通常需要經過以下的步驟來完成：
(1) 參數化建模 ：利用 CAE 軟件的參數化建模功能把將要參與優化的數據(設計變量)定義為模型參數，為以后軟件修正模型提供可能。
(2) 求解： 對結構的參數化模型進行加載與求解。
(3) 后處理：把狀態變量(約束條件)和目標函數(優化目標)提取出來供優化處理器進行優化參數評價。
(4) 優化參數評價：優化處理器根據本次循環提供的優化參數、設計變量、狀態變量及目標函數與上次循環提供的優化參數作比較之后確定該次循環目標函數是否達到了最小，或者說結構是否達到了最優。 如果最優，完成迭代，退出優化循環圈，否則，進行下步。
(5) 根據已完成的優化循環和當前優化變量的狀態修正設計變量，重新投入循環。數值優化的過程如圖 1 所示。
4 優化技術研究現狀
在設計領域中，追求最優的設計方案一直是設計人員不懈努力、奮斗不止的理想和目標，并且在長期的設計實際中產生了諸如進化優化、 直覺優化、試驗探索優化等一些優化策略和方法，并在“設計———評價———再設計”的過程中，自覺或不自覺地利用經驗、知識、圖解分析、黃金分割和分析數學等一些經典的優化方法進行優化設計，解決了一些簡單的單變量的優化設計問題。 在此階段，沒有形成完整的優化設計的理論體系，因而可稱它為古典優化設計。
隨著近代數學的分支———數學規劃論的創立，特別是近 50 年來計算機及其計算技術的迅速發展，對工程設計中較復雜的一些優化問題的計算有了重要的工具，并在航空航天、汽車和船舶等民生要害工業部門及一些重大工程設計的應用中取得了較好的技術和經濟效果，同時也促進了工程優化設計理論和方法的發展， 如開發出優化方法程序庫、機構與零部件優化設計程序庫、結構優化設計程序庫等一些大型的工程優化設計應用軟件，并結合工程優化設計的特點，在多目標優化、混合離散變量優化、隨機變量優化、模糊優化以及人工智能、
神經網絡及遺傳算法應用于優化設計等方面都獲得一些顯著的成果，逐步形成以計算機和優化技術為基礎的近代優化設計。
關鍵詞：船舶 動力裝置 節能 減排
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
一、引言
船舶節能的關鍵是節能船型的優化設計。在滿足船舶使用的條件下，優化船體線型設計與船型，使船舶阻力最小，選用耗油量小的主機，使總體協調匹配，達到船、機、槳、舵的最佳配置，從而提高船舶的推進效率，減少運營費用。
船舶節能已成為世界各國造船界和航運界研究的重要課題，他關系到節約燃料資源和費用、環境保護以及船舶運營經濟效益等問題。為此，國內外均投入大量人力、物力進行重點研究，我國還頒布了《節約能源管理暫行條例》。隨著造船業的發展，船舶燃料費用呈顯著增高趨勢，占船舶航運運營總費用開支成本的比例頗大。據統計，油船約占60%，散貨船約占50%，定期客貨船約占35%，小型運輸船也占25%~30%。因此，船舶節能極其重要，是關系到國民經濟發展的問題。
二、國內外節能減排技術的發展
從1970年代以來發生了兩次能源危機，石油價格的飆升，航運企業管理成本增加。特別是近年來，不斷迅速上漲的油價，導致船舶營運成本因素有了顯著變化，燃料的成本比例正在迅速增加，已超過50%。船舶節能、降低燃料消耗和燃料成本，提高工廠經濟效益已經成為一個重要的主題，使船舶節能工作擁有了更多的關注。所以從柴油機制造商、船廠和船舶公司，一直以減少船舶燃油成本上下功夫，以提高其經濟效益。
