基于有限元分析的铁舾件优化设计

袁剑臻

摘要：在船舶运行的过程中，为了保证船舶在水面上平稳安全地行驶，必须使船舶内部设备具有良好的安全性和可靠性。然而，在船舶实际运行过程中，其内部设备的复杂程度相对较高，既包括动力通信学科，也包括结构和机械学科等方面的内容。这些相对复杂的技术是支持船舶正常运行的重要保障。对于整个船舶产品来说，舾装是非常重要的一项工作。船舶铁舾装就是除船体和船舶动力装置以外的所有船上的金属附属物。本文的选题为“基于有限元分析的铁舾件优化设计”，探讨了相关要求、优化设计方法以及船舶舾装未来的发展趋势。

关键词：船舶舾装，铁舾件，要求分析，优化设计，分析探讨

1对人员的具体要求分析

（1）对具有相关专业基础知识的船体、管道和动力装置、铁质防窥探器进行量产设计工作，是为了支持和保证船舶动力系统具备更加长久的寿命，并提供更加舒适的使用环境。因此，应尽可能地在设计中满足于船舶设计的总体要求，使相关工作人员熟悉船体结构、管道布置规范以及系统性能和原理，以便更好地与其他专业人员沟通和合作，做好船舶的总体设计。

（2）要了解产品规范中对铁舾件的一般要求，在进行生产设计时，认真研究船舶设计图纸的细节设计，既要了解相关专业和船东的要求，只有掌握详细的技术资料，才能更好地进入设计到生产中，以提高工作效率和质量。

（3）需要正确了解每个屋檐的划分、施工周期、每个屋檐预售计划的周期表，结合船舶建造的时间安排，科学合理地分配各种铁屋檐的生产计划，使工能平衡合理。

（4） 铁防窥探工作要求设计师不断加大创新，不仅要掌握船舶机械设计的知识要点和规范，另一方面要求设计师必须掌握一定程度的机械加工、金属加工、结构强度、液压动力、配件生产设计过程中的基础知识和能力，需要高效运用相关的基础知识来解决配件上的问题，满足舾装生产和设计的要求。

（5）需要具备充裕的生产实践工作能力、现场经验，解决铁防窥探问题的生产设计，需要设计人员专业知识和经验的积累。一方面，要结合整体系统设计要求；一方面，需要熟悉不同船舶结构的实际情况以及船东提出的细节要求，以此展开经验的长期积累，使所设计的产品能够更好地满足用户的需求和习惯。

（6）需要具备一定的控制工作和技术语言的能力，随着造船产业的蓬勃发展，船舶舾装等技术趋于国际化，有大量的技术文件和图纸需要运用到一些其他国家的语言，在设计中会使用大量的外文技术文件，所以舾装设计人员需要具备良好的外语基础，才能实现良性的沟通交流。

（7）需要掌握先进的计算机操作技术，善于使用计算机操作程序，熟悉各种软件，简洁、清晰、详细地表达出技术文件各个部分的内容，真正实现文件图纸的内容可以让操作者直接、清晰地掌握，使他们更加快速地明晰要领，才能更好地为生产服务。

2基于有限元分析的铁舾件优化设计方法

铁舾件的轻量化，即是在满足铁舾件功能强度的前提下，尽可能使用规格较小的材料或优化型号，以达到节约材料、降低成本、减轻空船重量的目的。本章主要是在现有设计的基础上，选择一些典型的节点进行有限元分析强度分析，优化设计，进行点对点的推广，根据经验排除设计的不准确性。

2.1 优化铁舾件的界定

就目前的情况来看，需要优化的铁舾件主要包含以下内容：小车过道、人行横道、锚绞机操作平台、备锚基座、前桅杆、雷达桅杆、内舱平台、舵机操作平台、顶部和尾部舱架、各种管支架等等。根据设备的不同工作区域，它们的工作环境亦会呈现出一些不同，有开放区域、半开放区域、室内区域以及靠近激振源的区域等等。一般来说，不同的铁舾件会处于不一样的工作环境之中，其中一些铁舾件不仅需要对强度敏感，还需要对振动敏感，如舵机舱操作平台、前桅杆、雷达桅杆等等。

