2025船舶工程師船舶設(shè)計專項卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后括號內(nèi)）1.對于初穩(wěn)性，下列說法正確的是（）。A.船舶所受的所有外力之和必為零B.船舶所受的所有外力矩之和必為零C.GZ曲線在0°處切線的斜率必為零D.船舶橫搖的恢復(fù)力矩與傾斜力矩必相等2.在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，關(guān)于骨架式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，下列描述錯誤的是（）。A.承載能力強，剛度好B.易于分艙隔斷，提高船舶抗沉性C.施工方便，適應(yīng)性強D.材料利用率高，結(jié)構(gòu)重量輕3.根據(jù)傅里葉級數(shù)理論，船舶在規(guī)則波浪中運動，其垂向位移、角位移和搖擺速度等響應(yīng)曲線通常呈現(xiàn)為（）。A.簡諧波形B.復(fù)雜的非周期性波形C.諧波疊加的波形D.指數(shù)衰減波形4.船舶阻力中，隨著航速增加而逐漸成為主要阻力的部分是（）。A.興波阻力B.附體阻力C.空氣阻力D.摩擦阻力5.螺旋槳的推力系數(shù)K_T和效率η_O與以下哪個因素?zé)o關(guān)？（）A.螺旋槳直徑B.螺旋槳螺距C.船舶航速D.船舶的L/B比6.根據(jù)SOLAS公約，關(guān)于船體結(jié)構(gòu)強度要求，下列說法錯誤的是（）。A.船體結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強度以承受各種載荷B.不同部位的結(jié)構(gòu)強度要求是相同的C.結(jié)構(gòu)設(shè)計必須符合船級社的規(guī)范要求D.結(jié)構(gòu)計算需考慮一定的安全系數(shù)7.船體線型設(shè)計中，為減小興波阻力，常采用（）。A.尖瘦的船首形狀B.尺度較大的船尾C.平坦的船底D.較大的船寬8.船舶進(jìn)行滿載航行試驗的主要目的是（）。A.測定船舶空船狀態(tài)下的性能B.確定船舶的主尺度C.驗證和校核船舶設(shè)計性能，如阻力、推力、油耗等D.測試船用設(shè)備的可靠性9.在船舶設(shè)計中，關(guān)于船用材料的選擇，下列原則錯誤的是（）。A.材料的強度和剛度應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)要求B.材料的耐腐蝕性應(yīng)適應(yīng)船舶營運環(huán)境C.材料的價格應(yīng)盡可能低廉，不考慮其使用性能D.材料的可加工性和焊接性能應(yīng)便于制造10.船舶自動化系統(tǒng)的核心目標(biāo)是（）。A.提高船舶航行速度B.減少船員數(shù)量，實現(xiàn)無人駕駛C.提高船舶航行安全性和可靠性，優(yōu)化操作效率D.降低船舶建造成本二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.船舶靜水力特性中，表征船舶能夠抵抗傾覆能力的是______。2.船舶滿載水線面面積系數(shù)通常用符號______表示。3.船體結(jié)構(gòu)中的“骨架”通常指______和______。4.船舶在海上航行時，除了興波阻力外，còncó______阻力。5.螺旋槳的推力主要由______和______兩部分組成。6.船舶設(shè)計必須嚴(yán)格遵守的具有法律效力的國際公約主要是______和______。7.為提高船舶的回轉(zhuǎn)性能，舵面積通常布置在______。8.船體結(jié)構(gòu)強度設(shè)計的基本要求是保證船體結(jié)構(gòu)在載荷作用下不發(fā)生______和______。9.船舶的續(xù)航力是指船舶以額定功率航行時，能夠______而不需要加油的能力。10.綠色船舶設(shè)計理念強調(diào)在設(shè)計階段就充分考慮______、______和______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述船舶穩(wěn)性的三個基本條件。2.簡述船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇船體材料時需要考慮的主要因素。3.簡述影響船舶阻力的主要因素有哪些。4.簡述船舶推進(jìn)系統(tǒng)的主要組成部分及其功能。四、計算題（共25分）1.（10分）某船空船重量Gt=8000t，滿載排水量Dw=20000t，重心高度GML=8.0m，水線面面積A=2500m2。當(dāng)船舶裝載貨物后，船體下沉ΔT=0.8m，此時船舶重心高度GML'增加了0.2m。求裝載貨物后船舶的初穩(wěn)性高GM。