一艘船要在節能技術進步，要不斷的加強基礎管理。技術進步是使用船舶節能技術促進船舶開展節能工作，例如，在新的構建船舶設計的船、機、槳葉在能源消費在優化設計，合理配置推進柴油機和發電機，盡量減少船舶阻力、提高推進效率，推進柴油機長沖程和更少的缸數、小型化的柴油機，充電系統優化改善，提高掃氣壓力、優化燃燒室和新燃燒系統，提高了燃油噴射系統，提高最高燃燒壓力等等，為了減少燃料消耗柴油發動機直接；推進柴油機電廠方面包括主軸發生器，該系列螺絲，廢熱回收等節能技術來提高整體效率的船。加強基礎管理包括：船舶合理調度；使用氣象導航；以減少導航和耗能速度；使用劣質燃油；加強設備的維護管理，合理的維護，保持柴油機及其動力設備良好的工作條件等。
三、 節能減排新技術在現代化船舶上的應用成果
3.1 韓國船舶新技術可省50%燃料費
韓國大型造船企業STX海洋造船9月21日表示，該公司開發了這項技術的節能船舶準備接受訂單。這種技術可以大大減少在船舶航運上的碳排放，可以節省高達50%的燃料成本。
3.2 船舶發動機余熱回收系統研發動態
日本發展渦輪增壓器生成系統。系統的開發用于推進柴油發電機的渦輪增壓器和新開發的高速發電機相連，將發動機廢熱回收，內部使用，作為一個恢復電力平臺，電力供應柴油發電機組的發電能力。此外，該系統的使用，二氧化碳的排放量最高可以減少4.6%，還可以減少燃料消耗。
四、 船舶動力裝置典型節能減排措施分析
4.1 柴油機排氣與冷卻水余熱的再利用
燃料在汽缸中燃燒后的尾氣和冷卻水熱量，只有很少的熱量來可以利用。因此，對于我國巨大的遠洋運輸船隊來說，節能領域是有前途的。這些可以用來加熱的熱量得以有效使用，現在最常見的是燃氣鍋爐和主機暖缸使用冷卻水熱量，燃氣輪機也使用主機余熱。
4.2 提高船舶動力裝置的效率
船舶動力裝置包括主、輔機和傳動軸系統等設備。因此，為提高工作效率，整個動力裝置應該在各方面采取有效措施。
1）優化主機。由于柴油發動機技術的發展，無論是低和中速或高速柴油機的燃油消耗率是大大降低，但是各種機器的差異是顯而易見的。因此，船舶應根據船舶的具體情況，選擇性能穩定，經濟效益好的主機。由于主機能源消耗在整個動力裝置中的比例最大，所以通過主機優化來提高效率影響最大。目前主要的柴油發動機低轉速、長沖程，目標是減少石油消耗速率，同時，主機和低速大直徑螺旋槳匹配效果好。節能功率主機主要是降低燃油消耗率，重油或替代燃料，提高操作效率的船。
2）主發電機燃燒劣質油。主發電機燃燒和主機相同的重油，使用一個品種油，使房間布局和管道布局大大簡化，減少了維護工作量。同時也節省燃料成本。
3）優化船、機、葉片。由于船舶航行的情況要復雜得多，外部條件（載重、道格拉斯、污染等）經常變化；所以船、機、槳本身技術狀態將會改變，所以，這三個協調特征改變，這樣他們的技術和經濟指標偏離設計狀態，影響能量轉換的完善程度，因為這個原因，管理工作人員在使用操作的船只時，應該是清楚的各種特點和經常調整的操作點，使他們處于最佳狀態，通過操作目標的實現節能。
4.3 廢氣處理技術
減少粒子的新技術。最常見的方法是在排氣管上安裝一個粒子捕獲器，用來捕獲排氣微粒，在特定條件下，使粒子捕獲器清潔得到再生。目前，再生方法有很多，但捕獲設備材料、工藝的限制，捕獲器再生可靠性可以是一個很好的保障。還需要廣泛的研究。是否有任何其他技術也廣泛深入地，如：靜電捕獲技術、旋風分離點技術，燃料添加劑技術。但這些技術從實際還有很多距離。
五、 船舶動力裝置節能減排技術的展望
5.1 新型油料節能技術
燃料添加劑滲透到柴油，柴油，催化氣化，使柴油油缸完全燃燒，減少黑煙，節省燃料。隨著科學技術的發展，燃料添加劑技術將繼續進步，不斷適應節能減排的需求。
