工信部船型开发项目-精品船舶共性设计技术研究（第一遍初稿） -

高 技 术 船 舶 科 研 项 目

立 项 建 议 书

项目名称：精品船舶共性设计技术研究 项目类别：船型开发科研项目

申报单位：大连理工大学（船舶制造国家工程研究中心） 大连船舶重工集团有限公司 研制周期：2009年9月-2012年12月 编制日期：2009年9月13日

工业和信息化部

目 录

1.研究目的及国内外技术发展现状 ............................................ 0

1.1 项目背景 ..................................................................................................................................................... 0 1.2 研究目的 ..................................................................................................................................................... 0 1.3 国内外发展现状 ......................................................................................................................................... 0 1.4 必要性分析 ................................................................................................................................................. 0

2.研究目标及主要研究内容 .................................................. 1

2.1 研究目标 ..................................................................................................................................................... 1 2.2 主要研究内容 ............................................................................................................................................. 1

3初步研究方案、关键技术及解决途径 ........................................ 0

3.1 初步研究方案 ............................................................................................................................................. 0 3.2 关键技术及解决途径 ................................................................................................................................. 3

4.主要技术指标、研究成果及应用方向 ........................................ 7

4.1 主要技术指标 ............................................................................................................................................. 7 4.2 研究成果及成果形式 ................................................................................................................................. 8

5.项目的知识产权可行性分析报告 ........................................... 10 6.技术基础、配套条件及措施分析 ........................................... 11

6.1 已有技术基础 ............................................................................................................................................ 11 6.2 软硬件条件 ............................................................................................................................................... 13 6.3 研究队伍 ................................................................................................................................................... 21 6.4 分工与协作 ............................................................................................................................................... 22

7.研究周期及初步的实施计划安排 ........................................... 23 8.总经费测算 ............................................................. 24

8.1 总经费及其构成 ....................................................................................................................................... 24 8.2 经费测算 ................................................................................................................................................... 24 8.3 研究内容经费分解 ................................................................................................................................... 25 8.4 承担单位经费分解 ................................................................................................................................... 27

9.风险及应用前最分析 ..................................................... 28 10 附件 .................................................................. 29

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1.研究目的及国内外技术发展现状 1.1 项目背景

说明开展项目研究的背景情况，包括需求情况、急需解决的主要问题、同类项目的研究状况等。 1.2 研究目的

总体阐述开展项目研究的目的、意义、对国内外相关技术领域的影响等。 1.3 国内外发展现状

1.3.1国外发展现状

分析国外相关技术领域的.慈体发展水平、发展趋势，列出国外相关技术的研究单位及现有水平，技术优势等。

1.3.2国内发展现状

分析国内相关技术领域的总体发展水平、发展趋势，列出国内相关技木的研究单位及现有水平、技术优势。 1.4 必要性分析

2.研究目标及主要研究内容 2.1 研究目标

基于我国在三大主流船型领域已有的技术能力，对比国际先进水平主流船型的参数和技术经济指标，针对最新生效、即将生效和正在制定的国际新公约、新规范、新标准等方面的要求，提出能够满足工程实践要求和指导精品船舶开发设计的相关方法、技术路线、技术指标和参数，形成指导性文件，以推动和支撑精品船型的开发设计。 2.2 主要研究内容

2.2.1 船舶全寿命周期内安全和环保技术指标研究

根据IMO GBS的要求，对船舶全寿命周期内的安全和环保技术指标展开研究，主要包括船舶结构总体强度、特殊局部结构强度、结构疲劳寿命、结构冗余度和考虑工艺过程产生有害残余应力的船体结构安全评估和优化设计方法等内容，具体如下：

（1）在海洋环境条件和作用于船体的环境外载荷分析的基础上，对船舶结构总体强度进行计算和分析，提出船舶结构总体强度技术指标。

（2）确定船体结构关键节点，参照总体强度计算和分析方法，对关键节点结构局部强度、局部屈曲强度计算的载荷条件和边界条件进行分析，提出船舶特殊局部结构强度技术指标。

（3）根据关键节点局部结构应力分布状态分析结果，采用热点应力进行疲劳分析，提出结构疲劳寿命技术指标。

（4）研究结构在多种损伤状态下的极限承载力，提出船体结构冗余度计算分析方法和技术指标。

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（5）在船舶制造的各个工艺环节，结构的各个部件在各种加工载荷的作用下，会产生复杂的弹性变形和塑性变形，会在部件中留下残余变形和应力，当这种残余应力达到一定数值时，往往会对结构的安全性能造成不利的影响，这也是导致船舶在使用过程中发生结构破坏事故的原因之一。因此，在对船体结构安全性计算分析中有必要引入工艺过程产生有害残余应力的影响，分析船体建造工艺环节中各种制造载荷产生的有害残余应力发生在船体及其构件中的力学行为，在考虑有害残余应力的基础上对船体结构安全性能评估方法和船体结构优化设计方法展开研究。 2.2.2 精品船舶耐波性指标研究和预报软件开发

根据风浪中船舶发生摇摆甚至倾覆的机理，考虑船舶自身参数，对斜浪中船舶在参数激励和强迫激励联合作用下的非线性运动展开研究，通过对其动力特性与倾覆机理的分析，给出波浪中船舶耦合运动问题的数学建模方法，揭示在不同航行参数和波浪参数情况下，船舶运动的规律和特征给出避免船舶在风浪中发生大幅横摇甚至倾覆的相关准则，并编制出可以预报不同类型船舶在不同风浪等级下的运动响应的程序。本子课题包括以下主要内容：