2.2 优化型材方案

以上海市某造船企业为例来讲，目前该企业铁舾件常用材料如下：角钢尺寸为L75×75×8（单位：mm）。一直以来，该造船企业的舾装设计师非常注重安全性能和稳定性能，而较少考虑质量控制和成本等方面的因素。这样带来的结果是，该企业的舾装设计人员在材料选择过程中选择的规格相对比较高，设计中的铁屋檐重量比较大，如此一来，不仅增加了材料成本，也增加了现场施工的困难度。

鉴于以上的问题和不足，在优化设计的早期阶段，首先详细咨询了团队中的设计人员需要优化的铁屋檐列表，通过熟悉铁屋檐列表，从而制定出了相应的优化方案。该优化方案从实际出发，采用有限元软件对铁屋檐进行逐步的计算和分析，以优化各种铁屋檐。在反复检查一些铁屋檐的强度和振动情况之后，结合不同项目实施过程的探索和总结，分别尝试用较小规格的角钢材料替代原来 L75×75×8 （单位：mm）的角钢，选取部分优化铁舾件，最终取得了比较好的效果。希望这样的方案优化也可以为其他船舶生产制造企业的舾装设计师提供一定的借鉴和参考。

3国内船舶舾装的发展趋势探讨

随着船舶产业的不断优化调整，该行业的发展速度变得越来越快。在笔者看来，未来我国的船舶舾装发展将呈现出以下几个方面的趋势：

3.1模块化趋势

为适应现代造船过程中预舾装不断提升的标准要求，当代装配造船模式要求更多的舾装实现模块化，其外部接口如支架、电缆、仪表、油路和气管路径等都应实现相应的模块化设计，达到“即插即用”的目的，卫生单元、带升降装置的救生艇、厨房和冷藏单元、舷梯、客舱单元、液压水密门等均为模块化。随着我国造船业的发展，将创建更多的模块化单元。由于这些模块化单元可以在陆地车间内建造安装，因此可以带来更好的工作环境，减少工人劳动量，同时缩短施工周期。保证产品质量的同时，会大大提高造船企业的经济效益。

3.2精品化趋势

目前来看，与欧美、日本等发达国家所掌握的造船技术相比，我国舾装设备具有结构强度大、材料坚固等优点，也存在设备重量大、外观粗糙、制造精度比较低等缺点。为满足市场发展的需要，有必要提高设计制造的精度，坚持走精品舾装之路，以提高中国出口船舶的国际竞争力。精品化主要体现在舾装设备的外观、对称性、位置涂层、设计制造精度，以及性能方面的旋转平滑度、接口对接配合度、互换性等方面。精品化是未来舾装发展的一个重要方向，但过分片面地追求精良舾装将大大增加生产成本。因此，企业应结合实际，客观考虑产品竞争力和经济效益。

3.3环保节能趋势

由于人类活动的频繁，使海洋污染日益加剧，环保节能成为船舶舾装发展的重要趋势。首先，要做到舾装设备材料无毒、环保，减少环境污染；其次，为节省能源，一方面可以增加更多的手动操作功能，另一方面尽可能减轻设备重量，在节约材料的同时降低能耗。未来的造船模式是造船计算机集成制造系统（SC IMS）。造船技术的创新需要进一步发展一体化机制，依托信息高速公路、信息数字化和网络化，将分散在不同工厂、材料设备制造厂、造船厂等各个模块相互链接，及时、直观地进行不同的联合生产，实时监控所有生产过程，形成动态无缝、面向产品的施工系统。

4结语

随着海洋工程一体化程度的不断提高，非常规结构、完全在开放空间、高稳定性要求的设备安装形式逐渐减少，并降低了电表等设备的重量。现如今，通用电铁配件的材料选择，结构形式已超过设备安装要求的强度。做好基于有限元分析的铁舾件优化设计，可以在一定程度上加快船舶舾装技术的创新，从而促进整个船舶设计生产技术的发展。

参考文献

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[2]黄裕健.机舱区域船台阶段铁舾件安装质量和完整性的提高[J].广船科技,2006(01):33-35.