1.本发明涉及船体结构，更具体地说，涉及一种轻量化的船体结构。
背景技术：
2.近年来，随着船舶大型化、高速化的发展趋势，船体结构轻量化逐渐成为行业关注的热点。在船体结构设计中，船体结构轻量化设计技术研究是船舶能效提升技术的基础，可有效减轻船舶结构自重、提升船舶性能、节约材料并降低船舶能耗。实现船体结构轻量化主要有三种途径：新型材料；新制造工艺；新结构型式。
3.船体结构为典型的加筋板结构，属于蒙皮结构。一般在船体结构中，船体板重量占比约70％，它所起的作用为将载荷传递到由加强筋组成的空间框架结构上，载荷作用主要由空间框架结构来承担，因此选择合理的板筋比例，可以有效的减轻船体结构的重量，从而实现船体结构的轻量化。
技术实现要素：
4.本发明要解决的技术问题在于，提供一种比强度高、比刚度大、比重量轻的轻量化的船体结构。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轻量化的船体结构，包括船体板，所述船体板上设置有纵横支撑骨架，所述纵横支撑骨架包括设置在船体板上与船宽方向平行的横向强力构件、与船长方向平行的纵向强力构件，所述船体板上设置有与所述纵向强力构件平行的纵向支撑构件，所述纵向强力构件与横向强力构件形成的区域设置有横向加强筋和纵向加强筋，所述横向加强筋平行于横向强力构件，所述纵向加强筋平行于纵向强力构件。
6.按上述方案，所述纵向强力构件的相邻间距内均匀布置有若干沿船长方向的纵向加强筋，所述横向强力构件的相邻间距内均匀布置有若干沿船宽方向的横向加强筋。
7.按上述方案，所述船体结构形式为纵骨架式，所述纵向强力构件的相邻间距为纵骨间距，所述横向强力构件的相邻间距为肋板、横梁或肋骨间距。
8.按上述方案，所述横向加强筋和所述纵向加强筋采取等间距布置。
9.按上述方案，所述纵向强力构件为船体纵向桁材或纵框架，即船体纵桁、龙骨或支柱；
10.所述横向强力构件为船体横向框架，即船体强横梁、强肋骨、实肋板或相应肘板；
11.所述纵向支撑构件为船体纵向普通骨材，即为船体纵骨。
12.按上述方案，所述船体结构应用于纵骨架式、横骨架式或混合骨架式的船体结构。
13.按上述方案，所述船体结构应用于船底、舷侧或甲板船体部位进行布置。
14.实施本发明的轻量化的船体结构，具有以下有益效果：
15.1、本发明采用这样的结构设置，使得采用该结构的船体结构板架受力均匀，避免局部应力过大；
16.2、本发明在不损失船体结构强度及承载能力的情况下，有效地降低船体板厚，使得板筋比例得到合理的改善，船体加筋板结构的重量有所减轻，从而在安全可靠的前提下达到船体结构的轻量化。
附图说明
17.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
18.图1是本发明轻量化的船体结构的结构示意图；
19.图2是现有常规船体板格示意图；
20.图3是本发明轻量化的船体结构的结构示意图；
21.图4是现有常规船体板格应力云图；
22.图5是轻量化船体板格应力云图；
23.图6是现有常规船体板格变形云图；
24.图7是轻量化船体板格变形云图。
具体实施方式
25.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
26.如图1
‑
3所示，本发明轻量化的船体结构的实施例包括船体板6，船体板6上设置有纵横支撑骨架。纵横支撑骨架包括横向强力构件1、纵向强力构件2、纵向支撑构件3、纵向加强筋4和横向加强筋5。
27.横向强力构件1设置在船体板6上且与船宽方向平行，纵向强力构件2设置在船体板6上且与船长方向平行。纵向支撑构件3设置在船体板6上且与纵向强力构件2平行。纵向强力构件2设置在船体板6上，纵向强力构件2与横向强力构件1形成的区域内设置有横向加强筋5和纵向加强筋4，横向加强筋5平行于横向强力构件1，纵向加强筋4平行于纵向强力构件2，横向加强筋5和纵向加强筋采取等间距布置。纵向强力构件3的相邻间距为纵骨间距，横向强力构件1的相邻间距为肋板、横梁或肋骨间距。
28.纵向强力构件2的相邻间距内均匀布置有若干沿船长方向的纵向加强筋，横向强力构件1的相邻间距内均匀布置有若干沿船宽方向的横向加强筋5。
