船舶設計原理的案例
船舶設計：船舶推進軸系方案設計的關鍵技術
由圖 1 可知，為了得到滿足軸系設計要求的設計方案，需完成靜力校核、振動計算和校中計算等步驟，并需采用串行、試湊等方法來調整軸系設計變量參數。其中，軸徑尺寸作為船舶推進軸系設計的重要參數，文獻［2］介紹了適用于不同船舶、主機類型和材料屬性的軸徑估算經驗公式，在初步估算軸徑之后，即可開展力學校核計算并最終明確具體數值，該方法是現階段工程實踐中較為成熟的常規操作。
近年來，針對該設計參數對軸系設計中不同學科之間的耦合影響，鮮有學者深入開展了研究工作。其中，王瑞等［5-6］以軸系的軸徑和孔徑為研究對象，在滿足總體設計要求的前提下，分析了孔徑比取值范圍的優化問題和船舶裝載工況對不同孔徑比下軸系振動的影響，為船舶推進軸系的優化設計提供了新的思路。
圖 1 船舶推進軸系設計流程
本文擬基于現階段船舶推進軸系的方案設計流程，針對船舶推進軸系的校中及優化、軸系振動及減振技術和軸系設計質量評價等內容，對船舶推進軸系方案設計的國內外研究成果進行綜述，以梳理和總結相關研究動態，從而為船舶推進軸系的優化設計提供參考。
1 軸系校中
船舶推進軸系校中即根據軸系校中計算書的要求，將軸系敷設于船舶殼體，使其達到某種預定狀態（例如，直線或曲線），且各軸段應力、軸承載荷等參數均應在允許范圍之內。
展開 船舶設計：船舶等效和替代設計那些事兒
綜上，按照小編的理解，等效是針對船舶裝設的設備、材料或器具等，屬于船舶從屬構成；替代設計和布置則針對于船舶本身結構建造，屬于船舶主體的創新設計變化。等效和替代設計可能導致船舶配備的裝置、材料或設備，甚至整個船型都與公約的條款規定相背離，但需要強調的是，等效和替代設計制度決不意味著可以不遵守或者降低公約規定的船舶安全技術標準。為此，各國主管機關都制定了嚴格的等效和替代設計審批制度，并基于安全風險評估的方法，將等效和替代設計與公約規定的安全標準進行對比分析，客觀評估是否滿足公約要求。想深入了解的朋友可查閱 MSC/Circ.1002、 MSC.1/Circ.1212、Resolution MEPC.110(49)及MSC.1-Circ.1455等IMO文件。我國《中國籍船舶等效、免除管理暫行規定》規定船舶設計單位或船東申請等效至少應提交以下材料：
1. 申請書；
2. 船舶概況：船名、主要尺度、船舶結構、主要設備、航區等；
3. 申請采取等效措施的裝置、材料、設施或設備、器具，或者型式；
4. 申請等效所依據的公約、法規、規定的名稱及其具體條款內容；
5. 對等效措施的技術分析；
6. 業已通過試驗或其他方法驗證等效措施至少與公約或法規、規定所要求的具有同等效能的證明。
展開 船舶設計軟件：船舶行業設計及分析軟件推薦
主要功能及優勢
1、最優特性設計
2、性能分析
3、空化及其他標準檢查
4、基于船舶梁理論的葉片強度
5、KT-KQ 曲面創建及導出
6、導入或導出用于CAD/CAM/CFD/FEA
7、專業報告和繪圖
推薦
螺旋槳設計和制造者、造船工程師、流體動力學研究者、船舶推進裝置專家、船級社等
文章來源：天洑CAE技術源
船舶海工資料包放送（CFD、湍流、尺寸設計、國防、船舶設計…）
本資料包可以作為船舶海工行業相關人員學習參考。
其中包含電子書、白皮書、視頻、研討會等：
船舶設計的全尺寸CFD模擬
采用ALS技術減少散貨船摩擦阻力的CFD研究
湍流建模及其對于船舶行業的影響
如何使用仿真驅動型方法設計船舶
應對未來挑戰的船舶設計：船舶設計的范式轉變
國防海軍造船數字化，開創高效開發和生產多樣化的新時代
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Star-CCM+在船舶行業的解決方案：電氣化船舶的設計過程
它們能夠幫助用戶進行設計優化、性能評估和問題解決，提高產品質量和效率。