（1）船舶非线性摇荡运动建模方法研究:考虑横摇阻尼、回复力矩的非线性以及船舶运动的耦合效应，分析引发横摇回复力矩系数变化的原因，考虑操纵性和耐波性，建立船舶耦合运动方程。

（2）船舶横摇稳性变化研究:通过数值求解上述多自由度耦合运动方程和模型试验研究，分析船舶在斜浪中航行时，波浪形状、船波相对位臵、船舶航速和航向以及船舶耦合运动对船舶横摇回

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复力矩和波浪扰动力矩的影响。

（3）船舶在参数激励和强迫激励联合作用下的横摇运动研究:根据非线性耦合运动方程，采用非线性动力学理论，开展参数激励和强迫激励联合作用下的横摇运动稳定性分析。以航速、航向、规则波浪要素为参数确定横摇运动的稳定区域、倾覆区域。

（4）船舶摇荡运动的水池模型试验研究:选择多组航向、航速和波浪环境进行摇荡运动水池模型试验研究，观测并分析船舶参数、航向、航速和波浪参数对船模摇荡运动的影响，将模型试验结果与计算结果进行比较。

2.2.3减少压载水量的船型优化设计方法研究

以现有的典型油船为对象，在保证相同载重量的前提下开发减少压载水量且能安全航行的船型，该船型要综合考虑环保，安全和经济性，具有良好的航性性能，且满足工程实践要求。通过对系列船型的理论计算和模型试验研究，提出减少压载水量的船型优化设计方法，为环保型船型设计提供技术支撑。本子课题包括以下主要内容：

（1）减少压载水量的船型方案研究:在现有典型船型的基础上，系列变化船型参数及横剖面形状，研究不同船型方案（包括船体线型）和所需要携带压载水量之间的关系和规律，从而探讨能保证安全航行且减少压载水携带量的若干可行船型方案--以下简称“减少压载水量船型”。

（2）减少压载水量船型的快速性分析:减少压载水量船型为了适应从空载时小排水量到满载时大排水量的变化，首部船底形状成V型，船宽和常规的船型相比有加宽的趋势，这对稳性和经

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济性有利，但对快速性不利，需要分析对各种阻力成分的影响，采用精细优化船体线型的办法最大限度控制阻力增加。通过理论计算和模型试验的方法评估减少压载水量船型的快速性。

（3）减少压载水量船型的首部抨击研究:由于减少压载水量船型压载航行状态的首部吃水比常规船型小，首部抨击的可能性加大，恶劣天气时可能破坏首部结构。所以需要开发首部抨击载荷计算程序，对可行的减少压载水量船型的首部抨击进行计算分析，并通过模型试验，选择首部抨击较小的船型方案。

（4）螺旋桨最小浸深模型试验研究:减少压载水量船型的尾部吃水变小，给螺旋桨和主机带来不利的影响，为了确定螺旋桨最小浸深，需要进行系列模型试验。

（5）减少压载水量船型的分舱及稳性研究:为保证减少压载水量船型能安全航行，在分舱布臵设计时，需要综合考虑船舶浮性、稳性及结构强度。开发舱室快速定义程序，以适应对各种分舱方案完整稳性及破损稳性影响的大量计算，分析减少压载水量船型和常规船型相比稳性变化的规律。

（6）减少压载水量船型的结构强度分析:按最新国际规范，对减少压载水量船型进行结构初步设计，校核总纵强度及局部强度。通过结构有限元前处理技术，实现参数化结构模型至结构有限元模型的转换，并调用有限元计算软件完成有限元求解，分析结构强度是否满足设计要求。 2.2.4 船舶节能减排技术研究

2.2.5 精品船型关键设计技术参数指标范围研究

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通过对现有三大主流优秀船型指标数据的搜集、整理、分析，针对不同船型建立一套完整的、科学的、可操作性强的精品船型评价指标体系，提出精品船型在船体用钢量、日燃油消耗量、设计与服务航速、主副机功率等方面等关键设计参数的指标范围。该子课题包括以下主要内容：

（1）分别对三大船型的数据资料进行分析、整理，同时对其不同的作业功能和船型特点进行分析，针对不同船型建立一套完整的、科学的、可操作性强的精品船型评价指标体系。该评价指标体系涉及到技术、经济和社会效益等因素，这就要求我们统筹兼顾，对船型方案的技术效益、经济效益和社会效益进行综合分析和论证，这是该部分研究内容的重点也是难点。根据这套评价指标体系对不同船型进行综合技术经济分析和论证，以推动和支撑精品船型的开发设计，提高船舶的总体社会经济效益。

（2）在前面研究的基础上，通过对现有三大主流优秀船型指标数据的搜集、整理、分析，提出精品船型在船体用钢量、日燃油消耗量、设计与服务航速、主副机功率等方面等关键设计参数的指标范围。该指标范围的确定需要搜集大量的现有的优秀船型的数据资料，通过对资料的统计分析，确定该指标范围，这是该部分研究内容的难点所在。

2.2.6 船舶营运经济性评估方法和指标体系研究

影响船舶内部收益率的因素错综复杂，既有技术指标引起经济指标的变化，也有国内金融市场的政策、国际金融市场的稳定等因素的影响，既有设计阶段就决定了的经济参数，也有建造阶段决定了的经济参数，因此建立全方位的多层次的立体内部收益