2.（15分）某單層底船體板格，板厚t=6mm，邊板寬度b=1.2m，高度h=1.0m。板格受均布載荷q=50kN/m2。試計算該板格的彎曲應(yīng)力（假設(shè)不考慮骨架作用，按薄板理論簡化計算）。請簡述計算所依據(jù)的理論及主要假設(shè)。五、論述題（10分）結(jié)合當(dāng)前船舶行業(yè)發(fā)展趨勢，論述在船舶設(shè)計中如何體現(xiàn)綠色環(huán)保理念。試卷答案一、選擇題1.C解析：初穩(wěn)性高的定義是船舶在小角度橫搖時，復(fù)原力臂GZ隨橫搖角φ的變化率，即d(GZ)/dφ|φ=0。因此，GZ曲線在0°處切線的斜率必為零。2.D解析：骨架式結(jié)構(gòu)由骨架（梁、柱、桁架等）和板材組成，雖然承載能力強、剛度好、易于分艙，但相比桁架結(jié)構(gòu)等，材料用量較多，結(jié)構(gòu)重量相對較重，材料利用率不是最高的。3.C解析：根據(jù)波浪理論和傅里葉分析，不規(guī)則波浪可以看作是大量不同頻率和波高的規(guī)則波（簡諧波）的疊加，因此船舶在規(guī)則波浪中各點的運動響應(yīng)（如垂向位移、角位移）是這些簡諧波響應(yīng)的疊加，呈現(xiàn)為諧波疊加的波形。4.A解析：摩擦阻力始終存在，且與航速的平方成正比。興波阻力在低速時較小，但隨著航速增加，特別是達(dá)到波浪阻力峰區(qū)附近時，會急劇增大并成為總阻力的主要部分。5.D解析：螺旋槳的推力系數(shù)K_T和效率η_O主要與螺旋槳的幾何參數(shù)（直徑D、螺距P）、轉(zhuǎn)速n、進(jìn)速（與船速V相關(guān)）以及流體密度ρ有關(guān)。船舶的L/B比是船體線型的一個參數(shù)，影響船舶的興波阻力和推進(jìn)效率，但不是直接決定螺旋槳自身C_T和η_O的因素。6.B解析：船體結(jié)構(gòu)不同部位（如強力甲板、船底、舷側(cè)）所承受的載荷類型和大小不同，其強度要求（如厚度、骨架間距）是不同的，并非完全相同。7.A解析：尖瘦的船首形狀（如銳曲度船首）可以較早地切斷波浪，減少波浪的破碎和能量損失，從而有效減小興波阻力。8.C解析：滿載航行試驗是在船舶達(dá)到其設(shè)計載重狀態(tài)下的試驗，目的是通過實際測量來驗證和校核設(shè)計階段計算的船舶性能參數(shù)（如阻力、推進(jìn)效率、航速、油耗等）的準(zhǔn)確性。9.C解析：選擇船用材料時，必須在經(jīng)濟性、適用性（強度、剛度、耐腐蝕、耐磨損等）、工藝性等多方面進(jìn)行綜合權(quán)衡，不能僅以價格低廉為唯一標(biāo)準(zhǔn)，性能往往更重要。10.C解析：船舶自動化系統(tǒng)的核心目標(biāo)是提高船舶的安全性（如自動報警、避碰）、可靠性（減少故障）、操作效率（簡化操作流程）和船員舒適度，最終提升船舶的整體營運性能。二、填空題1.初穩(wěn)性高(GM)或穩(wěn)性力臂(GZ)2.K3.橫梁(TransverseFrames)和縱骨(LongitudinalBones)4.附體(Fouling)5.推力盤(ThrustDisc)和渦流(Vortex)6.SOLAS(國際海上人命安全公約)和MARPOL(國際防止船舶造成污染公約)7.船尾(Aft)8.局部破壞(LocalFailure)和整體破壞(GlobalFailure)9.獨立航行(SoleNavigation)或連續(xù)航行(ContinuousNavigation)10.節(jié)能(EnergySaving)或環(huán)保(EnvironmentalProtection)和可持續(xù)發(fā)展(SustainableDevelopment)（或類似意思的表達(dá)）三、簡答題1.船舶穩(wěn)性的三個基本條件是：(1)船舶重心G必須低于浮心B。(2)船舶的初穩(wěn)性高GM必須為正值（對于大多數(shù)船舶）。(3)船舶的穩(wěn)性力臂GZ曲線在傾角增大過程中必須始終為正值，即船舶具有足夠的復(fù)原力矩，能夠自動恢復(fù)到正浮狀態(tài)。2.船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇船體材料時需要考慮的主要因素有：(1)強度和剛度：滿足結(jié)構(gòu)承載和變形要求。(2)耐久性：包括抗腐蝕、抗疲勞、抗磨損等能力，適應(yīng)船舶營運環(huán)境。(3)可焊性和可加工性：便于制造和維修。(4)材料成本和經(jīng)濟性。(5)安全性：如阻燃性等。(6)環(huán)保性：材料的回收利用和環(huán)境影響。3.影響船舶阻力的主要因素有：(1)船舶的形狀阻力（興波阻力、附體阻力、空氣阻力），與船體線型、尺度、航速有關(guān)。(2)船舶的濕面積，與船體線型和尺度有關(guān)。(3)船殼表面狀況，如光滑度（摩擦阻力）和附生物（污底）。