摘　要：游艇产业正在迅速发展及壮大，其发展必然是多元化的。笔者多年来一直致力于玻璃钢游艇设计及铺层设计的工作。新颖的船体结构设计及其相应的铺层设计借助有限元分析方法(FEA Analysis)针对小尺度(8m以下)玻璃铜游艇并在实际生产中取得很好的效果，能大幅度减少生产周期，改进传统工艺，节约成本，降低生产能耗，降低对环境的污染等，同时这种方法能延伸到总长在20m范围的玻璃钢游艇上。
关键词：船体结构设计；甲板设计；线型设计；铺层设计

　　游艇设计主要包括船体结构设计、甲板设计、线型设计及铺层设计，借助有限元分析系统，这些设计主要按以下步骤来完成：

1　结构和铺层的受力分析

1.1　手算
　　手算，又叫初步计算，依据以往成功经验的尺度或相类似的设计，抽取其铺层设计来计算。作出结构网格，确定横向构件及纵向构件的方案。
1.2　详细的有限元分析
　　在有限元分析系统里面，根据手算的方案，建立模型，模型尽可能包括我们所知道的(船体、甲板、龙骨、小件、机器、燃油箱、浮体泡沫等等)。在这里，模型的正确性要依据其反应出来的误差结合手算来校正，船板允许的大跨距是关键，同时不作用在结构上的重量加到模型的基础部分用来获得有限元模型大船重的平衡。
　　正确的模型建立后，我们要对船体和甲板进行分析。
　　船体分析，主要是分析船底压力和舷侧压力。在模型里，船底压力是包括重力、惯性力和底板压力。底板压力是船自重、浸湿水线长、设定加速度的一个函数。通常，我们设定的加速度为5.0g。但根据实际的海况和航线限制下，其加速度往往在2.0到5.0这一范围内。为了计算舷侧压力，我们将护舷约束处受力分三个方向，其中一个作用于船体的舷侧，作用于左右舷的载荷是相互独立的。大和小的舷侧压力的计算是静水浸湿水线长，船底压力，船舷侧长度，浸湿折角长的函数。大的舷侧压力作用于折角处同时线性变化到预定的有义波高处。
　　甲板分析，甲板载荷主要有动载荷和集中载荷，在有限元里我们将船约束在护舷附近和较高的纵向构件附近。动载荷分析范围在3-30kN范围，集中载荷分析10―50kn这一范围内。
1.3　固有频率
　　在有限元分析系统里面，我们去掉所有约束，让船模型运行到平衡状态，来测定它的固有频率。

2　结构设计

　　完成受力分析并校验后，我们进入结构设计，先要考虑的是应力和应变。
　　应力要求：船体，构件，甲板等其应力不能超过大允许应力，同时要保留足够的安全系数，根据笔者的经验，安全系数一般在1.2到1.6这一范围内。
　　应变要求：船体底板的应变范围在其跨度的1／45到1／40，舷侧板的应变范围其跨度的1／55到1／60，同时要避免超过机器舱室跨度的1／110。甲板动载荷处应变范围在其跨度的1／55到1／60，甲板集中载荷处应变范围在其跨度的1／45到1／40。
　　结构设计必须要考虑到固有频率的影响，根据笔者经验，固有频率应该控制在7-10HZ范围内。

　　图1所示的船体结构形式是笔者在有限元分析的基础上，并依据国内相关规范而得出，这种结构的优点是能够吸收艇底冲击能，提高整体结构的安全性。而且纵向构件和横向构件半径都在50MM范围内，同时这种结构的游艇在长时间的实际使用或营运中，证明了其优点。

3　甲板设计

　　游艇的甲板可以根据功能、布置等的不同而做成不同形状，这些不同形状甲板对整体结构有非常重要在作用。笔者尝试了多种新颖的结构形式，结合游艇甲板特殊型状的特点，在校核中纵弯曲强度时，考虑形状甲板参与弯曲，能更实际合理的优化全船的结构设计．这样一来，游艇的甲板在设计上有更多在空间，从而使得游艇存外观和使用上变得更多元化。

4　线型设计

　　线型主要影响游艇的快速性、操纵性、稳性等。所以，在有限元分析系统里面，我们必须要充分的合理的设计，并加以约束。
　　笔者曾遇到这样的问题，同样主尺度及同样马力推进下两条游艇(排除自重的影响)，航速出现了较大的差异。为了解决这个问题，在有限元分析系统里面，约束了浸湿水线长和浸湿折角长，得 了艇底升角曲线，升角从5度呈曲线上升到19度再回落到7度。从曲线中找到了问题的所在。
　　对于游艇的线型设计’笔者认为应主要分别考虑静水和滑行这两种情况，对水下部分和水上部分(包括甲板)及滑行时候冲击区域的充分考虑。线型设计上的优化，其实重要意义在于修正艇底乐力及舷侧压力，反馈到有限元分析系统里去，从而使结构的设计更合理更科学。

5　铺层设计

　　玻璃钢是复合材料，其物理力学性能受工艺、成型环境、材料等多方面的因数影响。就国内普通的聚酯树脂和玻璃纤维毯布采用交替成型方法测得的弯曲强度也就在200KN左右，是能满足相应的规范要求的。
　　但在有限元系统里面，我们充分考虑到玻璃钢这一复合材料的复杂的力学性能特性，在满足足够的安全系数下，对应力和应变作出严格的限定，同时采用吸能性结构设计，这样就使得铺层设计或其工艺成型变得更有可操作性。
　　笔者比较了在同样的应变下艇底单层板的厚度，传统的板架式结构和有限元分析结构得出结果分别是6.0MM和5.0MM，出现这种差异是分析方法的不同而已，但在实船的试验中，都具有足够的安全系数的。
　　所以，笔者认为，在满足安全系数下，新的结构形式可以使铺层设计向节能和降低生产成本这一方向靠拢。

6　结　语

　　国内的游艇产业虽然在不断的发展，但是相对较落后生产 艺和不完善的配套设备对其有一定的阻碍作用。不过我们可以考虑采用更先进的分析方法，更科学的设计，同时可以借鉴国外的先进的制造经验。