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率的评估指标与评估方法，是帮助我国精品船型提高经济性指标，获得更多船东青睐的重要途径。该子课题包括以下主要内容：

（1）研究国际新公约、新规范、新规则等对各精品船型的要求与目标，提出与内部收益率相关联的设计参数与建造参数。

（2）在充分比较国内外相应船型的主尺度及技术经济指标的基础上，分析其差别；建立内部收益率的评估指标。

（3）根据三大主流船型（散货船、油船、集装箱船）的特点，提出不同船型内部收益率的评估指标集；根据评估指标集的不同属性，建立与之相适应的不同船型内部收益率的评估方法。 2.2.7 船舶振动与噪声控制方法和技术指标体系研究

船舶作为一种交通工具，装备强大的各种动力系统，不管是船员、乘客或其他人，无法躲避或脱离船舶动力系统产生振动和噪声的干扰，影响舒适性，振动和噪声环境还会影响设备及结构的安全，所以研究船舶振动和噪声并加以控制就成为一个不可回避有很大难度的交叉研究课题。本子课题针对船舶设计开发过程的不同阶段，根据国际标准研究振动和噪声控制技术指标，并研究相应的振动和噪声预报方法，具体包括：

（1）船舶振动的激励特性和结构特性的预报分析，建立分析方法，研究确定相关参数的和评估预报精度。

（2）研究船舶方案设计阶段合理的船体线型、推进主机与螺旋桨的动力配合；技术设计阶段通过对结构的动力分析，研究调整结构避免设计结构引起较大的有害振动的方法。

（3）通过对船舶噪声源特性及传播途径进行分析，以IMO或ISO衡准为控制目标，研究影响噪声传播的总体布臵设计方法，采用

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适当的结构及舾装材料，达到最有效的隔声效果。

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3初步研究方案、关键技术及解决途径 3.1 初步研究方案

3.1.1船舶全寿命周期内安全和环保技术指标研究

（1）船舶结构的总体强度计算分析 建立船体结构有限元模型。

确定海洋环境条件：确定海洋环境条件，主要包括最大波高、波浪周期范围或平均波浪周期、表面流速以及风速等参数，考虑波浪载荷非线性。

形成总体强度分析的外载荷：从水动力性能及运动性能预报分析结果中提取海洋环境作用于结构的环境载荷，进一步分析确定进行总体强度计算分析的外载荷。

船舶结构总体强度计算：分别计算在最大总纵弯曲状态、最大扭转力矩状态和最大横向波浪力状态下结构总体强度。

（2）特殊局部结构强度分析

确定关键节点：参照结构总体强度计算分析的结果，确定进行结构局部强度计算分析、屈服强度计算分析的关键节点。

针对关键节点进行初步的局部结构详细设计。 建立关键节点局部结构精细有限元模型。

根据结构总体强度计算分析的载荷条件和计算结果，确定关键节点结构局部强度计算分析、局部屈曲强度计算分析的载荷条件和边界条件。

进行特殊局部结构强度计算分析。 （3）船舶结构疲劳寿命计算分析

根据关键节点局部结构应力分布状态的计算结果，采用热点

应力进行疲劳分析，在疲劳寿命分析中计入焊接残余应力的影响。

通过焊接结构模型的疲劳试验，研究焊接残余应力在交变应力作用下的衰减变化特性。

根据结构总强度计算分析的结果，确定进行疲劳寿命计算分析的关键局部结构。

确定S-N曲线。

确定关键节点局部结构热点交变应力范围的统计分布参数。 针对选定的关键局部结构进行疲劳损伤计算分析及寿命评价。

（4）船舶结构冗余度计算分析

研究结构在多种损伤状态下的极限承载力，其中包括局部结构的疲劳裂纹、腐蚀以及构件的失稳等。

应用断裂力学参变量来探讨裂纹在恶劣海况引起的冲击载荷作用下，发生脆性断裂的可能性。

研究不同时期结构在腐蚀影响下，由于构件截面的削减而引起结构极限承载力的变化，这其中包括构件强度和压曲稳定性的减弱。

研究结构钢材料韧性参数与裂纹尖端极限应力强度因子及极限CTOD之间的相关关系。

基于关键节点结构局部强度计算分析的结果，研究局部结构的疲劳裂纹的不安定破坏强度。

研究关键节点局部结构发生破坏时，结构整体发生毁伤破坏的分析技术。

（5）考虑工艺过程产生有害残余应力的船体结构安全评估和

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优化设计方法

在工艺过程引起的船体结构内有害残余应力分布规律研究的基础上，分析船体建造工艺环节中各种制造载荷产生的有害残余应力发生在船体及其构件中的力学行为，研究有害残余应力对结构强度和疲劳等安全性能影响的评估方法。

在有害残余应力对船体结构安全的评估结果的基础上，对船体结构优化设计方法展开研究。

3.1.2 精品船舶耐波性指标研究和预报软件开发

3.1.3减少压载水量的船型优化设计方法研究

减少船舶压载水船型研究的关键问题是，在保证船舶其他技术经济性能的前提下，尽量减少船舶压载水的携带量。

本课题以精品船型为母型，保证其载重量不变的前提下，通过一种基于参数化技术的船型改良方法，快速生成能保证安全航行且所需压载水量尽量少的若干个可行船型方案，然后对各船型分别进行完整稳性、破损稳性、快速性、耐波性及操纵性计算分析，并结合模型试验，最后提出综合考虑环保，安全，经济性能的压载水量尽量少的新船型。