29.纵向强力构件2为船体纵向桁材或纵框架，即船体纵桁、龙骨或支柱；横向强力构件1为船体横向框架，即船体强横梁、强肋骨、实肋板或相应肘板；纵向支撑构件3为船体纵向普通骨材，即为船体纵骨。
30.本发明的船体结构，既可以应用于纵骨架式、横骨架式或混合骨架式的船体结构，也可以应用于船底、舷侧或甲板的船体部位进行布置。
31.本发明采用的船体结构，能够有效提升船体结构的强度与极限承载能力，使得船体板架受力均匀，当船体结构受到载荷作用时，可以保证船体结构安全可靠。同时在不损失船体结构强度及承载能力的情况下，可以有效地降低船体板厚，使得板筋比例得到合理的改善，船体结构的重量有所减轻，从而在安全可靠的前提下达到船体结构的轻量化。
32.在本实施例中，船体板6在相邻纵向强力构件间距内均匀布置有若干沿船长方向的纵向加强筋4，在相邻横向强力构件间距内均匀布置有若干沿船宽方向的横向加强筋5。
采用这样的结构，使常规船体板架受力更加均匀，在承受船体结构所受载荷时，能较好地避免局部应力过大的情况。
33.在本实施例中，船体结构形式为纵骨架式，相邻纵向强力构件间距为纵骨间距，相邻横向强力构件间距为肋板、横梁或肋骨间距。考虑到实船工艺上和使用上的要求，以及充分发挥并保证加筋板结构构件的力学性能，加强筋采取等间距布置，且其间距不宜过大或过小。纵横方向设置间距均匀的加强筋，使船体板架受力均匀，在常规船体板格的范围内合理增设加强筋，同时增加了船体结构的总纵强度以及横向强度。
34.在本实施例中，船体板6在由横向强力构件1和纵向支撑构件3或纵向强力构件2组成的板格范围内，支撑有若干纵横方向间距布置均匀的纵向加强筋以及横向加强筋5，从而被划分为若干小尺寸板格。采用这样的结构设置，可以在不损失船体结构强度的同时降低船体板厚，合理分配板筋比例，有效地达到船体结构轻量化。
35.纵向强力构件2可以为船体纵向桁材或纵框架，包括船体纵桁、龙骨以及支柱；横向强力构件1可以为船体横向框架，包括船体强横梁、强肋骨、实肋板及相应肘板；纵向支撑构件3可以为船体纵向普通骨材即为船体纵骨。常规船体板格以横向强力构件1和纵向支撑构件3或纵向强力构件2为周界，这种轻量化船体结构在常规船体板格范围内进行细化布置，将常规船体板格分为若干较小尺寸的船体板格，增加了船体结构的局部强度，因此可以适当降低船体板厚，在安全可靠的前提下达到船体结构的轻量化，有效缓解船体强度与重量的矛盾。
36.在本实施例中，这种轻量化船体板格与常规船体板格相比，其比强度高、比刚度大、比重量轻，能够在增加船体结构强度同时有效地减轻船体结构重量。
37.如图4
‑
图7，这种轻量化船体结构重量与常规船体板格重量相当大约都为50kg，在载荷以及边界条件相同的情况下，轻量化板格的最大应力明显减小，且板格强度有所提高，同时板格所受应力分布均匀。因此本发明的这种轻量化船体板格比强度较大，在不增加原始船体板格重量的情况下，使板格的强度水平得到提高。
[0038] 常规板格轻量化板格板厚(mm)74增设型材——50
×
4最大应力(mpa)141144重量～74kg～50kg
[0039]
这种轻量化船体结构重量与常规船体板格最大应力强度水平相当的情况下，轻量化板格的重量较常规船体板格减轻了32％，在不降低常规船体结构强度的情况下，船体板格厚度由7mm降低到了4mm，重量较轻，在安全可靠的前提下达到了船体板格结构的轻量化效果。因此，这种轻量化船体结构在不损失船体结构强度的情况下，可以适当地减小船体板厚，合理分配板筋比例，有效地降低船体结构的重量，从而达到船体结构的轻量化。
[0040]
实际应用中，这种轻量化船体结构可以在纵骨架式、横骨架式及混合骨架式的船体结构中应用，也可以在船底、舷侧以及甲板等船体部位进行布置，在船体结构中可应用性较强。这种轻量化船体结构可以有多种加筋形式，纵横加强筋的数量、尺寸以及排布间距根据具体的船体结构形式以及所受的载荷来确定。在船体结构需要进行局部加强或轻量化的位置通过采用增设加强筋与降低船体板厚的方式布置这种轻量化结构，来平衡船体结构的
板筋比例，有效地增加船体结构的局部强度，使得板架受力更加均匀，避免局部应力过大的情况，在安全可靠的前提下达到船体结构的轻量化，有效缓解船体强度与重量的矛盾。
[0041]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。