Star-CCM+在船舶行業的應用
在船舶行業中，Star-CCM+ 是一款被廣泛應用于船舶設計和性能優化的計算流體力學軟件。下面是一些在船舶行業中使用 Star-CCM+ 的應用和案例：
1.海水動力學分析
Star-CCM+ 可以對船體在不同運行條件下的流場進行模擬和分析，包括速度分布、壓力分布、湍流特性等。這有助于設計師了解船體在正常運行、航行中和靠泊中的流體行為，幫助改進船體形狀和船體部件（如螺旋槳、推進器等）的設計。
2.流阻分析與減阻優化
通過在 Star-CCM+ 中模擬船體在不同速度下的流場，可以評估船體的阻力和阻力分布。這有助于設計師找到減少阻力的優化方案，從而提高船舶的燃油效率和船速性能。
3.起泡現象研究
Star-CCM+ 可以模擬船舶在高速航行時的起泡現象，特別是泡沫阻尼對船舶性能的影響。這種現象在高速船和水下船體的設計中十分重要，因為它可以減少阻力、提高船體穩定性和減小噪音。
4.船舶推進系統優化
通過 Star-CCM+ 對船體和推進系統的耦合模擬，可以評估不同推進器的性能、推力和效率。同時，還可以對船體與推進器之間的相互作用進行模擬，以進一步優化推進系統的設計。
5.渦流和湍流分析
使用 Star-CCM+ 分析船體周圍的渦流和湍流現象，可以幫助設計師了解這些現象對船舶性能的影響。這有助于改進設計，減少湍流阻力，提高船舶的操縱性和穩定性。
6.考慮多物理場耦合
Star-CCM+ 還可以模擬船舶行業中常見的多物理場問題，如結構與流體耦合、熱傳導與流體耦合、流體與湍流聲耦合等。這有助于更全面地評估船舶的性能和可靠性，加強設計的合理性。
展開 船舶設計讀書筆記：前期方案中的船舶復雜性
對于早期的船舶概念設計來說，要得到一個完整的總布置是
一個挑戰
。
在概念設計中使用復雜性度量的目的是達到成本，其中一
半由船舶本身驅動，另一半由任務系統驅動。
因此，有必要對任務系統
和平臺的復雜性進行建模。
經驗表明(NSRP 2011)，
在設計早期階段制定的船舶布置通常是通過細節設計進行的，沒有任何優化嘗試。有研究指出，艦艇的布置經常在細節設計中變化，設計工程師很難為所有東西找到足夠的空間。
概念設計的決定性任務是大量的解決方案空間，其中包括成百上千種需要評估的備選船舶概念設計。我們需要改進的是探索這個巨大的概念設計解決方案空間的方法。該方法必須同時考慮到替代概念設計在船舶布置方面的復雜性，包括足夠的空間來容納重要的舾裝組件，如HVAC、管道、電纜等。
因此，有必要在早期設計的集成設計環境中體現和度量船舶總復雜性，包括將船舶總復雜性與成本聯系起來。
2.2 把船舶密度（ship density）作為復雜性的衡量標準
船舶密度是衡量船舶布置能力的一種合理的綜合指標，從前
期設計的總體布置到細部設計的深入建模。
一般來說，尺寸越
大，密度越低，越容易布置。
過度密集的設計會增加初始構
建工作中遇到的問題的數量和嚴重程度，增加了設計的復雜性。
復雜性意味著第一艘船成本的增加。
1)為了降低成本而進行的減重努力往往會產生相反的效果;
2)不必要的密集設計必然會增加成本、進度和性能風險;
3)密度測量是一艘船中系統和設備布置緊密程度的充分近似值。
【3】裝備密度對船舶建造工作內容的影響
歐洲船舶設計師和造船商正在積極宣傳設計更大的船體以更好
地適應設備和裝備系統的好處。
展開 新能源動力船舶是船舶設計新方向
在大幅降低船舶運輸企業運營成本的同時，更重要的是可以減少環境污染，具有非常明顯的社會效益和經濟效益。利用天然氣排放清潔的特點將實現航運船舶節能減排的目標，有力推動我國航運能源消費朝著綠色環保的方向發展。
