摘要上海交通大学工程硕士学位论文小水线面双体船的结构分析与优化设计摘要本文主要分析计算了某型号小水线面双体船的结构性能，并对其进行了结构优化。

在理论分析基础上，通过规范进行结构计算，并确定了结构的基本设计参数和肋骨分布方式。

根据CCS小水线面双体船指南规范并结合所确定的各种计算工况，分别计算了各工况下的相应的载荷。

在结构数值分析中，利用有限元软件对小水线面双体船进行全船数值模型计算，分析了结构在外载荷下的响应。

分析的主要内容包括模态分析、静力分析和屈曲分析。

并在此基础上，分析了连接鳍对结构总强度的影响。

为提高结构性能，文中对小水线面双体船进行结构优化。

在研究中利用Isight优化软件平台集成有限元软件，对在选定的设计载荷下小水线面双体船结构进行了全船结构尺寸优化。

对比分析了结构优化前后结构的静力相应性能。

分析结果表明，合理选择优化设计设计变量可以有效保证船体结构强度，提高结构性能，减小结构重量并降低了结构重心。

上述内容构成小水线面双体船结构设计及优化的基本过程。

通过应用于实例计算表明，该方法实用而可靠，为实船设计改进提供了重要参考。

上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTThe Structural Analysis and Optimum Design OfSmall Waterplane Area Twin Hull ShipAbstractThe thesis analyses the structural performance of swath, meanwhile makethe structural optimum design.According to the guidelines of small waterplane area twin hull craft byCCS, a series of load is determined.FEM is used to calculated the structural numeral model of the SWATHship, including the mode ,stress, structural buckling. The influence of structure caused by the connection fins is also analysed.The structural optimum design, which is to improve the structural performance, is conducted . Size, optimization of SWATH ship structure arecarried out with some optimum tools based on isight platform.The resultindicates that key problem for structural optimization is the definition of loads, design spaces and variables which is associated with engineer’s design knowledge.All the above steps constitute the integral procedure of optimum design for SWATH ship structures which is also made a referrence for ships buildKeyword：SWATH，Structural Optimization, Isight, Genetic Algorithm, Connection Fins上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

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学位论文作者签名：黄雪忠日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：黄雪忠指导教师签名：易宏日期：年月日日期：年月日第一章绪论1.1 课题的背景和意义中国是一个海域辽阔，岛屿众多，海岸线漫长的国家。

沿海一线有近万个大小岛屿，其中最大的沿海岛屿台湾至今仍在敌对势力的控制下，对中国的国家安全形成了最直接和最致命的威胁。

中国有 1.8 万公里的大陆海岸线，沿着这些海岸线的是中国东南部沿海地区。

这些区域构成了目前中国政治、经济和军事的核心地区，也是中国国家安全中隐患最严重的地区。

其中主要面临的潜在威胁有：台湾问题、南海岛屿归属问题、中日钓鱼岛问题、朝鲜半岛问题、美日军事同盟问题，所有这些问题都是对抗十分激烈，且冲突的对抗将发生在海洋上。

为了维护国家领土的完整，保障国家主权不受侵犯以及保障我国经济运输的安全，因此必须要建立强大的海军。

按照目前中国海军“积极防御”和“近海歼敌”的海军战略思想，和“打赢高技术条件下局部战争”的军队当前作战任务，中国海军的主要作战方向将是有效控制第一，二岛链内外。

目前，与中国有关的涉及战争与和平的问题和争端都集中在中国的近海，中国海军对中国的国家安全起到决定性的因素，充分利用各种资源，快速发展中国海军的装备，形成在局部占绝对优势杀手锏作战力量，以局部的技术和兵力优势取得局部的军事胜利，以威慑性的总体战略军事力量，使战局得到控制，是目前中国现实的海军发展路线。

在当前由信息技术进步和军事技术进步，引起的战争形态、军事思想、作战方式、军队编制和武器装备变化，主要集中在三个方面：1、侦察/精确打击；2、信息技术；3、隐形技术。

小水线面双体船是根据当前的技术发展，结合我国海军实际需求而设计研发的新船型。

它兼容了潜艇、水翼艇和双体船的某些优点，是一种综合性能优良的新船型。

是一种全新的具有优秀隐身特性和良好的水面航渡性能和水下隐蔽性能的高性能平台。

与常规单体船相比，小水线面双体船主要有以下几个特点[3]：1.快速性因为SWATH船的满载吃水线以下船体表面积比相同排水量的单体船大65%-80%，所以在相等的航速下，SWATH船的摩擦阻力比单体船大得多。