5.2 開發代用燃料
發達國家的經濟依賴于石油燃料，石油燃料得到有限，容易出現短缺，許多科學家一直在考慮到原油儲存、燃料生產和石油消費問題。未來的船舶動力裝置不能只考慮石油作為基本燃料，可以考慮使用其他的新能源來取代石油。
5.3 船舶管理措施
要做到節能，首先應加強主機輔機鍋爐的管理和維護。對船舶來說，航速對節能起著舉足輕重的作用，根據每個航次實際情況，采取最低耗油率航速，節約燃油，少排廢氣。船舶節能的另外一個重要環節是要保證機器的良好工況，就主機輔機而言，主要從燃油系統和排氣系統兩方面進行科學管理，燃油方面，可根據實際運行情況安裝輕重油轉換設備，低質燃油通過加熱、攪拌、過濾后其流動性提高，可以達到充分燃燒的目的。還可以根據其性質合理添加燃油添加劑和助燃劑，對燃油進行循環分濾，在進機前適度加熱，保持適度的粘度，此外還要加強對高壓油泵、噴油器的監測和保養，使之處于最佳狀況，從而確保最佳燃燒工況，減少能源損耗，減少排放船舶廢氣。另一方面加強機電設備的保養和維護也能起到節能減排的的效果。保持進排氣系統的通暢，定期調進氣閥間隙；定期檢查調整供油時和噴油壓力，確保其在規定范圍內；保持燃燒室組件之間的適宜間隙；保持系統的順暢。系統不順暢會使機械磨損增加，會增加油耗；保證足夠的新鮮空氣供給量；保持操作系統和傳動系統處于良好狀態，將大大提高機械效率，從而節約油耗。
六、結論
總之，在整個世界節能減排研究背景，我國船舶節能減排也已經投入更多的力量。我們的優勢在于落后的優勢，除了新技術開展創新以外，還通過發展先進的全球標準信息網絡管理技術，對整個船舶集成系統、智能管理，總的來說，掌握創新的方向，使我們的船舶業具有較強的競爭能力。
參考文獻
[1] 歐禮堅.淺談船舶節能技術改造[J].廣東造船.2009，（4）.
[2] 程楠，李軍.船舶減排的標準之困[J].中國船檢.2009，（6）.
關鍵詞：網架結構；節點；桿件；優化
一、前言
網架結構是中國空間結構中發展最快，應用最為廣泛的結構形式。網架結構的主要特點有:空間工作，傳力途徑簡捷，重量輕，剛度大，抗震性能好，施工安裝簡便，網架桿件和節點便于定型化、商品化、可在工廠中成批生產，有利于提高生產效率，網架的平面布置靈活，屋蓋平整，有利于吊頂，安裝管道和設備，網架的建筑造型輕巧美觀，便于建筑處理和裝飾。
傳統鋼網架結構設計的基本方式為：首先設計規劃、選定網架形式及其使用的材料，再根據同類結構以往經驗，假設網格尺寸、網架高度以及桿件截面形狀與截面面積等，并在此基礎上進行結構分析，然后驗算整個網架結構及其組成構件是否滿足強度、剛度和穩定性設計要求等。但假若我們發現計算的截面和假定的截面有很大不不同，那就必須要重新來過。在按照傳統設計方法對鋼網架結構進行設計的時候，一般會經過一個很繁雜且不連續的設計過程，沒有達到結構設計最優的目的。顯然，為了降低網架結構的工程造價，可以采用優化設計的方法來減少結構用鋼量，另外，在一定程度上也可以對結構的受力合理性進行優化分析。
二、鋼網架結構設計方法
1. 網架結構桿件設計
一般工程中大多數網架結構所采用的材料均為鋼材，采用Q235和Q345鋼居多，這兩種鋼材的優勢在于：鋼材力學性能、焊接性能都很好，材質也相對比較穩定。桿件具有很多的截面形式，但這其中主要以空腹載面是最好的，如圓鋼管，方鋼管，這兩種截面各向慣性矩均大，對受力有利，此外空腹截面封閉后內部不易腐蝕，表面也難以積灰和積水，具有較好的防腐性能。
2. 網架結構節點構造的設計