(4)航速，不同類型的阻力與航速的平方或三次方成正比。(5)流體密度，與水的密度和空氣密度有關(guān)。(6)船舶的運動狀態(tài)，如縱搖、橫搖等。4.船舶推進(jìn)系統(tǒng)的主要組成部分及其功能：(1)螺旋槳：將發(fā)動機產(chǎn)生的功率轉(zhuǎn)化為船舶前進(jìn)的推力。(2)推進(jìn)器shafting：將動力從發(fā)動機傳遞到螺旋槳，包括主軸、中間軸、尾軸等。(3)發(fā)動機：提供船舶推進(jìn)所需的原動力，如柴油機、蒸汽輪機、燃?xì)廨啓C等。(4)齒輪箱（可能）：用于改變發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，或?qū)崿F(xiàn)可調(diào)螺距功能。(5)相關(guān)附件和控制裝置：如舵、舵機、螺旋槳制動器、可調(diào)螺距裝置等，用于控制船舶方向和調(diào)整推進(jìn)狀態(tài)。四、計算題1.解：*載荷變化引起的船舶排水量變化：ΔD=ΔT*A*ρ=0.8m*2500m2*1000kg/m3=2000kN(假設(shè)海水密度ρ=1000kg/m3)*載荷變化引起的船舶重量變化：ΔG=ΔD(因為裝載的是貨物)=2000kN*載荷變化引起的船舶重心高度變化：ΔKG'=0.2m*載荷變化引起的船舶浮心高度變化：ΔKB'≈(KB-K)/LBP*ΔT≈0(對于小下沉量，通常假設(shè)浮心高度變化很小，或題目暗示忽略此項，或認(rèn)為KB基本不變，這里假設(shè)浮心高度變化為0)*載荷變化引起的船舶穩(wěn)性高變化：ΔGM=ΔKG'-ΔKB'≈0.2m-0=0.2m*裝載貨物后船舶的初穩(wěn)性高：GM'=GM+ΔGM=8.0m+0.2m=8.2m2.解：*計算板格中的彎矩。假設(shè)載荷q均勻分布，對于懸臂板格（或簡化為簡支梁分析），在板格自由端（假設(shè)為寬度b的一端）產(chǎn)生的彎矩M近似為：M≈q*(h/2)*(b/2)=50kN/m2*(1.0m/2)*(1.2m/2)=50*0.5*0.6=15kNm/m=15kN·m/m*計算板格的慣性矩。假設(shè)板格為矩形截面，厚度為t，寬度為b，高度為h。對于薄板，通?？紤]一個單位寬度的板條計算慣性矩：I=(b*t3)/12=(1.2m*(0.006m)3)/12=1.2*2.16e-7m?/12=2.16e-8m?*計算彎曲應(yīng)力。根據(jù)彎曲應(yīng)力公式σ=M*y/I，其中M是彎矩，y是截面中性軸到計算點的距離（對于板條，y=t/2=0.006m/2=0.003m）：σ=(15e3N·m/m)*(0.003m)/(2.16e-8m?)=45N·m2/m3/2.16e-8m?≈2.083e9N/m2=2083MPa*解析依據(jù)及假設(shè)：本計算基于梁彎曲理論。計算簡化為計算單位寬度板條的彎曲應(yīng)力，假設(shè)板格為簡支或懸臂結(jié)構(gòu)（具體結(jié)構(gòu)未明確，此處按簡支端計算彎矩），忽略了板格骨架（梁）的作用，僅考慮薄板自身的抗彎能力，即采用了薄板理論進(jìn)行簡化計算。實際工程中，板格強度由板和骨架共同承擔(dān)。五、論述題在船舶設(shè)計中體現(xiàn)綠色環(huán)保理念，是一個涉及船體線型、推進(jìn)系統(tǒng)、材料選擇、能源管理、設(shè)備配置等多個方面的系統(tǒng)性工程。以下是一些關(guān)鍵方面：首先，在船體線型設(shè)計階段，應(yīng)優(yōu)先采用能夠有效降低阻力的優(yōu)化線型。例如，采用尖瘦船首以減少興波阻力，優(yōu)化船體表面光潔度以降低摩擦阻力，采用流線型船尾以減少興波和附體阻力。這不僅提高了船舶的經(jīng)濟性（降低油耗），也減少了廢氣排放（如CO2），符合綠色環(huán)保的要求。同時，船寬、吃水等主尺度的確定也應(yīng)綜合考慮阻力、穩(wěn)性、操縱性及環(huán)境因素，尋求最佳平衡點。其次，在推進(jìn)系統(tǒng)選擇和設(shè)計上，應(yīng)積極采用節(jié)能環(huán)保技術(shù)和設(shè)備。例如，選用高效節(jié)能的柴油機或采用混合動力、電力推進(jìn)系統(tǒng)，可以有效降低燃油消耗和有害氣體（NOx,SOx,CO2）排放。螺旋槳的設(shè)計也應(yīng)注重效率，并考慮采用低噪聲螺旋槳以減少對海洋環(huán)境的影響。此外，安裝經(jīng)核準(zhǔn)的船用柴油機排氣凈化系統(tǒng)（Scrubber）或使用低硫燃油，也是減少船舶污染排放的重要措施。再次，在材料選擇方面，應(yīng)優(yōu)先選用輕質(zhì)、高強、耐腐蝕且環(huán)境友好型材料。輕質(zhì)材料（如先進(jìn)復(fù)合材）的應(yīng)用可以降低船舶自重，從而減少所需