國際海運組織創造了能效設計指數，如果不達到排放要求基線標準的傳播，可能就要面臨退出營運的危險。應該重點加強支撐船型開發的基礎共性技術和綠色、安全技術研究。由于所在區域對船舶排放要求日益嚴格，丹麥、挪威等北歐國家已經開始使用以LNG為燃料的渡船、滾裝船、海岸警備船、LNG船和平臺供應船。這說明，隨著全球范圍內對氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙也正逐步被清除。
因此，業內人士認為，一方面，應在船舶設計和建造方面加大創新力度，在主流船型優化和新船型開發中加入低碳概念，推進內河船舶向綠色環保轉變。例如在設計新船時考慮燃氣供應系統的布置，以及氣體燃料發動機的設計，以增強船舶續航能力。另一方面，國內船舶制造商也應積極參與到以LNG為燃料的高技術船舶的承造，用市場迫使自己技術升級，搶占氣體燃料動力船先機。此外，可以依據內河運輸的特性，研究建立船舶節能減排體系和標準，促使水路運輸企業制定能效管理計劃，以推進內河航運向“綠色”轉變。
作為清潔型能源，LNG的應用可以降低氮氧化物和二氧化碳的排放，而且LNG不含有硫和殘留物，也杜絕了硫化物和微小顆拉等其他有害物的排放。從經濟性上而言，經測算，1立方米LN G氣體近似于1到1.1公升(汽、柴)油。目前柴油均價6元/公升，天然氣按照4.5元/立方米計算，如果按照70%的替代率來算，一年大約節省19.23萬元。
但是這種環保的新材料，目前在推廣時卻存在一定的阻礙。首先是由于LNG燃料船的續航能力還較弱。
展開 船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
下載我們有關船舶 CFD 仿真的專題報告。
船舶行業習慣于依賴船池比例模型進行船舶性能預測。盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
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船舶CFD、船舶振動噪聲、船舶原理、汽輪機優化設計...等
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視頻 | 船舶結構分析：結合模擬和測試數據實現真正的數字孿生
憑借本視頻可以了解如何將測試數據與結構仿真相結合，從而創建經過驗證、可靠且準確的數字孿生，從而幫助預測船舶的結構完整性。
觀看該視頻可以解決以下問題：
如何將船舶結構建模與仿真一體化呢？
如何確保船舶結構的完整性？
結構分析如何在組件和整船結構級別應用于海船設計？
如何通過測試數據確保初始模型可靠？
如何在船舶物理測試過程中克服實際限制？
如何在海上構筑物分析中將模擬和測試結合起來，實現真正的數字孿生？
如何在結構設計工程的背景下使用模擬和測試？
測試在海洋工業結構性能工程中的作用是什么？
如何激勵一艘船？都有哪些激勵力？
不同的激勵力，他會帶來不同的振動模式和共振頻率嗎？
展開 江南造船胡可一：從船舶設計手段變遷，看船舶工業的發展
CASIS 工程
自主開發 CAD/CAM 的先導
中國船舶工業總公司組織了計算機輔助船舶設計集成系統（CASIS）工程的開發。CASIS-Ⅰ期工程所取得的最有實用價值的成果是基于PC平臺的管系放樣PCPS系統，它的應用使管系放樣計算機化。
80年代末，中船總又組織進行目標為船機電一體化的CASIS-Ⅱ期工程的開發，引進了當時較為先進的圖形工作站和基礎CAD系統平臺。現在回想起來，由于當時參與開發的骨干是船舶設計專業人員，因此，在系統設計的理念上還是相當貼近船舶設計實際的。經過多年的努力，該系統在1994年通過了評審，初步完成了CASIS-Ⅱ期工程預定目標。但由于采用高級語言編制的接口程序運行效率較低，CASIS-Ⅱ期工程僅有部分成果在實船設計中得到應用，并未形成真正實用的設計集成系統。但不可否認，CASIS工程的實施開創了自主開發船舶設計 CAD/CAM 的先河。在幾乎在同期，中船總下屬的六一一所也在 Apollo 工作站上開發了DFS二維CAD系統，艙室設計人員以此系統為平臺開發了艙室布置系統，在一些船廠設計建造船舶的艙室設計方面得到了廣泛地應用。由于當時參與系統設計的人里有經驗豐富的設計人員，艙室設計系統的開發設計理念即便到現在還是有不少可圈可點之處的。