通过参数化船舶总体设计技术,在统筹考虑各方面性能的基础上,建立参数化的船舶模型，将船舶的主要参数，特别是水线以下船体曲面的控制数据提取出来做为控制参数。调整这些控制参数，通过特定的参数化机制，实现整个船体参数化模型的更新，并随之完成各项性能计算。通过计算指标对方案进行取舍，或者决定优化的方向。采用传统的方法，计算一次方案需要几个星期，

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而采用参数化的方法，完成一个方案计算仅需要几个小时甚至更少时间，而且可以在无人值守的前提下完成所有计算。这样就可以从大量的方案中选优，或者通过优化算法找到满足设定条件的最优解。

3.1.4船舶节能减排技术研究

3.1.5精品船型关键设计技术参数指标范围研究

3.1.6船舶营运经济性评估方法和指标体系研究

研究国际公约、规范、规则的实施对船舶设计及建 造带来哪些经济性方面的影响；

按照船型类型搜集相关技术经济指标资料（国内外）； 分析国内外同型船舶的技术指标与经济指标的差异； 分析与内部收益率相关联的因素（国内外金融政策、设计方案、建造质量）；

形成不同船型的内部收益率的指标集；

研究不同指标集的属性，研究不同属性的影响权重，建立科学的评估方法。

3.1.7船舶振动与噪声控制方法和技术指标体系研究

3.2 关键技术及解决途径

3.2.1船舶全寿命周期内安全和环保技术指标研究

3.2.2 精品船舶耐波性指标研究和预报软件开发

（1）考虑船体波面下排水体积随波浪和船舶运动的变化以及

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Smith效应，采用切片理论求解船舶的波浪外载荷。

（2）根据波面下排水形状，积分求解船舶横摇回复力矩。可利用船体型值表分段拟合船体型线，结合波面运动方程和船体瞬时位臵，针对波面下瞬时湿表面计算横摇回复力矩。

（3）在时域内数值求解船舶耦合运动方程。利用“安全池”理论，分析船舶在不同初始条件、不同波浪参数以及不同航速、航向下的安全区域。利用运动相图、庞加莱截面以及功率谱，分析系统运动的分岔及混沌。可采用龙格库塔等数值积分方法即可完成时域内微分方程的求解，结合“安全池”理论和非线性运动数值分析方法，即可完成对系统运动数值解的稳定性、分岔及混沌分析。

（4）进行相应的模型试验，将试验结果与数值分析结果进行比较。

3.2.3减少压载水量的船型优化设计方法研究

主要以减少压载水量为目的得到的船型可能有多种船型方案，为了对大量船型方案进行各种性能（浮性、稳性、快速性、耐波性等）的计算分析，关键是要开发各种性能快速计算程序，主要包括以下几方面：船体曲面的参数化定义以及通过参数驱动且保证船体曲面光顺性的型线设计；船舶快速性计算；船舶耐波性计算；通过参数驱动的舱室定义自动更新与舱容要素的快速计算；浮态与稳性的快速计算；首部抨击计算程序开发;结构强度的快速计算。关键问题的解决途径如下：

（1）通过NURBS曲面表达船体曲面，基于三维船体曲面，通过变换方程实现船体曲面的变换。通过参数化船体曲面变换方程

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控制船体曲面的形状，并能保证，通过参数驱动得到的船体曲面满足光顺性以及其他设计参数的具体要求,如型宽、型深等。

（2）实现参数化船体曲面与水动力计算软件的接口，当船体曲面发生变化时，自动完成水动力计算并提取结果。利用参数驱动可以快速生成大量船型方案，对各种船型进行阻力推进性能预报，耐波性计算等，从中优选出性能优良的船型。

（3）通过基于二维几何约束求解和三维特征造型的参数化技术，建立三大精品船舶的主要结构构件型表面参数化模型。利用主结构草图，通过修改参数驱动主结构模型的修改。在主结构草图的基础上，通过三维特征造型的方法建立主结构三维参数化模型。

（4）基于参数化船体曲面模型和三维主结构参数化模型，建立参数化舱室模型。当船舶的主要几何要素发生变化时，舱室的内部模型能够随之自动更新，并重新计算舱容。

（5）浮体由定义模型与计算模型构成。通过BRep的相关运算，计算水线面以下浮体的体积属性以及水线面的属性，进而完成静水力相关计算。基于BRep的浮体模型，分别实现完整稳性校核和破舱稳性校核 。

（6）以主结构型表面模型为基础，基于一种三维几何约束求解的方法，建立船舶结构三维参数化模型。当船体曲面、主要结构发生变换时，结构模型能自动随着变换。通过结构有限元前处理技术，实现参数化结构模型至结构有限元模型的转换，并调用有限元计算软件完成有限元求解，分析结构强度是否满足设计要求。 3.2.4船舶节能减排技术研究

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3.2.5精品船型关键设计技术参数指标范围研究

分别对三大船型的数据资料进行分析、整理，同时对其不同的作业功能和船型特点进行分析，针对不同船型建立一套完整的、科学的、可操作性强的精品船型评价指标体系。在前面研究的基础上，通过对现有三大主流优秀船型指标数据的搜集、整理、分析，提出精品船型在船体用钢量、日燃油消耗量、设计与服务航速、主副机功率等方面等关键设计参数的指标范围。该指标范围的确定需要搜集大量的现有的优秀船型的数据资料，通过对资料的统计分析，确定该指标范围。

