22000T沿海散货船主尺度确定

22000T近海散货船主尺度设计

设计任务书

本船为钢质、单甲板、艉机型国内航行沿海散货船。常年航行于沿海航线，属近海航区；主要用于干散货运输。本船设计载重量22000t，积载因素经调研确定。按“CCS”有关规范入级、设计和建造。并满足中华人民共和国海事局有关国内航行海船的相关要求。满载试航速度12 kn，续航力3000 n mile。

第一部分主尺度的确定

主要内容：

1.根据有关经验公式、统计公式及图表资料初步确定船舶主尺度

2.通过重力与浮力的平衡关系来调整船舶主尺度

3.主要性能的估算、校核

1.初步确定船舶主尺度

船舶主尺度主要是指船长L（一般是指垂线间长L pp)、型宽B、型深D、设计吃水d及方形系数，通常也把主尺度比参数归为主尺度范围。

1.1 船长L

由统计公式（5.3.4）散货船（10000t

L pp=8.545DW0.2918 得 L=158.1m

1.2 船宽B和吃水d

由统计公式（5.3.17）和（5.3.18）散货船（D W>10000t）

B=0.0734L1.137

d=0.0441L1.051得

B=23.2m d=9m

1.3 型深D

参考常规散货船尺度比参数关系图，取d/D=（0.7～0.8）得D=12m 1.4 方形系数C B

由统计公式（5.3.29）C B=1.0911L-0.1702B0.1587d0.0612V s-0.0317得

C B=0.803

1.5基本干舷的校核

保证船舶具有足够的干舷一方面可以保证有一定的浮力储备，另一方面可以减少甲板上浪。如果干舷太小，航行中甲板容易上浪，从而造成船舶的重量增加，重心升高，初稳性降低，并可能损坏甲板上的某些设备，也影响船员作业和人身安全。干舷的大小直接关系到船的储备浮力，如果甲板上浪来不及排掉，或者船体开口的封闭设施被破坏而导致海水灌入船体内，此时如储备浮力不足，就容易导致船舶下沉，发生沉没或倾覆，所以保证船舶具有足够的干舷是很重要。

国内航行海船法规规定船舶都必须满足所规定的最小干舷。这里只进行基本干舷的计算，确定初步校核干舷是否满足，而且对基本干舷的

修正值一般相对基本干舷都很小。

查法规F0 =KD0 =230.5×12=2.766m 则该船基本干舷是2.766<3.0(即

12-9)（这里没计入甲板厚度），初步校核满足干舷的要求。

1.6排水量的初步估算

△=kρC B LBd=1.006×1.025×0.803×158.1×23.2×9=27333.8t

1.7空船重量L W的估算

空船重量通常将其分为船体钢料重量W H、舾装重量W o和机电设备重量W M 三大部分，即

LW= W H + W o +W M

（1）W H的估算

散货船W H的统计公式（3.2.11）和（3.2.8）

W H =3.90KL2 B（C B +0.7)×10-4 +1200

K=10.75-[(300-L)/100]3/2

W H =4279.6t

（2）W O的估算

由统计公式（3.2.23）及图表3.2.5

W o=K B L查图3.2.5K=0.21得

W o=917t

（3）机电设备重量的估算W M

根据统计，机电设备重量可以近似地按主机功率的平方根（P D0.5）

的关系进行换算。对于主机为柴油机的机电设备重量W M可用下式初估W M=C M（P D/0.735）0.5

主机功率可以用海军系数发估算。海军系数

C=△2/3v3/P

由相关资料查的，选取海军系数C=400

∴P=△2/3V3/C=27333.82/3×123/400=3920k w

取C M=8.5

∴W M=8.5×（3920/0.735）0.5=620.5t

∴ LW= W H + W o +W M =5817.1t

2.重力与浮力的平衡和调整后干舷校核

初估的主尺度决定的排水量△=27333.8t，而估算所得的空船重量LW=5817.1t,估算总重量：LW+DW=27817.1t＜△.排水量小于估算总重量，则要对主尺度进行调整。在VBA程序中通过调整方形系数，使得排水量满足平衡条件且有足够排水量裕度：C B=0.827，△=28123t，裕度为4.27%，基本干舷2.766m<3.0m(12-9)，满足要求！