Tribon
船舶設計手段進入了一個新時代
1995年，船廠從KCS公司引進了KCS船舶設計軟件和20套MARS物資管理軟件，并于當年派遣了技術人員前往瑞典馬爾默的KCS公司總部參加應用性培訓。
展開 船舶設計：如何設計一艘電動船？
制造商隨后可以努力交付盡可能接近設計要求的電機。只要制造商確定設計符合規格要求，那么實際電機設計特性就可以與工程團隊共享。將準確的供應商數據輸入仿真模型之后，工程師可以迅速確認所提供的電機是否滿足性能要求。
要在盡可能短的時間內盡量設計出理想船只，軟件集成是關鍵所在。借助集成式工具集，工程師可以優化團隊協同，盡可能地降低錯誤風險并提高工作效率。西門子提供的工具集可供工程師們從初始概念創建未來船舶，最終完成船舶交付。Simcenter? 軟件產品組合將先前相互孤立的工程學科整合到一個連貫的仿真環境之中。此軟件以仿真驅動型方法對傳統設計方法構成挑戰，讓工程師們對于創新設計能夠按照要求運行滿懷信心。Simcenter? 是 Siemens DigitalIndustries Software 旗下綜合性、集成式軟件和服務 Xcelerator 產品組合的一部分。
-End-
?來源：金屬加工 ?責任編輯：徐裴裴
展開 
讀書筆記：面向前期設計的船舶數字化設計
在研究活動中，工程師尋求新的原理、過程，當然還有新的技術和組件。
設計團隊通常面臨的問題是滿足相互沖突的需求，這些需求可能是物理(最小重量)、經濟(最小成本)、社會(最大安全)和環境(最小影響)。它必須解決這些沖突，并尋找最優的解決方案與船東的目標，確定在規劃階段。商船的設計過程(圖3)，軍船的設計過程（圖4）經歷了不同的、越來越明確的階段，每個階段都有不同的時間間隔，每隔一段時間就會發布評審報告，并開發出可交付成果，作為下一階段的參考。
需要指出的是，船廠通常在簽訂造船合同后執行最后三個設計階段。收集船舶設計過程各個階段的方法是基于區分基本設計(概念、初步、合同和功能設計階段)和產品工程(過渡設計和工作指導)。
在基本設計中，船舶是整體處理的，并在一個系統一個系統的基礎上進行設計，而在產品工程中，在前一階段開發的交付物被詳細化為適合船廠所采用的生產技術的形式。
其中：
概念設計是數據收集和任務陳述發展之后的階段。
它涉及到將一組定性的需求轉化為
早期的設計配置
，并定義了主要的特征。
包括開發船體形式，并確定主要尺寸和設備布置。概念設計還包括更多的設計替代方案。概念還應提供信息來評估成本(如乘員人數、燃料和潤滑油消耗、維護等)。這個設計階段雖然只需要幾名工程師，
但他們應該具有高度的創新性和知識性。
整個過程可能需要幾周或幾個月，因此開發非常快。
初步設計是設計的第二階段。它比概念階段提供了更多的細節。初步設計允許對該船的技術性能進行準確的評估。其詳細程度將足以使建造和運營成本的估算足夠準確。成本估算是基于概念設計中定義的參數。主要參數是重量和尺寸，這是一些計算機化成本估算模型的輸入參數。
展開 讀書筆記：船舶設計優化與模塊化設計
原文重點介紹的內容其實是船舶設計中的仿真軟件的技術發展情況，不過我個人更關注本文引言部分對船舶設計方法論的分析，以及其中對模塊化設計思想的介紹。供大家參考。
船舶是復雜且復雜的產品，其設計受本質上相互沖突的參數控制。由于參數量大，要求復雜，其基本性質相互矛盾；有人認為，它們的設計是為了獲得最佳性能，并受到設計和制造的限制（即船東、法定機構等的設計限制，以及船廠設施的制造限制）。
·在有限的船型選擇中，可以設計和制造最佳設計。但存在以下限制：
