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1、14-5 总布置设计0 0、概述、概述 在计算机辅助船舶设计中，总布置设计（总体布局）是一在计算机辅助船舶设计中，总布置设计（总体布局）是一个提纲挈领的非常重要的内容，也是船舶设计首先需详细认真个提纲挈领的非常重要的内容，也是船舶设计首先需详细认真思考的问题。思考的问题。总布置设计（总体布局）主要包括：总布置设计（总体布局）主要包括：1 1）船舶布局和结构形式（上层建筑？纵骨架式？尾机型？）船舶布局和结构形式（上层建筑？纵骨架式？尾机型？）2 2）主舱壁和甲板划分（货舱机舱区域、甲板平台层数）主舱壁和甲板划分（货舱机舱区域、甲板平台层数）3 3）船体形状（型线形式）船体形状（型线形式）4 4）
2、舱室布置（上层建筑）舱室布置（上层建筑-居住、工作、设备；货舱、液体舱居住、工作、设备；货舱、液体舱-油、水、压载；其它舱油、水、压载；其它舱-储存、工作等）储存、工作等）5 5）机电系统和舾装设备（动力、电力、电气、通讯、消防、）机电系统和舾装设备（动力、电力、电气、通讯、消防、救生、货运、推进、操纵、通风空调、生活、其它）救生、货运、推进、操纵、通风空调、生活、其它）目前，通常采用人机交互形式进行总布置设计和总体布目前，通常采用人机交互形式进行总布置设计和总体布局。局。21 1、特点：、特点：总体布局和总布置设计具有以下特点：总体布局和总布置设计具有以下特点：（1 1）智能要求高，因此目前
3、依赖于人脑程度高）智能要求高，因此目前依赖于人脑程度高（2 2）涉及因素多，因此需通过计算来验证各种因素的影响，）涉及因素多，因此需通过计算来验证各种因素的影响，如性能计算、布置等如性能计算、布置等（3 3）多方案比较，由于）多方案比较，由于(2)(2)，为求最优常需多个方案比较，为求最优常需多个方案比较（4 4）借鉴母型船，或参照历史经验）借鉴母型船，或参照历史经验（5 5）图上作业多，不利于计算机辅助船舶设计，）图上作业多，不利于计算机辅助船舶设计，（6 6）评价难统一，因人而异，各人视角不同，风格不一）评价难统一，因人而异，各人视角不同，风格不一（7 7）拓扑要求高，因数学建模需要拓扑性
4、才能数学模型化）拓扑要求高，因数学建模需要拓扑性才能数学模型化（8 8）初始工作量大，船上物件海量，都需数字化）初始工作量大，船上物件海量，都需数字化（9 9）技术要求高，由于）技术要求高，由于(1)(1)，需要设计者的经验和技术水平，需要设计者的经验和技术水平（1010）三维设计，目前趋向于立体造型、仿真模拟）三维设计，目前趋向于立体造型、仿真模拟4-5 总布置设计32 2、需求：、需求：根据以上特点，计算机辅助总布置设计和总体布局要能做好，根据以上特点，计算机辅助总布置设计和总体布局要能做好，需要具有或配备：需要具有或配备：（1 1）数据库，解决工作量大、参照母型等问题）数据库，解决工作量
5、大、参照母型等问题 （2 2）船型库，解决船型、多方案等问题）船型库，解决船型、多方案等问题（3 3）图形库，解决图形作业、工作量大、参照母型等问题）图形库，解决图形作业、工作量大、参照母型等问题（4 4）设备库，解决系统设备图形表示问题）设备库，解决系统设备图形表示问题（5 5）材料库，总布置和结构形式表达）材料库，总布置和结构形式表达（6 6）模型库，给出典型舱室布置、货舱形式等，以便变换）模型库，给出典型舱室布置、货舱形式等，以便变换（7 7）有经验的设计人员，还有计算机辅助设计经验）有经验的设计人员，还有计算机辅助设计经验（8 8）拓扑化的数学模型，参数化数学模型）拓扑化的数学模型，参