網架結構的節點是連接交匯桿件、傳遞荷載的重要環節，進行合理的節點設計對網架結構的安全性能、制作安裝、工程進度和工程造價都有著極其重要且直接的影響。網架結構的節點分為內部節點和支座節點兩大類，其設計和構造都應該遵循受力合理、傳力明確可靠、構造簡單、制作安裝方便等規定，網架結構節點分為幾大類，分別是焊接鋼板節點、焊接空心球節點、螺栓球節點、直接相貫節點及焊接鋼管節點。
支座節點是網架將荷載傳遞給下部結構的連接件，是支承結構上的網架節點，我們在針對網架進行內力分析的時候，都要對支座節點加設一定的約束，這些約束一般可以分為可動鉸支承，不動球鉸支承和不動圓柱鉸支承三大類。焊接空心球節點是我國較早應用的節點之一。它可以是不加肋的空心球，也可以是加肋空心球，兩個半球的焊接以及兩個半球與加肋圓環焊接構造。螺栓球節點可以說是我國應用最為廣泛的節點形式，它由鋼球、螺栓、套筒、銷子和錐頭或封板組成，適用于鋼管連接。
3. 網架結構設計注意事項
網架結構設計有一些注意事項需要我們認真了解。我們要注意制作工藝的可行性，力求安裝的方便，還要關注網架的單位含鋼量。從細節上來說，這包括支座的安裝難易以及網架錐體的桿件的大小。如網架工程中如采用上弦球作支點并同時用肋板式支座，可能發生網架腹桿套筒與支座肋板空間沖突。所以，在網架設計、制作和安裝的過程中，我們應注意根據實際情況，采取切實有效的措施， 既保證結構強度在求，又便于施工，保證工程進度。
三、網架結構的優化設計
對鋼網架結構的優化設計，主要包括網架類型優化、網架跨度優化及網架高度優化。不同網架類型在同樣跨度、厚度和網格尺寸以及約束條件下，所得到的用鋼量也不相同。當采用正放四角錐網架、斜放四角錐網架、抽空四角錐網架和棋盤四角錐網架4種平板網架類型時，用鋼量較低，為網架結構設計時比較理想的結構類型。網架跨度大小直接影響最優網架厚度和網格尺寸的選擇。隨著網架平面尺寸的增大，網架結構的最優厚度和最優網格大小呈增大趨勢。遺傳算法優化網架結構高度，適用于不同的邊界條件、不同支撐方式以及承受不同荷載的網格結構能夠進行全局尋優，避免結果陷入局部最優解能夠節約用鋼量，結果可靠，可用于實際工程中。
網架優化設計時，可以利用一系列的優化設計方法，如準則方法、數學規劃法和系統迭代優化設計方等法。這些優化設計方法均是以網架結構的重要特征參數作為優化變量，以結構用鋼量大小和受力特性的組合作為目標函數進行的優化迭代過程。具體來看，準則方法從結構力學原理出發建立一些最優準則以尋求用解析形式表示的結構設計的參數，或者通過直觀的迭代運算決定結構各單元的截面參數。而數學規劃方法是從解極值問題的數學原理出發，運用數學規劃中的各種方法，求得一系列設計參數的最優解。系統迭代優化設計方法首先對結構進行有限元分析，獲得各部分構件的內力。并依此內力作為條件分別對各部分構件進行局部優化設計，得到本輪次的構件；在下一個輪次時，將上一輪次得到的構件重新形成新的網架，對新的網架進行有限元分析，判斷其最大撓度是否滿足規范要求。
需要注意的是，優化設計的結果只是數值計算的結果，由于優化時優化參數、優化目標函數及計算程序能力的限制，不可能讓優化設計做到完美無瑕，還必須結合網架結構的設計和構造經驗對優化結果進行調整，使得設計結果更貼切經驗和實際。
四、結語
總之，空間鋼網架結構作為一種建筑造型美觀，經濟指標優良的結構形式，已被廣泛應用于工業及民用建筑領域的，給網架結構的發展帶來了極大的市場。隨著網架優化設計方法的實施，網架的經濟型和受力合理性將得到最大的體現。
參考文獻：
[1]劉寅東,卞鋼.基于ANSYS的結構拓撲優化及其二次開發.船舶力學學報, 2006, 10(2): 120-125.