3.2.6船舶营运经济性评估方法和指标体系研究

3.2.7船舶振动与噪声控制方法和技术指标体系研究

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4.主要技术指标、研究成果及应用方向 4.1 主要技术指标

4.1.1船舶全寿命周期内安全和环保技术指标研究

（1）在船体主尺度、型线、总体布臵以及相关几何与静力参数确定后，根据给定环境条件和载荷分析结果，确定船体结构的总体强度和相应的结构尺寸；完成结构强度与疲劳寿命分析技术的研究工作。

（2）结构设计过程中，根据局部结构外荷载和疲劳荷载计算结果，确定关键结构位臵的结构形式和疲劳寿命。 4.1.2精品船舶耐波性指标研究和预报软件开发

（1）编制计算船舶横摇回复力矩的程序。

（2）编制求解瞬时波浪载荷和船舶运动的数值计算程序。 （3）给出船舶运动的稳定区域和倾覆区域。 4.1.3 减少压载水量的船型优化设计方法研究

（1）相同载重量的减少压载水量船型和传统船型相比，需要携带的压载水量减少约30%；

（2）减少压载水量船型和传统船型相比总阻力增加小于3%； （3）减少压载水量船型的首部抨击尽量降低，保证和传统船型具有同等的耐波性；

（4）减少压载水量船型的稳性、结构强度以及规范要求的其他性能指标均须满足规范要求。 4.1.4船舶节能减排技术研究

4.1.5精品船型关键设计技术参数指标范围研究

（1）针对三大主流优秀船型分别建立一套完整的、科学的、

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可操作性强的精品船型评价指标体系；

（2）提出精品船型在船体用钢量、日燃油消耗量、设计与服务航速、主副机功率等方面等关键设计参数的指标范围。 4.1.6船舶营运经济性评估方法和指标体系研究

（1）国内国外精品船型技术经济指标之差异； （2）建立精品船型内部收益率的评估指标集； （3）建立与指标集属性相适应的指标权重。 4.1.7 船舶振动与噪声控制方法和技术指标体系研究

4.2 研究成果及成果形式

4.2.1船舶全寿命周期内安全和环保技术指标研究

4.2.2精品船舶耐波性指标研究和预报软件开发

4.2.3减少压载水量的船型优化设计方法研究

（1）给出不同船体形状和所需要携带压载水量之间的定量关系，提出保证安全航行的最小压载水量船型确定方法，成果形式为研究报告。

（2）开发出首部抨击载荷计算程序，并进行首部抨击模型试验。成果形式为研究报告，软件，模型试验数据。

（3）通过模型试验确定出螺旋桨最小浸深。成果形式为研究报告，模型试验数据。

（4）提出综合考虑环保，安全，经济的减少压载水量船型设计方法。成果形式为研究报告。

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4.2.4船舶节能减排技术研究

4.2.5精品船型关键设计技术参数指标范围研究

针对三大主流优秀船型分别建立一套完整的、科学的、可操作性强的精品船型评价指标体系；提出精品船型在船体用钢量、日燃油消耗量、设计与服务航速、主副机功率等方面等关键设计参数的指标范围。成果形式：提交研究报告。 4.2.6船舶营运经济性评估方法和指标体系研究

各种精品船型内部收益率评估指标集；各种精品船型内部收益率评估方法。成果形式：提交研究报告。 4.2.7船舶振动与噪声控制方法和技术指标体系研究

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5.项目的知识产权可行性分析报告

本项目的技术来源立足于国内，具有完全自主知识产权。 本项目是对精品船舶共性设计技术展开研究，其成果将对目前国内精品船舶开发设计的方法、技术路线、技术指标和参数具有指导意义。本项目的合作将采用技术合同的方式来约束各自的权利和责任，不会有知识产权纠纷问题。

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6.技术基础、配套条件及措施分析 6.1 已有技术基础

近年了进行了大量的相关方面的研究工作：

6.1.1船舶全寿命周期内安全和环保技术指标的相关前期研究 （1）工艺过程引起的船体结构内有害残余应力分布规律研究

本项目得到工业装备结构分析国家重点实验室专项经费资助，通过对不同工艺过程中产生的残余应力的实验数据和数值模拟分析，以及不同工艺过程产生有害残余应力的重要度和关联度分析，得出工艺过程引起的船体结构内有害残余应力分布规律。 6.1.2精品船舶耐波性指标研究和预报软件开发的相关前期研究

6.1.3减少压载水量的船型优化设计方法的相关前期研究

6.1.4船舶节能减排技术的相关前期研究

6.1.5精品船型关键设计技术参数指标范围的相关前期研究 （1）针对车辆滚装船和浮式生产储油卸油船（FPSO）本身结构功能特点，分别提出适合于评价上述两种特殊船型的指标体系，同时对传统国标法评价体系中的相应指标进行改进。针对两种特殊船型分别进行技术经济指标的选取以及做相应技术经济论证，所提出的新的指标评价体系能更好地体现船型本身结构和功能特点，从而对传统国标法评价体系进行改进和充实。

