400TEU集装箱船结构强度设计毕业设计论文.doc

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船舶与建筑学院本科毕业论文前言前　言随着世界物流行业的迅猛发展, 对集装箱船的需求也大大增加。未来几年集装箱船舶市场前景仍将看好。集装箱船运输特点: 1. 1 装卸效率高,周转速度快,营运成本低 1. 2 改善劳动条件,减轻劳动强度 1. 3　减少货物损坏、遗失和混装等现象 1. 4　降低了货物的成本价,提高了市场竞争力 1. 5　适用性强由于集装箱船属于具有长大开口的船舶，因此设计好扭转强度、总纵强度等都很重要，在结构设计中采用何种合适的船体结构加强方式来提高集装箱船的扭转强度,总纵强度。就成了人们关心的重点。集装箱船相比其它货船船市是红火的，但船舶营运安全也是非常重要的，这里就涉及到船舶结构设计安全问题。总结近两年开展的600TEU、1100TEU、1700TEU、2339TEU 结构设计必须充分考虑在各种集装箱载荷条件下的结构强度和变形 ,包括静水弯矩、波浪诱导垂直弯矩、水平弯矩、扭矩及货物扭矩等。在波浪和货物载荷联合作用下，船体垂直弯曲、水平弯曲和扭矩叠加，使得船体的结构强度和变形问题非常突出。并且在舱口角等重点受力区域，应力集中现象比较明显 ,结构疲劳强度也成为关注的焦点。采用全船结构有限元分析，可准确计算船舶的波浪诱导载荷水平，分析全船弯扭强度，以及进行舱口角热点的疲劳强度分析 ,验证其是否满足一定的疲劳寿命要求。集装箱船相比其他船型, 有着自己的特点。只有解该特点, 才有利于船舶的结构设计。第 1 页共 87 页船舶与建筑学院本科毕业论文目录目录摘要 ......................................................3 ABSTRACT ................................................. .4 1、船体线型及计算..........................................5 1.1 母型船与设计船对比..................................6 1.2 排水量及主尺度确定 .................................7 1.3 总布置设计及绘制总布置图 ......................... 8 1.4 船的重量重心计算....................................9 1.5 型线绘制.......... ................................13 1.6 确定型值...........................................13 2、静水力计算 ........................ ....................16 2.1 静水力计算和静水力曲线绘制.........................16 2.2 初稳性与浮态计算...................................28 3、结构计算及绘制结构图....................................30 3.1熟悉结构规范与规范设计计算...........................30 3.2总纵强度计算与校核...................................44 3.3基本结构图绘制.......................................66 3.4典型节点图...........................................66 3.5典型横剖面图绘制.....................................66 3.6典型横舱壁图绘制 ...................................66 4、总结.....................................................67 参考文献....................................................68 外文翻译....................................................69 第 17 页共 87 页船舶与建筑学院本科毕业论文浙江海洋学院成教学院摘要 400TEU集装箱船结构强度设计（浙江海洋学院船舶与建筑学院成教学院，浙江舟山 316000）潘舟奇 [摘要] 由于集装箱船属于具有长大开口的船舶，所以其总纵强度结构计算比较重要，必须符合规范要求。该设计船为钢质、单层甲板、双壳、单机单桨、尾机型、具有艏艉楼的集装箱船。主要航行于沿海与近海海域内。本文主要包括四个部分。总体部分包括：设计目标和母型船资料分析，设计船主尺度确定和重量重心计算，及绘制总布置草图等。性能部分包括：绘制设计船型线图，静水力计算及其曲线的绘制，结构部分包括：规范设计计算，总纵强度计算与校核，基本结构图绘制，典型横舱壁绘制，典型节点图绘制等。总结部分：包括全船说明和设计总结，并探讨了改进措施以及存在的一些不足。结论：本船总长116.70米、型宽16.00米、型深7.67米、设计吃水6.0米、设计排水量8682.4吨、设计航速11节，满足相应规范要求，适用当前小货量港口运输。 [关键词]：集装箱船；总体设计；性能设计；结构设计； 400TEU container ship design of structural strength Pan Zhouqi School of shipping and building看一下学校的英文网页 ,Zhejiang Ocean University,Zhoushan ,Zhejiang 361000 [Abstract] With the fature of large openings, the longitudinal structural strength of the container ship is very important, it must meet regulatory requirements. In this papper, a steel Multi-purpose vessel of single deck，double shells，single diesel engine，single propeller with forecastle and aftercastle container ship is designed. It shall be engaged in the inshore sea area. This design includes four sections. The general design includes: the assignment book and the mother-ship information analyzed, the principal dimensions confirmed, the ship’s weight and the centre of weight estimated, and the general arrangement layout drawn roughly etc. The performance design includes: to draw lines plan based on the imitate diversification, the chart of hydrostatic curve，Structural elements include: standardized design, with the total longitudinal strength calculation and verification, the basic structure of mapping, a typical cross bulkhead mapping, mapping, and other typical node，The summary section introduces particularly the whole design process and its conclusions. Moreover, the improvement measure and some shortcoming are listed in the present section. Conclusion: the overall length is 116.70meters, the design draft is 6.00 meters, the displacement is 8682.4 tons, and the design speed of ship is 11.0kn, all of which are satisfied with the specification, Suitable for the current small cargo port. [Keywords]：container ship; general design ;performance design ;structural design 船舶与建筑学院本科毕业论文正文 1、总体部分进行总体设计的目的：总体设计部分是新船设计过程中的一个总的基础的重要环节，是一项基础性的工作。它对设计工作顺利进行和保证新船设计的正确与合理，满足设计和使用要求具有决定性的作用。 1.1设计目标和母型船资料 1.1.1设计目标船名：400TEU集装箱船航区：Ⅲ类船型：钢质、单甲板、单机单桨、柴油机驱动的尾机型主尺度：垂线间长LPP 110.00 m 型宽B 16.00 m 设计吃水d 6.00 m 排水量Δ ～9000t 方形系数Cb ～0.82 船员 21P 甲板间高：主甲板至尾楼甲板 2.50 m 尾楼甲板至救生甲板 2.50 m 救生甲板至居住甲板1 2.40 m 居住甲板1至居住甲板2 2.40 m 居住甲板2至驾驶甲 2.40 m 驾驶甲板至罗径甲板 2.40 m 船级与船籍：非国际主机：G8320船用柴油机1台，额定功率2058KW，额定转速525r/min。齿轮箱：GWC52/59船用齿轮箱1台，减速比3.5:1。航速/功率储备：不低于11Kn/10%MCR。船体结构(材料\结构形式等)：钢质焊接、横骨架结构形式。设备要求：按法规和规范要求配置。 1.1.2母型船主尺度及船型系数如下: 船型：本船为钢质、单甲板、单机单桨、柴油机驱动的尾机型多用途货船，全船设有3个货舱。本船设有首、尾楼，尾楼甲板上设五层甲板室。