《总布置设计》PPT课件

1 4-5 总 布 置 设 计0、 概 述 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 真思 考 的 问 题 。 总 布 置 设 计 （ 总 体 布 局 ） 主 要 包 括 ：1） 船 舶 布 局 和 结 构 形 式 （ 上 层 建 筑 ？ 纵 骨 架 式 ？ 尾 机 型 ？ ）2） 主 舱 壁 和 甲 板 划 分 （ 货 舱 机 舱 区 域 、 甲 板 平 台 层 数 ）3） 船 体 形 状 （ 型 线 形 式 ）4） 舱 室 布 置 （ 上 层 建 筑 -居 住 、 工 作 、 设 备 ； 货 舱 、 液 体 舱-油 、 水 、 压 载 ； 其 它 舱 -储 存 、 工 作 等 ）5） 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 ） 目 前 ， 通 常 采 用 人 机 交 互 形 式 进 行 总 布 置 设 计 和 总 体 布局 。 2 1、 特 点 ： 总 体 布 局 和 总 布 置 设 计 具 有 以 下 特 点 ： ： （ 1） 智 能 要 求 高 ， 因 此 目 前 依 赖 于 人 脑 程 度 高（ 2） 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（ 3） 多 方 案 比 较 ， 由 于 (2)， 为 求 最 优 常 需 多 个 方 案 比 较（ 4） 借 鉴 母 型 船 ， 或 参 照 历 史 经 验（ 5） 图 上 作 业 多 ， 不 利 于 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 ，（ 6） 评 价 难 统 一 ， 因 人 而 异 ， 各 人 视 角 不 同 ， 风 格 不 一（ 7） 拓 扑 要 求 高 ， 因 数 学 建 模 需 要 拓 扑 性 才 能 数 学 模 型 化（ 8） 初 始 工 作 量 大 ， 船 上 物 件 海 量 ， 都 需 数 字 化（ 9） 技 术 要 求 高 ， 由 于 (1)， 需 要 设 计 者 的 经 验 和 技 术 水 平（ 10） 三 维 设 计 ， 目 前 趋 向 于 立 体 造 型 、 仿 真 模 拟 4-5 总 布 置 设 计 3 2、 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 ，需 要 具 有 或 配 备 ： （ 1） 数 据 库 ， 解 决 工 作 量 大 、 参 照 母 型 等 问 题 （ 2） 船 型 库 ， 解 决 船 型 、 多 方 案 等 问 题（ 3） 图 形 库 ， 解 决 图 形 作 业 、 工 作 量 大 、 参 照 母 型 等 问 题（ 4） 设 备 库 ， 解 决 系 统 设 备 图 形 表 示 问 题（ 5） 材 料 库 ， 总 布 置 和 结 构 形 式 表 达（ 6） 模 型 库 ， 给 出 典 型 舱 室 布 置 、 货 舱 形 式 等 ， 以 便 变 换（ 7） 有 经 验 的 设 计 人 员 ， 还 有 计 算 机 辅 助 设 计 经 验（ 8） 拓 扑 化 的 数 学 模 型 ， 参 数 化 数 学 模 型（ 9） 计 算 机 辅 助 设 计 工 具 ， 基 本 计 算 模 块 4-5 总 布 置 设 计 4 3、 基 本 方 法 ： 进 行 总 布 置 通 常 可 以 ： （ 1） 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） 通 过 船 型 库 生 成 船 型 或 修 改（ 3） 通 过 图 形 库 快 速 生 成 有 关 图 形（ 4） 通 过 设 备 库 和 材 料 库 ， 快 速 生 成 相 关 系 统 设 备 等（ 5） 材 料 库 ， 总 布 置 和 结 构 形 式 表 达（ 6） 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 总布 置 方 案 。 4-5 总 布 置 设 计 5 4、 计 算 模 块 和 工 具 总 布 置 设 计 时 ， 通 常 会 用 到 ： （ 1） 数 据 库 技 术 和 工 具 （ 2） 图 形 转 换 和 图 形 显 示 （ 二 维 、 三 维 ）（ 3） 船 体 曲 面 生 成 和 样 条 曲 线 拟 合（ 4） 性 能 计 算 和 其 它 计 算 （ 面 积 、 体 积 等 要 素 ）（ 5） 参 数 化 数 学 模 型（ 6） 数 字 化 技 术（ 7） 人 机 交 互 设 计 界 面 和 技 术（ 8） 造 型 技 术 和 虚 拟 漫 游 技 术（ 9） 优 化 模 型 和 最 优 化 计 算（ 10） 方 案 比 较 和 评 价 模 型 4-5 总 布 置 设 计 6 5、 例 子 母 型 船 上 层 建 筑 设 计 船 上 层 建 筑 适 当 拉 长 母 型 船 居 住 舱 设 计 船 居 住 舱 （ 旋 转 90度 ） 4-5 总 布 置 设 计二 人 间 二人间 7 4-6 结 构 设 计0、 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 在总 体 布 局 时 应 已 有 考 虑 ， 结 构 设 计 的 主 要 内 容 是 ：（ 1） 全 船 结 构 构 件 计 算（ 2） 基 本 结 构 图 和 典 型 横 剖 面 图（ 3） 肋 骨 型 线 图（ 4） 船 舶 强 度 计 算（ 5） 结 构 重 量 及 重 心 计 算（ 6） 船 体 钢 料 估 算 清 单 （ 板 、 材 等 ）（ 7） 船 舶 振 动 计 算 等 8 4-6 结 构 设 计1、 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 ，如 横 梁 可 选 球 扁 钢 10a或 角 钢 L100*75*7， 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 ，相 互 补 充 。