（2）对自升式钻井平台的方案评价指标体系和评价方法进行了研究，提出了一套适用于自升式钻井平台的方案评价指标体系，并

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采用AHP方法和改进的灰关联分析法进行平台方案的优选。通过对灰关联分析方法进行改进，建立了适用于自升式钻井平台方案选优的灰关联多目标综合评价模型，该模型在灰关联分析的基础上引进层次分析法计算各指标的权重值，既在一定程度上考虑了设计方案各指标间的关联性，体现事物的客观本质，又能体现船东的主观偏好和设计者的设计需要。

针对已建成并交付使用的自升式钻井平台的先进性评价问题，建立了自升式钻井平台性能水平等级评定方法，以此来考察所建造平台的先进性水平以及存在的问题，评估设计是否达到预期效果及其改进方向，对今后自升式钻井平台的设计起到借鉴作用，对于提高自升式钻井平台的设计建造水平有实用价值。同时，本指标体系及其算法也是对我国船舶与海洋结构物性能水平等级评价体系的有益补充。

（3）为渤海船舶重工有限责任公司进行了散货船、油船、矿砂船等新船型开发，并对177000DWT/210000 DWT散货船，52000/163000/30000/320000 DWT原油船，363000/388000DWT矿砂船作了船型经济技术评价。主要研究内容包含收集国际同类型船舶的资料，分析技术经济性能指标，统计回归出一系列数学模型，进行船型参数与技术经济性能的规律性分析，提出它们之间的内在关系和敏感因素；从国标（GB11697-89）方法出发，针对大型散货船、油船、矿砂船的特点，研究开发了一套既有学术研究创新的等级方法，又有工程应用价值的船型等级评定新体系，并对新指标体系的适用性和可靠性进行科学论证。在这基础上，计算分析所开发船型的主要经济技术指标，对所开发船型的技术

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经济综合评定等级做出科学评价。

（4）中海油服股份有限公司项目“中海油穿梭油轮船队经济技术论证”，主要就惠州1200万吨炼油厂项目的原油运输进行具体的论证分析。在渤海湾到广东惠州港的航线上，按提供的四种基本船型，在完成运量的前提下形成的船队组合进行了经济性论证和敏感性分析，开发了针对本项目的穿梭油轮船队经济计算仿真程序，确定出了最优船队组成方案及可行船队组成方案；针对该项目开发了标准船型，对标准船型的技术状态进行了分析，与国内外同类型船舶主要技术经济指标做了对比，对其技术经济水平进行了综合评价，结果表明两个标准船型的总体技术水平均已达到国际先进水平。

（5）辽宁省交通科研项目“辽宁省陆岛旅客（滚装）运输安全船型研究”。

（6）就多目标多层次船型方案模糊优选法，基于交互式多目标决策的船型技术经济评价决策系统，沿海成品油船技术经济论证、船队规划研究，基于灰关联分析的船型方案综合评价,多指标综合排序法在船舶综合先进性评价中的应用，散货船、油船、集装箱船数学模型建立进行了研究。

6.1.6船舶营运经济性评估方法和指标体系的相关前期研究

6.1.7船舶振动与噪声控制方法和技术指标体系的相关前期研究

6.2 软硬件条件

6.2.1 船舶虚拟设计实验室

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船舶虚拟（VR）设计实验室是船舶工程学院重要实验设施之一，是“船舶CAD工程中心”和“船舶与海洋工程设计中心”进行教学、科研和产品开发的主要实验平台。VR实验室能够实现船舶数字模型的大视角、沉浸式三维立体显示，六自由度交互；具备虚拟现实多次开发的应用平台，可以在数字船舶产品的各个部位漫游、观察、交互；可实现船舶模拟仿真设计的全过程及三维界面交互式数字化模拟。还将实现船体结构、机电设备、管路系统、电缆线路、舾装修饰的虚拟建造和装配。对于关键部位可用力反馈虚拟装配，并解决虚拟装配过程中的碰撞检测难题，大大加速虚拟制造过程。借助三维扫描仪，实现对已有船舶部件的数字化和逆向制造过程。通过数据手套和位臵追踪系统，实现对船舶设备的虚拟维修过程仿真测试过程。数字化虚拟制造技术中的虚拟船舶建造工艺过程仿真评估能够以虚拟技术驱动整船建造过程，在虚拟造船厂环境中对建造流程的各个虚拟时间节点进行检查和评估，实时监测精度水平、布臵和制造状态，使得在产品实际建造前在计算机内提早解消除设计引起的纰漏。通过船舶虚拟设计和制造平台，深入研究并优化船舶设计、产品制造方法和工艺流程，探索智能、高精度的、参数驱动的、可替代真实一比一物理模型的船舶设计与制造技术。通过国家“211”和“985”工程的投入，本实验室提供的船舶虚拟设计技术研究基础条件达到国内领先和国际一流水平。

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图1. 船舶虚拟设计实验室主系统和船体虚拟设计验证

图2. 在VR环境下的散货船结构安全评估 图3. 在VR环境下的海洋钻井平台快速设计

6.2.2造船工艺实验室

船舶工程学院造船工艺实验室创建于80年代，1998年进行扩建，扩建后的实验用面积300多平方米。本实验室主要设施有：①大型复杂曲面钢板水火加工智能机器人系统和半自动水火加工机系统，均为自行研制。这两套系统可以进行大型复杂曲面钢板水火加工过程的变形机理研究及实验验证等工作，近年来先后承担了国家863计划项目“大型复杂曲面水火成型产品机器人研究”、国防科工委计划项目“水火弯板应用系统技术研究”、“舰船船体高强度钢板水火加工成型技术研究”等多项科研项目。②水火弯板高频感应加热系统，自行研制。包括用于高频感应加热成型的

