散货船以其货物运输的广泛性，一直是世界船队保有量最大，和船东最愿意订造的船型。然而，自2008年金融危机以来，全球航运市场持续低迷，波罗的海干散货指数下跌超过百分之九十^[1][4]，在市场陷入低谷的背景下，散货船应当改进其油耗和排放量来继续吸引船东下单。

对于船舶制造企业而言，以巴拿马型散货船为例，建造价格从每艘5000多万美元降至每艘2000多万美元^[1][6]。因此，如何降低散货船的建造成本和营运成本成为船厂设计建造船舶过程中必须考虑的问题，所以尽可能减少建造中钢材的使用，减少船舶的钢料重量，即实现船舶轻量化就显得尤为重要^[5]。

在《全国内河船型标准化发展纲要》中，用于确定标准船型的形式有三种，分别为“主尺度系列标准”、“标准船型技术方案”以及“标准船型送审图纸” ^[2]。其中“主尺度系列标准”是确定船型标准的主要形式，目前京杭运河、珠江水系等船舶主尺度系列标准已经制定完善，但长江航区等船舶主尺度标准还未制定。

船型主尺度参数的确定，是船舶船型标准化中的核心部分，主尺度参数的确定，需要广泛严谨的调研、论证，最后优化得出最优船型参数。船舶的型深作为船舶的重要主尺度参数之一，是指在船长中点处，从龙骨板上缘量到干舷甲板横梁上缘的垂直距离，其对船舶的稳性、抗沉性、总纵强度、干舷、容积等均有影响^[7]。改变型深时要考虑的技术要点也很复杂。如增加新的上甲板是否作为新的干舷甲板 或强力甲板 ；如果老的上甲板改造后用作载货甲板 , 要按新的甲板负荷计算该甲板强度 ；如果横舱壁间距较大 , 要注意对横向扭转强度的保证；原船液舱舷侧和舱壁结构要按新的升高的空气管形成的压头计算强度 ；液舱空气管的升高和新上甲板的排水布置 ；舾装数变化引起的锚泊设备变化等等，由此可见型深的选取对于船舶设计的重要性^[3][8]。在吃水一定的情况下，船舶的干舷、储备浮力、进水角、剖面模数、舱容均随着型深的增加而增大。为船舶带来了良好的抗沉性、稳性，同时加大了船舶的复原力矩与纵向强度，同时也对舱室的布置产生有利影响^[2][8]。但与此同时，型深的加大也带来了船舶建造过程中钢材用料的增加，增大了船体结构重量，增加了船舶建造过程中的初投资和相同载货量的情况下船舶营运过程中的运输成本，不符合船舶的轻量化趋势^[9][16]。

船体强度校核是确保航行安全性的重要措施，能大幅减少因船体结构失效导致的海损，具有很大的现实意义。通常船体强度校核是与船舶设计同步进行^[15]。随着船舶使用年限的增加，船体由于腐蚀、磨损及疲劳破坏等作用,其强度也随之下降，旧船体必要的时候也应该进行强度校核，确保老旧船的航行安全。因此不管是对新造船舶，还是已投入营运的老旧船舶，船体强度分析是船舶设计制造过程中确保船舶安全航行和拥有合格使用寿命的最基本也是最有效的方法^[10]。有限元法是一种求解连续介质力学问题的通用数值方法，已被广泛应用于船舶行业。目前各大船级社的规范及指南明确规定船舶要应用直接计算方法进行强度校核，因此在世界范围内,有限元直接计算法是强制要求的，已经普遍被采用^[17][19]。

本文基于船体结构的轻量化，以一艘142.5m内河散货船为例，对其型深进行优化。旨在吃水一定且满足最小型深要求的情况下，通过改变型深使船的结构重量尽可能小，从而达到降低该类型散货船的建造和营运成本、提高经济与使用性能的目的。

2. 研究的基本内容与方案

本文用于优化船的母型船为142.5m内河级散货船。本船以装运矿石、石料为主，兼顾煤炭以及其他类型的散装货物。货舱内设置有污水井用来排除积水，该船舱口盖采用简易推拉式三脚架防雨帆布罩形式。该船常年航行于长江武汉——上海航线，为内河A、B级航区。

本船采用圆舭型线型，垂直艏、外旋双尾鳍、单体全通主甲板；首部设艏升高甲板；主船体和上建采用钢质全焊接结构，货舱区为双底、双舷结构；双轴、双桨、双舵、直线推进方式。本船为大开口船，具有良好的稳性和操纵性，结构轻、强度好、节能环保等特点。

1.设计基本内容

依据《钢制内河船舶建造规范》（2016）、《船舶与海上设施法定检验规则》和船舶行业标准^{[11][12][13][20][21]}，在吃水一定的情况下，对该母型船的型深进行优化，使其结构重量尽可能小。并绘制优化后船的基本结构图、典型横剖面图，进行结构剖面模数的计算，完成构件重量计算书。