·設計和制造最佳船舶的專業知識非常有限，目前僅嘗試過幾種船舶類型。
·設計和制造一艘最佳船舶的成本非常高，實際上沒有多少設計機構或造船廠能負擔得起。
盡管優化船舶是可能的，但由于不穩定的全球經濟狀況，影響船舶設計優化的關鍵參數（即石油的價格、海運需求和供應）確實發生了顯著變化。因此，船舶優化設計的定義本身就受到限制，在價格、石油需求和消費模式的參數值發生變化的情況下，一個優化設計可能不是一個最佳（favorable）的設計。
由于優化船舶的設計和制造成本太高，為了降低單位成本，可以采取另一種方法。在給定一組約束的替代方法中（即結合造船廠的受限能力）；
一艘船的設計不是為了“最優”，而是為了“接近最優”。此外，在航空航天工業成功實施模塊化的推動下（即波音的747、767 和787 系列，是波音 747 基本設計的模塊化變體），類似的模塊化方法可以用于船舶設計。
模塊化設計已被視為產品和組織設計的新邏輯，
因為它有助于設計和制造公司應對不斷變化的環境。
非常有前景是，通過以模塊的形式構思產品，設計和制造公司可以獨立地負責獨立模塊的設計和開發
（但合并了不同模塊之間的內部和內部依賴關系），并且新的創新設計可以簡單地成為不同模塊的聯合。
展開 船舶設計案例分享——游艇概念設計案例賞析
今天帶來的是
Zaha Hadid
為
德國造船商
Blohm+Voss設計的
一套S
uperyachts
系列
。
Superyachts
倫敦設計師Zaha Hadid為德國造船商Blohm+Voss設計了一套超級游艇系列。她為一艘128米的游艇設計了一個概念，這給為Blohm+Voss設計的五艘小型船只的設計提供了靈感。
圖片來源：https://www.dezeen.com/2013/10/15/superyacht-by-zaha-hadid-for-blohmvoss/
該設計的上部結構是由連接不同甲板的彎曲形狀組成的。這種概念性的語言已被縮減并應用于一系列90米的游艇，改進后使船舶滿足了海洋穿越的技術規范。Zaha Hadid說：“作為一個在動態環境中移動的動態物體，游艇的設計必須包含建筑之外的其他參數——這些參數在水上都變得更加極端，”她說，”每艘游艇都是一個工程平臺，它整合了特定的水動力和結構需求，以及最高水平的舒適度、空間質量和安全性。”
圖片來源
：
https://www.dezeen.com/2013/10/15/superyacht-by-zaha-hadid-for-blohmvoss/
爵士號游艇（下圖左側游艇）是該系列中五艘游艇中的第一艘，由Blohm+Voss的海軍建筑師進行了技術指定和詳細說明。它有一個鋒利的堅固的船頭，并且在后面變得更加開放。
圖片來源
：
https://www.dezeen.com/2013/10/15/superyacht-by-zaha-hadid-for-blohmvoss/
它的設計概念是在倫敦Zaha Hadid作品的最新展覽上推出的，是基于一個128米游艇的大師原型的雕塑形式。
展開 船舶設計軟件Bentley Maxsurf：初步船體設計軟件
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軟件功能
評估船舶合規性
使用集成的分析工具，確保遵循國際穩定性標準并平衡各項船舶性能要求。執行各種分析，其中包括完整性和破損穩定性、動力和阻力計算、船體運動預測和結構應力分析。
為海洋船舶建模
通過使用向導和交互式草圖工具，為任何類型的船舶創建復雜的三維船體外型。借助易于使用的工具對模型做出經測量的更改，系統地探索設計備選方案。應用轉換，提高初始船體設計過程的生產率。
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