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龙门试验机和高频感应加热电源设备。该系统用于船体曲面钢板高频感应加热成型的机理研究，以及实船板感应加热成型实验研究。目前，该系统承担1项国家自然科学基金的研究任务和1项辽宁省自然科学基金的研究课题。

为了配合上述3套系统的研究，进行线变形、角变形、温度场等参数的测量和采集工作。本实验室购买了红外便携式测温仪、固定式测温仪；8通道热电偶型温度记录仪；测量高频大电流的罗氏线圈；小蜜蜂数控火焰切割机。自行研制了智能线变形测量仪；曲面局部角变形测量仪；特制数显游标卡尺等设备。

此外，本实验室拥有1台交流弧焊机和2台华意隆逆变弧焊机，用于焊接温度场及变形场的机理研究和实验验证等工作，承担焊接课程的教学工作。拥有手提式数控切割机，进行钢板的切割机理研究及切割实验验证等工作。 6.2.3 船舶结构振动实验室

该研究方向设有船舶结构振动实验室，是辽宁高校重点实验室和大连理工大学振动与强度检测中心的一部分，具备国家技术监督局受权船舶振动与噪声的检测资质，具有独立法人机构，测试中心于2001年3月8日获得国家质量技术监督局计量认证和中国实验室国家认可委员会认可双重资质。具备向社会提供公正数据的资格和能力。2003年4月，由国家质量技术监督局、教育部高教司计量认证办公室、中国实验室国家认可委员会组成的专家组，对测试中心进行计量认证和质量体系评审。

船舶结构振动实验室是主要从事船舶结构振动、船舶舱室噪声和船舶结构应力强度实验，装备先进测试与分析设备，具有业

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务素质较高和经验丰富的实验研究队伍，教授和副教授5人，其中专职实验技术人员1人。能够从事船舶结构振动（航行及激振实验）的测量与评定、船舶舱室振动与噪声测量与评定、机舱动力设备振动测量与评定、船舶结构强度测量与评定。80年代以来完成了200多艘舰船的振动、噪声或结构应力强度的测量，承担相关研究与生产方面的项目，涉及的船型包括大型出口原油/成品/多用途船、集装箱船、散货船、远洋测量船、远洋渔船、冷藏船、渔政船及各类舰艇，服务范围涉及大连、天津、上海、秦皇岛、青岛、武汉和广州的船舶设计、建造和航运企业。

船舶结构振动实验室拥有主要实验室设备：B&K多通道振动与噪声测量分析系统;B&K噪声与水声测量系统;STAR结构模态分析系统;64路压电/电压/应变动态测量系统;5、10、50、100和2000Kg机械/电磁激振系统等。

船舶结构振动实验室具备主要能力：船舶结构与设备振动特性检测；船舶结构静态与动态应力检测；船舶舱室与设备噪声特征检测。

6.2.4声学实验室简介

声学实验室包含一个半消声室、一个隔声室和一个消声水池，技术指标达到国内领先水平。声学实验室可进行空气介质或水介质中各种声源和结构构件的声学特性测试，已有三个测试项目获得了国家级“计量认证”资质。实验室可进行结构振动噪声特性测试、结构声学设计、环境噪声评价、建筑声学、噪声源测试和产品降噪等的研究、教学、咨询和技术开发以及技术服务等。

声学实验室的声学指标和仪器设备：

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（1）半消声室：截止频率100 Hz；本底噪声< 16 dBA；可用空间12.4m?7.4m?6.0m。

（2）消声水池：采用长470mm、底径?50mm的橡胶尖劈密排（340根/平方米）；可用空间7.0m?4.5m?4.0m；配备二台行车和一台吊车。

（3）隔 声 室：本底噪声< 25 dBA；发声室的内部尺寸为

6.5m?6.0m?3.3m，受声室的内部尺寸为6.0m?5.0m?3.3m。

（4）仪器设备：B&K3560D型PULSE多分析仪系统、4206型材料测试系统、4190L001型自由场传声器、4943L001型扩散场传声器、4231型声级校准器、8103型和8104型水听器、4229型水听器校准器、4296型球形声源、3584型声强探头、BK3595型声强探头和2260型精密声级计等声学测试设备等。

图4 消声水池和半消声室

声学实验室实验能力：噪声源声功率级测定；环境噪声（城市区域、交通、铁路、机场等）及工业企业噪声测试；隔声测量；

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吸声材料性能测定；厅堂音质测试；声学实验室性能鉴定；水声换能器性能测试；水声材料声学性能测试；水下结构模型振动和辐射声功率测量等。

6.2.5 结构环境损伤控制实验室

（1）管道内腐蚀监测实验系统

该系统主要用于监测管道内壁腐蚀信息。试验管路公称口径为50mm（2inch），有效长度为50延长米。循环管路设有1800mm×900mm×1000mm=1.62mm3的储水箱，并配有70FGB-4型不锈钢耐蚀泵，其扬程为4米，流量为14M3/h；电机为0.8KW/1380rpm/380v。整个循环管路系统占地面积为2200mm×5000mm，主试验装臵尺寸为1400 mm×1400mm×1750mm，在最上层管路设有有机玻璃制作的可观测段，设有3个插入口，实验时分别插入溶解氧测量仪、电阻探针和电偶探针。为增大管内流质流速变化范围，顶部另设一蓄水箱，关闭主泵后可构成另一流速较低的循环系统。本试验将研究探针在管内流质中自然腐蚀的情况以及其自身变化与所处腐蚀环境的腐蚀能力之间的关系，最终可根据探针信息及环境参数对管内流质的腐蚀能力进行评估。