6、数化数学模型（9 9）计算机辅助设计工具，基本计算模块）计算机辅助设计工具，基本计算模块4-5 总布置设计43 3、基本方法：、基本方法：进行总布置通常可以：进行总布置通常可以：（1 1）通过数据库等库搜索可借鉴的母型船，利用拓扑化的）通过数据库等库搜索可借鉴的母型船，利用拓扑化的数学模型，并根据设计要素进行适当的修改和变换，快速生成数学模型，并根据设计要素进行适当的修改和变换，快速生成设计船的初步总布置方案，包括船舶形式、主舱壁和甲板划分设计船的初步总布置方案，包括船舶形式、主舱壁和甲板划分 （2 2）通过船型库生成船型或修改）通过船型库生成船型或修改（3 3）通过图形库快速生成有关图形）通
7、过图形库快速生成有关图形（4 4）通过设备库和材料库，快速生成相关系统设备等）通过设备库和材料库，快速生成相关系统设备等（5 5）材料库，总布置和结构形式表达）材料库，总布置和结构形式表达（6 6）通过模型库查找相近的典型舱室布置、并进行比例或）通过模型库查找相近的典型舱室布置、并进行比例或旋转变换，结合人机交互图形生成手段，给出船舶舱室的总旋转变换，结合人机交互图形生成手段，给出船舶舱室的总布置方案。布置方案。4-5 总布置设计54 4、计算模块和工具、计算模块和工具 总布置设计时，通常会用到：总布置设计时，通常会用到：（1 1）数据库技术和工具）数据库技术和工具 （2 2）图形转换和图形显
8、示（二维、三维）图形转换和图形显示（二维、三维）（3 3）船体曲面生成和样条曲线拟合）船体曲面生成和样条曲线拟合（4 4）性能计算和其它计算（面积、体积等要素）性能计算和其它计算（面积、体积等要素）（5 5）参数化数学模型）参数化数学模型（6 6）数字化技术）数字化技术（7 7）人机交互设计界面和技术）人机交互设计界面和技术（8 8）造型技术和虚拟漫游技术）造型技术和虚拟漫游技术（9 9）优化模型和最优化计算）优化模型和最优化计算（1010）方案比较和评价模型）方案比较和评价模型4-5 总布置设计65 5、例子、例子 母型船上层建筑母型船上层建筑 设计船上层建筑适当拉长设计船上层建筑适当拉长
9、母型船居住舱母型船居住舱 设计船居住舱（旋转设计船居住舱（旋转9090度）度）4-5 总布置设计二人间二人间74-6 结构设计0 0、概述：、概述：结构设计通常在总布置设计以后进行，但其结构形式则在结构设计通常在总布置设计以后进行，但其结构形式则在总体布局时应已有考虑，结构设计的主要内容是：总体布局时应已有考虑，结构设计的主要内容是：（1 1）全船结构构件计算）全船结构构件计算（2 2）基本结构图和典型横剖面图）基本结构图和典型横剖面图（3 3）肋骨型线图）肋骨型线图（4 4）船舶强度计算）船舶强度计算（5 5）结构重量及重心计算）结构重量及重心计算（6 6）船体钢料估算清单（板、材等）船体钢
10、料估算清单（板、材等）（7 7）船舶振动计算等）船舶振动计算等84-6 结构设计1 1、全船结构构件计算、全船结构构件计算 结构构件计算主要是计算船舶所需结构构件的尺寸和形式，结构构件计算主要是计算船舶所需结构构件的尺寸和形式，如横梁可选球扁钢如横梁可选球扁钢10a10a或角钢或角钢L100L100*7575*7 7，其计算方法通常为，其计算方法通常为两种：规范计算法和理论计算法。通常和基本结构图同时进行，两种：规范计算法和理论计算法。通常和基本结构图同时进行，相互补充。相互补充。（1 1）规范计算法）规范计算法 可以根据有关船检规范编制相应的程序模块进行计算，计可以根据有关船检规范编制相应的
11、程序模块进行计算，计算中所需的要素，如跨距、肋距等可从基本结构图中自动获取，算中所需的要素，如跨距、肋距等可从基本结构图中自动获取，所需规范条文也可自动从规范中查取。所需规范条文也可自动从规范中查取。（2 2）理论计算法）理论计算法 采用结构力学理论进行计算，实用中常先根据经验或母型采用结构力学理论进行计算，实用中常先根据经验或母型确定构件尺寸初值，然后用理论计算验证（有限元方法）。因确定构件尺寸初值，然后用理论计算验证（有限元方法）。因此如何给出适当的初值也是计算机辅助设计中的重要内容。此如何给出适当的初值也是计算机辅助设计中的重要内容。94-6 结构设计2 2、基本结构图和典型横剖面图、基