關鍵詞：鋼夾層板；船體結構優化；強度
鋼夾層板復合材料剛性大、強度高、重量輕，而且經濟環保、舒適性好，逐漸成為船體結構的重要材料，需對鋼夾層板船體結構予以優化設計，深入研究。
1.鋼夾層板船體結構優化設計原理
強度是復合材料推廣應用過程中必須解決的關鍵問題，鋼夾層板材料也不例外，若鋼夾層板船體結構強度設計不當，則易對船體的安全性和使用效益構成威脅。因此通過綜合分析、合理對比夾層板理論、單層板等效、有限元結構等鋼夾層板船體結構分析方法，以及屈曲強度和極限強度分析方法后，得出了優化鋼夾層板船體結構的設計原理，具體闡述如下。
對于船體而言，高航速和大荷載是其重要的技術指標，所以如何在滿足剛度和強度的基礎上實現厚度優化尤為關鍵，簡而言之，就是設計的夾層板和芯層厚度，既要符合屈曲、強度、頻率、位移、尺寸等約束要求，也要確保結構重量最輕[1]。這就需要我們合理計算強度因子在滿足R
2.鋼夾層板船體結構優化設計及其強度研究
2.1.結構優化設計
為更為直觀的了解鋼夾層板船體結構優化設計及其強度性能，在此以一鋼制油船為例加以分析。已知該母型船為無限航區的雙殼油船，總長、垂線間長、型寬、型深、設計吃水分別為144.0、134.5、21.5、11.3、7.65（m），吃水方形系數為0.8177，排水量和壓載艙容分別為16660和6610（m?），中拱和中垂最大靜水彎矩分別為958516和-1010319（kN.m）[2]；然后基于上述提及的結構優化原理和實際需要對該船的原有結構作了改裝設計，其中甲板、內外殼、內外底、斜板等為重點優化部位，經初步分析發現，優化后的鋼夾層板船體結構的重量有所減輕；為進一步了解結構優化結果以及其強度性能，則構建了有限元模型，但為實現非對稱性載荷工況，除了涉及端部橫艙壁外，還應在模型中引入船體左右部位的舷結構。
具體而言，該模型重要采用多點約束用于確定邊界條件，即一方面使端面的縱向單元與位于中心線中和軸位置的獨立點保持一定的相關性，并對位于后端的獨立點加以x軸位移約束；另一方面則借助一端為剛性固定的彈簧單元模擬邊界條件，以此確保自由端面有一個假定的平斷面，但彈簧單元需分別設置在甲板、外板、內殼、內底板、舷側、艙壁位置（結構模型見圖1）[3]；最后進行了施加載荷操作，包括船舷外水作用產生的壓力、貨油壓力、端面彎矩等，以便科學驗證優化后的船體結構強度效果。
圖1 鋼夾層板船體結構模型及其邊界條件
2.2.強度評估研究
一是針對屈服強度計算，依舊采用許用應力直接計算剛夾層板船體結構的實際承載能力，此時便需要根據 這一等效應力估算屈服強度（此時的單元等效應力等于基準應力），其中 和 分別代表單元正應力， 代表單元剪應力，通常鋼夾層板的面板及其支撐構件處的基準應力不得超過235kN/mm2，而芯材的基準應力和層間剪切力應分別小于芯材強度和最小粘接力；經評估對比鋼夾層板船體結構中的面板屈服強度和局部芯層強度，即甲板、內外底、斜板、內外殼的對應工況、最大應力、許用應力、實際屈服度、剪切應力等參數，發現優化后的船體與普通船體有著類似的應力分布，且高應力位置也大體相同，但在整體上有著較低的應力水平。建議在以后的鋼夾層板船體結構優化中，還應適當降低雙層底高和斜板寬度，以強化斜板設計效果，并合理減小面板厚度以期改善甲板的應力效果。
二是針對屈曲強度計算，考慮到鋼夾層板船體結構的屈曲強度需要滿足 / ≥1.1這一條件，其中 和 分別代表單面受壓載荷和梁彎曲應力，故需要結合有限元法解決復雜的邊界問題和受載問題，優化后的船體結構有著較強的屈曲強度。
最后經綜合對比分析得出，優化后的鋼夾層板船體結構中的甲板、內底和外底的梁剖面模數有一定的減小，甲板、內外底、內外殼、邊艙斜板的質量分別降低了13.12、6.56、70.55、84.25（噸），而且成本節約效果明顯。故上文所述的鋼夾層板船體結構優化效果較好，強度性能有所提高。
結束語：
隨著鋼夾層板在船舶和海洋領域應用范圍的不斷擴大，對其船體結構設計及其強度也會有越來越高的要求，進一步提高鋼夾層板在船體中的應用效果和價值，以強度因子為切入點，探索合理的優化方法。
參考文獻：
[1] 劉志慧.鋼夾層板船體結構強度分析方法研究[D].哈爾濱工程大學，2011（05）.