这意味着当SWATH船低速航行时，其阻力性能比单体船差很多。

在高速航行时，由于兴波阻力小，其阻力性能才好于单体船[1][9][10]。

因此，SWATH船的海上航速一般设计得较高。

SWATH 船的航行水阻力随船速增加而增加，但在波浪中航行的阻力与在静水中航行的阻力相差很小。

说明SWATH船在波浪中失速小，这一点与单体船有很大不同。

2. 耐波性SWATH 船优良的耐波性表现在以下三个方面：(1) 在波浪中的运动幅值和加速度均大大低于同排水量的单体船;(2) 垂荡、纵摇和横荡运动的固有周期较长，这样有可能避开了不规则海浪中最频的谐波周期，从而避免了谐摇运动;(3) 可以使用较小面积的减摇鳍来消除纵摇。

3. 操纵性SWATH的主体与支体构成两个细长片体，因此其航向稳定性不论在低速航行还是高速航行均很好[3]。

另外，SWATH船为双舵船，相距较远的两个螺旋桨使装在桨后的舵的效率提高，从而使低速航行时的旋回性亦较好。

由于小水线面双体船以上特点，并同时具有宽阔的甲板面积等特点，因此在军事上的用途非常广泛。

利用小水线面舰艇的特点，可以有效地改善配备航空武器的各种舰艇的战术技术特性。

它可以作为驱逐舰、护卫舰，还可以作为小型巡逻艇、猎潜艇、导弹艇等。

同时，由于其具有较好的适航性，在反潜领域更具有无可比拟的优越性。

美国在开展隐身船的研究中，采用了小水线面双体船为其使用船型，艇体选用了斜支柱形构架，揭示出小水线面双体船对隐蔽性方面有可能存在诸多有利因素。

1.2 小水线面双体船的简介1.2.1 小水线面双体船的基本概述小水线面双体船[36]（Small Waterplane Area Twin Hulls，以下可简称SWATH）的概念自十九世纪末提出后，经过不断完善，从二十世纪七十年代起开始应用于实船。

SWATH是一种综合性能优良的新船型，具有广阔的应用前景，受到许多国家的广泛关注。

近年来我国已有数艘小水线面双体船建成并投入使用。

典型的SWATH 主要结构如图1-1 所示，由水下船体、水上船台和支柱三部分组成：图1-1 典型的SWATH 结构图Fig. 1-1 Typical SWATH Structures（1）水下船体（亦称潜体、片体）——它是两个彼此平行且相互对称的鱼雷状船体，尾部一般装有推进器。

正常航行时这两个船体深潜水中，它提供了SWATH 浮力的主要部分。

在水下潜体中一般布置燃油舱、淡水舱、压载水舱、推进器或推进器传动机构以及稳定鳍的控制执行机构。

（2）水上船体（亦称箱体）——水上船体是轻型结构，一般用铝合金或玻璃钢制成，大型的也有钢结构组成的。

它是高居于水面以上的平台结构。

水上船体造型简单，外形呈长方形，内部是舱室，上面是宽阔的甲板平台，可根据所担负的各种使命来布置有效载荷，例如安装各种装备、设备、武备，停放直升机及运载集装箱货物等。

（3）支柱——支柱截面呈扁薄、外凸的流线型。

支柱从水下船体向上穿割水面，托住水上船体，将水上船体与水下船体连成一个整体，它又是上下船体之间的联系通道。

每个水下船体由一个或两个以上支柱与水上船体相连。

装在水下船体内侧的稳定鳍或称水平控制面，其作用是控制船在波浪中的运动和航态，从而进一步改善其耐波性。

近年来小水线面双体船在研究以及应用中取得不断的发展。

它在航速上的不断提高及在耐波性等方面所取得的成就，受到了各方面的重视。

船型发展趋势为多体化。

小水线面双体船吸取各种高性能船的优势，把各种高性能船的优势融合起来，发展成高性能的复合船型，以满足更加广泛的需要。

目前小水线面双体船的排水量有几十吨的，也有几千、上万吨的，航速为10~30 kn。

美国、日本在小水线面双体船设计建造技术较为领先，成批建造了海洋监测船，排水量超过3000吨。

而芬兰的“雷迪逊钻石”号豪华旅游船总吨位超过2万吨。

我国从70年代起从事对小水线面双体船的研究，通过30年的研究取得很大的突破。