12、本结构图和典型横剖面图 基本结构图是结构设计的主要结果，它给出了船舶结构的基本结构图是结构设计的主要结果，它给出了船舶结构的布置和连接方式，包括结构材料的选取。布置和连接方式，包括结构材料的选取。基本结构图要参照总布置图来进行结构设计和布置，并需基本结构图要参照总布置图来进行结构设计和布置，并需确定结构载荷。因此实现的方式常有：确定结构载荷。因此实现的方式常有：（1 1）参照母型直接转换后再进行修改；）参照母型直接转换后再进行修改；（2 2）根据型线图、总布置图和经验自动生成基本结构图的位置）根据型线图、总布置图和经验自动生成基本结构图的位置线，再结合结构构件计算确定该位置的结构材料，最后根据
13、具线，再结合结构构件计算确定该位置的结构材料，最后根据具体设计情况进行修改；体设计情况进行修改；（3 3）人机交互生成和修改）人机交互生成和修改104-6 结构设计2 2、基本结构图和典型横剖面图、基本结构图和典型横剖面图 计算机辅助设计对基本结构图有如下要求：计算机辅助设计对基本结构图有如下要求：（1 1）基本结构图要有拓扑性，即构件的相对位置要能随着肋距、）基本结构图要有拓扑性，即构件的相对位置要能随着肋距、船舶主要要素和船型的变化而自动适应（变化）。如肋距变小船舶主要要素和船型的变化而自动适应（变化）。如肋距变小后，每挡肋位上的构件也要做相应移动；如舷侧船型改变后，后，每挡肋位上的构件也
14、要做相应移动；如舷侧船型改变后，舷侧外板上附着的构件形状和长度也要随之改变。舷侧外板上附着的构件形状和长度也要随之改变。（2 2）能根据结构构件计算所得的构件尺寸和布置要求自动在位）能根据结构构件计算所得的构件尺寸和布置要求自动在位置线上排列，如每隔置线上排列，如每隔4 4挡设强肋骨，则程序将自动排列，遇到舱挡设强肋骨，则程序将自动排列，遇到舱壁也会根据预先设定的规则进行处理；壁也会根据预先设定的规则进行处理；（3 3）能自动计算全船结构或某指定区域结构的重量和重心位置，）能自动计算全船结构或某指定区域结构的重量和重心位置，并能同时给出该区域结构构件和板材的规格及尺寸，以便生成并能同时给出该区
15、域结构构件和板材的规格及尺寸，以便生成船体钢料估算清单船体钢料估算清单（4 4）能自动给出全船结构或某指定区域结构构件和板材的形状）能自动给出全船结构或某指定区域结构构件和板材的形状数据，以便提供给数控设备加工。数据，以便提供给数控设备加工。114-6 结构设计3 3、肋骨型线图、肋骨型线图 肋骨型线图需用到船体外形曲面（型线图）和基本结构图，肋骨型线图需用到船体外形曲面（型线图）和基本结构图，表示结构构件在船体外表面和内部面上的位置及范围，在计算表示结构构件在船体外表面和内部面上的位置及范围，在计算机辅助设计中，生成该图通常要进行大量的曲面和曲线计算，机辅助设计中，生成该图通常要进行大量的曲
16、面和曲线计算，求交点计算和相贯线计算。求交点计算和相贯线计算。纵剖线水线水线水线水线水线上甲板边线折角线水线水线舷 侧 纵 桁油 箱 平 台淡 水 舱泵 舱 平 台舷 侧 纵 桁内 底 板管弄纵壁纵剖线纵剖线纵剖线纵剖线纵剖线边纵桁边纵桁台阶舱纵壁KAABBCCD纵舱壁DEEFFGGHHSSIIJ124-6 结构设计4 4、船舶强度计算、船舶强度计算 船舶强度计算包括总纵强度、局部强度、扭转强度等。船舶强度计算包括总纵强度、局部强度、扭转强度等。计算方法也有两种：规范计算法和理论计算法。计算方法也有两种：规范计算法和理论计算法。计算时，首先要确定船舶的外载荷（浮力、重力、风、浪、计算时，首先要确定船舶的外载荷（浮力、重力、风、浪、流、惯性力等），这又与浮性、耐波性、环境有关，分别有相流、惯性力等），这又与浮性、耐波性、环境有关，分别有相应的计算模块。应的计算模块。（1 1）规范计算法）规范计算法 规范对外载荷有规定，通常按规范要求计算和校核，现在规范对外载荷有规定，通常按规范要求计算和校核，现在有计算模块；有计算模块；（2 2）理论计算法）理论计算法 通常用有限元方法进行计算通常用有限
