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《武汉理工大学》 2002年
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集装箱船配载优化设计研究

杨星  
【摘要】: 集装箱船配载方案的优劣直接关系到船舶和货物的安全,在众多的可行性配载方案中,寻求一种相对最优的配载方案一直是配载人员追求的目标。本文以集装箱船配载问题出发,讨论了集装箱船的配载特点、要求和过程,研究了集装箱船配载优化设计的主要目标,提出集装箱船配载优化的目标的关键是稳性、强度、吃水差和充分发挥集装箱船的装载能力等问题。集装箱船配载时对强度的考虑,主要是船舶的总纵强度、局部强度和扭转强度。集装箱船受力的优化,要求在不超过舱底和甲板局部强度的情况下,达到最小静水弯矩和扭矩。 在稳性优化目标方面,探讨了集装箱船初稳性的允许范围、合适范围,讨论了在确定最优初稳性值时,应考虑的因素。提出了最优初稳性高度的目标模型并通过列举计算多个不同尺度集装箱的具体数据,说明所求得的最优初稳性值与实际要求相一致。 在优化目标的实现方法上,根据不同目标的特点,采用了不同的方法,在配载时应尽量将各行位内各载荷重量左右对称分布以使扭矩最小。对于局部强度,主要是使各部位集装箱的垂向累计重量不超过甲板或舱底的允许负荷,由于一般都有资料可供直接使用,可在纵向受力的优化模型中以约束条件来处理。 在集装箱船的装载能力方面重点研究了充分发挥载重能力的问题,本文提出一种通过在预定压载方案下求取稳性范围,并使初稳性上限值接近且略大于最优初稳性值的方法来确定最少压载量的方法,从而充分发挥集装箱船载重能力。集装箱重量合理的纵向分布有利于减小船体所受的弯矩,合理的垂向的分布则有利于保证适度的稳性,充分发挥船舶载货能力,减少压载,改善航行性能和减小绑扎设备受力。对纵向受力和稳性优化的实现,应用了线性规划的理论方法。以最优吃水差作为原始数据,依据有关船舶资料,建立船舶总纵弯矩计算模型。以最小总纵弯矩为目标函数求集装箱重量的最优纵向分布(每行位集装箱重量的分布)。然后以集装箱重量在船上的最优纵向分布为基础,根据最优初稳性目标,以每行位集装箱重量垂向重量力矩为目标函数,求取集装箱在船上的垂向分布(各行位每层集装箱重量的分布)。最后,根据建立的线性规划模型,求出了一船某个航次的集装箱重量分布数值解,并据此设计了航次积载方案。
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