（２）环境强度实验系统

岛津EHF-UM200KN电液伺服疲劳试验机能使用于一般试样、结构件、实物部品试验的多功能疲劳实验机。上方作动器的方式具有宽广的试验空间，最适合在腐蚀箱、恒温箱里的各种环境试验。本实验系统的特点：采用微机全数字式伺服控制，试验设定和结果分析全部由微机操作，大大简化试验流程；伺服作动器和负荷传感器精度高；报警和应急能力完善；试验过程的可实现无

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人值守；配套设施完善，升级能力强。主要功能：疲劳试验；静态试验；裂纹扩展试验（KIC/COD 试验、JIC 试验）；Mult-purpose 设计试验。

图5 环境强度实验系统

6.2.6船模试验水池

大连理工大学船模试验水池是国际船模拖曳水池会议（International Towing Tank Conference 简称I.T.T.C）成员单位。水池尺度为160m×7m×3.7m（长×宽×水深），水池配有高精度的拖车，速度范围为：0.01m/s～8m/s，速度精度为0.1％。水池的一端装有可在水池中产生波浪的造波机，经过升级改造后，可以制造非线性不规则波浪。拖车上配有阻力仪传感器，加速度传感器，信号采集分析系统等配套仪器设备。大连理工大学船模试验水池可以进行船舶阻力试验，敞水试验（常规及导管组合桨），自航试验，船舶伴流场测量，船舶和海洋结构在波浪中的运动和载荷测量，锚泊特性分析等实验。几十年来，该实验室承担了众

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多军用民用船舶与海洋工程水动力学实验项目的研究，进行了浅吃水肥大船型、VLCC，穿浪型双体船，三体船等多种新船型的研究，为船舶与海洋工程学科的发展、人才培养、海军新装备的开发、地方经济建设做出了巨大贡献。主要从事船舶、海洋结构物及其推进器的水动力性能模型试验研究。实验室还承担船舶与海洋工程专业的本科生教学实验及培养实践和创新能力实验等任务。

图6 大连理工大学船模试验水池

6.3 研究队伍

本项目的实施由船舶制造国家工程研究中心主持，大连理工大学为承担单位，大连船舶重工集团有限公司为合作单位，采取校企合作和“产学研用”共同参与的方法，自主攻关研究。本项目课题组由船舶制造国家工程研究中心统一协调管理，采取聘任制，成员由船舶与海洋工程设计制造方面的高级工程师、教授、副教授、博士等专家组成。主要研究人员如下表：

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 姓名 专业 职称 年龄 工作时间（月）

6.4 分工与协作

论述说明研究任务牵头单位和参研单位的任务分工，组织实施的具体方式(如合同制、合作制等)。若需外协的，还应说明外协单位墓本情况、具体承担任务及相关理由等。

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7.研究周期及初步的实施计划安排

论述说明项目研究进度安排，包括时间节点、研究工作或内容、主要成果及考核方式等:若研究周期为相对时间周期的，从开始实质性研究起按相对时间进行计划安排，如:

第一月一第六月;研究周期有明确完成时限要求的，按具体时问进行计划安排，如

:2009年1月一2009年6月。 - 23 -

8.总经费测算 8.1 总经费及其构成

论述说明项目研究需要投入的总经费及测算依据，提出国拨资金与自筹资金的分配建议比例，自筹资金应说明来源及相应的证明材料。 8.2 经费测算

申报单位根据开展研究的实际需要，按财防[2008]11号文的相关规定，对研究经费进行逐项分解测算。

表1经费预算表

单位:万元、万美元

经费科目 设计费 专用费 材料费 外协费 燃料动力费 金额 备注 固定资产使用 费 工资及劳务费 差旅费 会议费 事物费 专家咨询费 管理费 - 24 -

不可预见费 项目收益 合计 表中的每个计费项目需概述说明测算依据、数量、测算单位、单价以及测算方法等。 8.3 研究内容经费分解

表2按研究内容的经费分解表

单位:万元

研究内容 研究内容一 研究内容二 研究内容三 合计 - 25 -

经费 备注 对于研究经费达到100万元以上(含100万)或占总经费20%以上的研究内容，应按照经费类别进行经费分解，具体见表3。

表3按研究内容的经费测算表

单位：万元

金额 经费类别 研究内容一 设计费 专用费 材料费 外协费 燃料动力费 研究内容二 研究内容三 备注 固定资产使用 费 工资及劳务费 差旅费 会议费 事物费 专家咨询费 管理费 不可预见费 合计

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8.4 承担单位经费分解

若为多家单位共同承担研究任务，应按承担单位进行经费分解。

表4研究经费承担单位分解表

单位:万元

承担单位 单位一 单位二 合计

经费 备注 - 27 -

9.风险及应用前最分析

对研究项目在技术、管理、市场等方面存在的风险因素进行论述分析，根据对项目的影响提出相应的规避措施。分析研究成果在国内外应用的前景(包括潜在的用户及市场占有分析)，以及所产生的经济效益等。

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10 附件

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8t56.html