（ 1） 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 。（ 2） 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 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 。 9 4-6 结 构 设 计2、 基 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 需确 定 结 构 载 荷 。 因 此 实 现 的 方 式 常 有 ：（ 1） 参 照 母 型 直 接 转 换 后 再 进 行 修 改 ；（ 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 ；（ 3） 人 机 交 互 生 成 和 修 改 10 4-6 结 构 设 计2、 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 ：（ 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 、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 ，舷 侧 外 板 上 附 着 的 构 件 形 状 和 长 度 也 要 随 之 改 变 。（ 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 位置 线 上 排 列 ， 如 每 隔 4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 ；（ 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 ，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 成船 体 钢 料 估 算 清 单 （ 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 状数 据 ， 以 便 提 供 给 数 控 设 备 加 工 。 11 4-6 结 构 设 计3、 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 ，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 ，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KA AB BC CD 纵舱壁 DE E FF GG H H SS II J 12 4-6 结 构 设 计4、 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 。 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 、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 。（ 1） 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 在有 计 算 模 块 ；（ 2） 理 论 计 算 法 通 常 用 有 限 元 方 法 进 行 计 算 13 4-6 结 构 设 计5、 结 构 重 量 及 重 心 计 算 结 构 重 量 及 重 心 计 算 实 际 上 就 是 船 体 钢 料 重 量 计 算 ， 对 于船 舶 设 计 是 一 个 很 重 要 的 计 算 项 目 ， 以 前 有 多 种 算 法 ：（ 1） 统 计 经 验 公 式 估 算 ， 精 度 取 决 于 母 型 船 的 相 似 程 度 ；（ 2） 单 位 长 度 重 量 法 ， 需 进 行 剖 面 设 计 ， 精 度 取 决 于 剖 面 设 计的 进 度 和 剖 面 位 置 及 数 量 ；（ 3） 分 项 换 算 法 ， 可 采 用 多 个 母 型 分 别 根 据 具 体 情 况 分 部 或 分类 或 分 组 或 分 项 应 用 适 当 的 换 算 式 进 行 换 算 ； 现 在 随 着 计 算 机 辅 助 设 计 的 深 入 和 进 步 ， 通 常 采 用 快 速 生成 基 本 结 构 图 和 快 速 算 出 结 构 构 件 尺 寸 及 规 格 ， 然 后 根 据 它 进 行 详 细 计 算 ， 如 前 所 述 。 14 4-6 结 构 设 计6、 船 体 钢 料 估 算 清 单 现 在 也 是 通 过 快 速 生 成 基 本 结 构 图 和 快 速 算 出 结 构 构 件 尺寸 及 规 格 ， 然 后 根 据 它 进 行 详 细 计 算 ， 给 出 清 单 ， 如 前 所 述 。7、 船 舶 振 动 计 算 ： 有 船 舶 振 动 计 算 模 块 （ 有 限 元 软 件 ） ， 但 通 常 放 在 详 细 设计 阶 段 计 算 15 4-7 轮 机 设 计 计 算0、 概 述 轮 机 设 计 计 算 的 任 务 :（ 1） 设 备 选 型（ 2） 设 备 布 置（ 3） 轴 系 设 计（ 4） 动 力 系 统 设 计（ 5） 船 舶 系 统 设 计 16 4-8 电 气 设 计 计 算0、 概 述 船 上 电 气 设 备 可 分 为 ： 电 力 系 统 ： 包 括 发 电 、 配 电 、 输 电 等 电 气 设 备 的 供 电 系 统 电 力 拖 动 系 统 ： 包 括 各 种 舱 室 机 械 和 甲 板 机 械 的 电 力 拖 动 系 统 电 力 推 进 系 统 ： 照 明 系 统 ： 包 括 全 船 正 常 和 应 急 照 明 ， 航 行 信 号 照 明 等 船 内 通 信 及 信 号 系 统 ： 包 括 电 话 、 广 播 、 信 号 、 报 警 、 音 响 联 络 通 信 及 导 航 系 统 ： 包 括 对 外 通 信 联 络 系 统 和 航 行 导 航 系 统 17 4-9 舾 装 设 计 计 算0、 概 述 为 了 满 足 船 舶 正 常 使 用 要 求 和 保 证 船 舶 及 乘 员 的 安 全 ， 船上 所 设 置 的 一 些 必 要 的 设 备 统 称 为 船 体 舾 装 设 备 ， 又 称 船 体 设备 。 