摘　要：游艇產業正在迅速發展及壯大，其發展必然是多元化的。筆者多年來一直致力于玻璃鋼游艇設計及鋪層設計的工作。新穎的船體結構設計及其相應的鋪層設計借助有限元分析方法(FEA Analysis)針對小尺度(8m以下)玻璃銅游艇并在實際生產中取得很好的效果，能大幅度減少生產周期，改進傳統工藝，節約成本，降低生產能耗，降低對環境的污染等，同時這種方法能延伸到總長在20m范圍的玻璃鋼游艇上。
關鍵詞：船體結構設計；甲板設計；線型設計；鋪層設計

　　游艇設計主要包括船體結構設計、甲板設計、線型設計及鋪層設計，借助有限元分析系統，這些設計主要按以下步驟來完成：

1　結構和鋪層的受力分析

1.1　手算
　　手算，又叫初步計算，依據以往成功經驗的尺度或相類似的設計，抽取其鋪層設計來計算。作出結構網格，確定橫向構件及縱向構件的方案。
1.2　詳細的有限元分析
　　在有限元分析系統里面，根據手算的方案，建立模型，模型盡可能包括我們所知道的(船體、甲板、龍骨、小件、機器、燃油箱、浮體泡沫等等)。在這里，模型的正確性要依據其反應出來的誤差結合手算來校正，船板允許的大跨距是關鍵，同時不作用在結構上的重量加到模型的基礎部分用來獲得有限元模型大船重的平衡。
　　正確的模型建立后，我們要對船體和甲板進行分析。
　　船體分析，主要是分析船底壓力和舷側壓力。在模型里，船底壓力是包括重力、慣性力和底板壓力。底板壓力是船自重、浸濕水線長、設定加速度的一個函數。通常，我們設定的加速度為5.0g。但根據實際的海況和航線限制下，其加速度往往在2.0到5.0這一范圍內。為了計算舷側壓力，我們將護舷約束處受力分三個方向，其中一個作用于船體的舷側，作用于左右舷的載荷是相互獨立的。大和小的舷側壓力的計算是靜水浸濕水線長，船底壓力，船舷側長度，浸濕折角長的函數。大的舷側壓力作用于折角處同時線性變化到預定的有義波高處。
　　甲板分析，甲板載荷主要有動載荷和集中載荷，在有限元里我們將船約束在護舷附近和較高的縱向構件附近。動載荷分析范圍在3-30kN范圍，集中載荷分析10―50kn這一范圍內。
1.3　固有頻率
　　在有限元分析系統里面，我們去掉所有約束，讓船模型運行到平衡狀態，來測定它的固有頻率。

2　結構設計

　　完成受力分析并校驗后，我們進入結構設計，先要考慮的是應力和應變。
　　應力要求：船體，構件，甲板等其應力不能超過大允許應力，同時要保留足夠的安全系數，根據筆者的經驗，安全系數一般在1.2到1.6這一范圍內。
　　應變要求：船體底板的應變范圍在其跨度的1／45到1／40，舷側板的應變范圍其跨度的1／55到1／60，同時要避免超過機器艙室跨度的1／110。甲板動載荷處應變范圍在其跨度的1／55到1／60，甲板集中載荷處應變范圍在其跨度的1／45到1／40。
　　結構設計必須要考慮到固有頻率的影響，根據筆者經驗，固有頻率應該控制在7-10HZ范圍內。

　　圖1所示的船體結構形式是筆者在有限元分析的基礎上，并依據國內相關規范而得出，這種結構的優點是能夠吸收艇底沖擊能，提高整體結構的安全性。而且縱向構件和橫向構件半徑都在50MM范圍內，同時這種結構的游艇在長時間的實際使用或營運中，證明了其優點。

3　甲板設計

　　游艇的甲板可以根據功能、布置等的不同而做成不同形狀，這些不同形狀甲板對整體結構有非常重要在作用。筆者嘗試了多種新穎的結構形式，結合游艇甲板特殊型狀的特點，在校核中縱彎曲強度時，考慮形狀甲板參與彎曲，能更實際合理的優化全船的結構設計．這樣一來，游艇的甲板在設計上有更多在空間，從而使得游艇存外觀和使用上變得更多元化。

4　線型設計

　　線型主要影響游艇的快速性、操縱性、穩性等。所以，在有限元分析系統里面，我們必須要充分的合理的設計，并加以約束。
　　筆者曾遇到這樣的問題，同樣主尺度及同樣馬力推進下兩條游艇(排除自重的影響)，航速出現了較大的差異。為了解決這個問題，在有限元分析系統里面，約束了浸濕水線長和浸濕折角長，得 了艇底升角曲線，升角從5度呈曲線上升到19度再回落到7度。從曲線中找到了問題的所在。
　　對于游艇的線型設計’筆者認為應主要分別考慮靜水和滑行這兩種情況，對水下部分和水上部分(包括甲板)及滑行時候沖擊區域的充分考慮。線型設計上的優化，其實重要意義在于修正艇底樂力及舷側壓力，反饋到有限元分析系統里去，從而使結構的設計更合理更科學。

5　鋪層設計

　　玻璃鋼是復合材料，其物理力學性能受工藝、成型環境、材料等多方面的因數影響。就國內普通的聚酯樹脂和玻璃纖維毯布采用交替成型方法測得的彎曲強度也就在200KN左右，是能滿足相應的規范要求的。
　　但在有限元系統里面，我們充分考慮到玻璃鋼這一復合材料的復雜的力學性能特性，在滿足足夠的安全系數下，對應力和應變作出嚴格的限定，同時采用吸能性結構設計，這樣就使得鋪層設計或其工藝成型變得更有可操作性。
　　筆者比較了在同樣的應變下艇底單層板的厚度，傳統的板架式結構和有限元分析結構得出結果分別是6.0MM和5.0MM，出現這種差異是分析方法的不同而已，但在實船的試驗中，都具有足夠的安全系數的。
　　所以，筆者認為，在滿足安全系數下，新的結構形式可以使鋪層設計向節能和降低生產成本這一方向靠攏。

6　結　語

　　國內的游艇產業雖然在不斷的發展，但是相對較落后生產 藝和不完善的配套設備對其有一定的阻礙作用。不過我們可以考慮采用更先進的分析方法，更科學的設計，同時可以借鑒國外的先進的制造經驗。