∴最后确定船舶主尺度为：

L=158.1m B=23.2m D=12m d=9m C B=0.827

△=28123t D W=22000t

基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化

ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１８年第２期 基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化* 朱维兵，巫发茂，晏静江，王和顺 （西华大学机械工程学院，成都６１００３９） 摘要：机载控制台杆件较多，结构复杂，尺寸优化过程中设计变量较多，在尺寸优化前必须对其进行灵敏度分析。以多目标拓扑优化后的某机载控制台下台体为研究对象；以下台体各构件的厚度尺寸作为设计变量；以质量为约束条件；以第一、第二阶固有频率作为优化目标进行灵敏度分析。获得了下台体第一、第二阶模态频率及质量对杆件厚度的灵敏度变化情况及第一、第二阶固有频率相对于质量的灵敏度值。以下台体质量作为优化目标函数；结构第一、第二阶模态频率作为约束条件；选择第一、第二阶模态频率对质量的灵敏度绝对值较大的杆件厚度尺寸作为设计变量进行尺寸优化。分析结果表明，尺寸优化后结构的低阶固有频率明显提高，质量稍有减少，具有较好的动态性能。为下台体结构尺寸的确定提供依据。 关键词：机载控制台；尺寸优化；灵敏度分析；固有频率 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-３１３３（２０１８）０２-００９２-０７ ＤＯＩ：１０．１６７３１／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１-３１３３．２０１８．０２．０１７ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｎｓｏｌｅｂａｓｅｄｏｎ ｍｏｄａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ ＺｈｕＷｅｉｂｉｎｇ，ＷｕＦａｍａｏ，ＹａｎＪｉｎｇｊｉａｎｇ，ＷａｎｇＨｅｓｈｕｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｎｓｏｌｅｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｎｕｍｂｅｒｏｆｂａｒｓ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｃｏｍｐｌｅｘ，ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｄｅｓｉｇｎｖａｒｉａｂｌｅｓｉｎｔｈｅｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｕｓｔｂｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｐｒｉｏｒｔｏｉｔｓｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅ-ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｍｕｌｔｉ-ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｅａｃｈｂａｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓｔａｋｅｎａｓｄｅｓｉｇｎｖａｒｉａｂｌｅ，ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｎｓｏｌｅｉｓｔａｋｅｎａｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｒｅｔａｋｅｎａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔｓ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍａｓｓｔｏｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｂａｒｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｍａｓｓａｒｅｇｏｔ．Ｔｈｅｍａｓｓｏｆｄｏｗｎｔｈｅｂｏｄｙｉｓｔａｋｅｎａｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｒｅｕｓｅｄａｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ｓｅｌｅｃｔｔｈｅｂａｒｗｈｏｓｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｂｓｏｌｕｔｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｍａｓｓｉｓｌａｒｇｅｒａｓａｄｅｓｉｇｎｖａｒｉａｂｌｅ，ｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｇｏｏｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｓｆｏｒｄｅ-ｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｎｓｏｌｅ；ｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ；ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ０ 引言 航空电子设备种类繁多，其特点、要求及使用环境等也各不相同，对设备体积、重量及耐力学环境等也要求很高。机载设备在工作中通常会面临严酷的振动环境条件，大量级、较低频率经常会使其产生疲劳损坏。目前对机载设备的结构优化设计研究已经开始从传统的定性、定量设计方法向ＣＡＤ与ＣＡＥ技术相结合的智能设计方法转变，其理论也在不断完善。结构拓扑优化较尺寸优化与形状优化更为复杂，在产品开发过程中通过拓扑优化设计法，使产品结构设计结果达到综合最优或较优［１-４］。某机载控制台主要由上台体、下台体和设备控制盒安装架等组成，下台体是整个控制台的主要承载部分。下台体结构优 ２９*教育部“春晖计划”合作科研项目（Ｚ２０１４０７２）；四川省教育厅重点项目（１５ＺＡ０１２６）万方数据