它 们 通 常 包 括 ： 舵 设 备 锚 泊 及 系 泊 设 备 货 物 装 卸 设 备 救 生 设 备 关 闭 设 备 舱 面 属 具 桅 及 信 号 设 备 等 等 18 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例1、 要 求 以 计 算 机 辅 助 设 计 方 式 ， 在 给 定 集 装 箱 装 载 数 Nt和 航 速 V的 情 况 下 ， 简 单 设 计 一 条 集 装 箱 船 。 包 括 确 定 主 尺 度 、 估 算 空船 质 量 ， 以 及 对 各 性 能 指 标 进 行 计 算 。 19 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例2、 计 算 流 程 图 开 始输 入 箱 数 、 航 速确 立 主 机 要 素确 认 辅 助 参 数检 索 船 型 库确 定 集 装 箱 参 数 确 定 主 尺 度 L、 B、 D确 定 船 型 系 数估 算 空 船 重 量估 算 、 d简 单 总 布 置 生 成 型 线 图计 算 各 性 能 指 标确 认 WB， 确 认 方 案输 出计 算 DW不满足 计 算 航 速 、 螺 旋 桨 设 计 20 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例3、 计 算 模 块模 块 1： 输 入 基 本 要 素 Nt、 V 模 块 2： 确 定 主 机 要 素已 知 量 ： Nt、 V， 主 机 库 （ 最 大 持 续 功 率 、 转 速 、 耗 油 率 、 重 量 、 外 形 尺 寸输 出 量 ： 主 机 最 大 持 续 功 率 P、 机 舱 长 度 Lm内 容 ： 功 率 计 算 公 式 ： 轴 功 率 （ 马 力 ） 换 算 到 主 机 常 用 功 率 ： 储 备 功 率 通 常 为 10 ： 从 主 机 库 中 选 取 仅 大 于 计 算 所 得 P的 一 款 主 机 ， 确 定 最 大 持 续 功 率 P、转 速 n、 耗 油 率 g1， 外 形 尺 寸 。 机 舱 长 度 ： （ 集 装 箱 船 绝 大 多 数 为 尾 机 型 ， 取 C 10m） 根 据 主 机 参 数 ， 选 择 合 适 的 齿 轮 箱 、 柴 油 机 、 发 电 机 和 废 气 燃 油 组合 锅 炉 等 作 为 辅 机 。 0.5 3.07150.07 tBHP N V 0.7144/B SP BHP /0.9BP PmlM mL l C 21 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 22 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 23 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 24 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 25 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 26 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 27 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 28 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 29 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 30 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例 31 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例模 块 15： 确 认 方 案内 容 ： 将 “ 新 船 的 主 尺 度 、 船 型 系 数 、 载 重 量 、 主 辅 机 、 总 布置 概 况 、 集 装 箱 布 置 、 螺 旋 桨 设 计 参 数 、 各 载 况 下 的 重 量 重 心 、典 型 载 况 的 浮 态 与 稳 性 、 型 线 图 ” 全 部 列 出 来 ， 用 户 确 认无 误 后 即 算 设 计 完 成 、 以 上 每 一 模 块 的 输 出 量 都 需 经 过 用 户 点 击 “ 确 认 ” 后 才 会被 计 算 机 承 认 ， 因 为 相 同 ， 所 以 没 有 在 各 个 模 块 中 分 别 说 一 遍 。如 果 用 户 认 为 某 些 值 不 合 适 时 ， 只 需 在 确 认 前 将 认 为 合 适 的 值替 换 计 算 机 算 出 的 值 即 可 。 计 算 机 将 总 共 保 留 两 份 参 数 值 ， 一份 为 用 户 修 改 的 ， 另 一 份 为 电 脑 算 的 ， 以 便 后 面 修 改 时 可 以 作为 参 考 和 对 比 。 32 4-10 计 算 机 辅 助 船 舶 设 计 示 例4、 编 制 软 件 程 序 根 据 以 上 模 块 说 明 ， 分 别 编 制 各 模 块 的 程 序5、 软 件 程 序 调 试 和 测 试 6、 编 制 软 件 文 档