总长LWL 114.30m 水线长LWL 110.33m 垂线间长Lpp 107.60m 型宽B 16.00m 型深D 7.80m 吃水d 6.10m 方形系数Cb 0.8229 排水量Δ 8892.6t 船员 21人甲板间高：主甲板至尾楼甲板 2.50m 尾楼甲板至救生甲板 2.50m 救生甲板至居住甲板1 2.40m 居住甲板1至居住甲板2 2.40m 居住甲板2至驾驶甲板 2.40m 驾驶甲板至罗经甲板 2.40m 1.2排水量估算及主要尺度的确定从母型资料和设计船的尺度可以看出，设计船和母型船的型宽型深、吃水、和垂线间长都非常的接近、所以从结构强度和构件尺寸等方面都比较接近。所以母型船的主要数据经过设当的合理的修改是可以用到设计船上的。 1.2.4仿氏变换系数的确定确定仿士系数就可以确定画型线图时母船与设计船变换系数因为△/△0=L×B×d/(L0×B0×d0)=m×n×p △=△0×m×n×p= 8941.8t 式中：分别为新设计船的船长、型宽、吃水。分别为母型船的船长、型宽、吃水。则分别为仿氏变换系数。方型系数确定： CB=▽/BLd=△/(1.025×110×16×6×1.01)=0.8173 1.2.3设计船主尺度：这里的主尺度是根据经验数据算的，不是很合理，为估算主尺度，在后面将根据静水力曲线图进行验证。总长LWL 116.70m 设计水线长 LWL 112.72m 垂线间长LPP 110.00 m 型宽B 16.00 m 设计吃水d 6.00 m 排水量Δ 8941.8t 方形系数 0.8173 1.3总布置设计因为设计船和母型船的型宽、型深、吃水、和垂线间长都非常的接近，而且都是400TEU左右的集装箱船、用途和结构方面都比较接近，所以总布置可以参考母型船的布置情况，加以适当修改、满足设计船的设计要求即可。根据母型船的总布置图情况，绘制总布置图草图。按照总布置设计说明和任务书的要求，结合设计船的特点、实际用途，在参考母型船总布置设计的基础上，进行适当的改进,具体详细地对各舱室和船用设备进行布置。 1.3.2总体布置情况经过计算：设置6道水密横舱壁是可以满足船舶规范和布置合理性要求的。其他的一些小设备都是按相关规范要求配置。最后的布置结构是：本船主甲板以下6道水密横舱壁设于#7、#32、#73、#113、#157、#166肋位，自尾至首分隔成舵机舱（左、右边设No1淡水舱、双层底内设No2淡水舱）、机舱（双层底内设有轻油舱、滑油循环舱、轻油溢油舱、重油溢油舱、污滑油舱、污油舱、污油水舱，平台上设有No1、3、4重油舱、No1、2日用轻油舱、滑油储存舱，平台下设有No2重油舱）、No3货舱（双层壳内设No5压载水舱）、No2货舱（双层壳内设No4压载水舱）、No1货舱（双层壳内设No3压载水舱）、应急泵舱（内设锚链舱、平台下为No2压载水舱）、首尖舱（No1压载水舱）。尾楼内设有7个单人船员室、食品库、浴室、厕所、空调机间、备件间、储藏室、CO2室、机舱棚。第二层甲板室内设有厨房、餐厅、厕所、应急电瓶间、充放电间、废气锅炉间。第三层甲板室内设有3个单人船员室、1个双人船员室、会议室、厕所、盥洗室、无线电电瓶间、废气锅炉间。第四层甲板室内设有4个单人船员室、轮机长室、厕所、盥洗室、洗衣间。第五层甲板室内设有3个单人船员室、厕所、盥洗室、船长室、洗衣间。第六层甲板室内设驾驶室、报务室、海图室、厕所。罗经甲板设信号灯桅一根，标准磁罗径一只；首楼后端设桅一根，烟囱设于居住甲板#6－#10肋位间。首楼内为液压油泵室、油漆间、储藏室、杂物舱。货舱区域舱口围板高1.80米，封闭装置使用钢质风雨密舱盖板。 1.3.3总布置正式图经过计算和设计，在前面总布置草图的基础上，经进一步设计和细化，画出较详细的表示全船舱室及设备布置的总布置正式图。见附图 1.4设计船重量重心计算船舶重心G的坐标原点规定为中纵剖面基线上船长（通常为Lpp）中点O，且船的左右舷重量分布通常是对称的，故=0。因此船舶的重心估算，主要是指船重心的纵向坐标xG和垂向坐标KG（）的估算。的估算关系到船的浮态，即影响船的纵倾；KG的估算则影响船的稳性，都很重要，必须仔细计算。船舶在计算重量中需要进行四种状态计算——满载出港、满载到港、空载（加压载水）出港、空载（加压载水）到港。且四种状态的计算方法相同，故在此仅对满载出港这一典型状态进行列表计算。 1.4.1重心高度KG的估算由于原母型船缺乏重心估算资料，因此另找到相近吨位的多用途货船作为重心高度估算的母型船。 1.4.1.1空船重心高度估算空船的重心高度的方法是在估算出WH，WO和WM后，分别估算出它们的重心高度、和，然后通过下式求取： M O H gM M gO O gH H gE W W W z W z W z W z + + × + × + × = （1）船体钢料重心高度根据可得母型船系数因此新船的船体重心高度m （2）舾装重心高度相当型深式中：S——舷弧升高部分的面积； D1——计入上层建筑影响的相当型深，即型深D加上层建筑容积除以甲板面积之商。，——各上层建筑（包括甲板室）的长度与高度。如下表1-1所示。则新船舾装重心高度表1-1 各上层建筑的长度与高度值名称高度/m 长度/m ×/m2 主甲板至艉楼甲板 2.5 15.32539 38.313 艉楼甲板至救生甲板 2.5 15.60713 39.018 救生甲板至居住甲板1 2.4 10.8525 26.046 居住甲板1至居住甲板2 2.4 9.704384 23.291 居住甲板2至驾驶甲板 2.4 9.704385 23.291 驾驶甲板至罗经甲板 2.4 6.001152 14.403 ∑ 164.3611 （3）机电设备重心高度机电设备重心高度由上述计算结果可得到空船重心高度为 1.4.1.2载重量的重心高度现已有总布置图，载重量DW的重心高度可以根据各个项目重量的具体位置进行估算。如人员、行李、食品的重心一般可取为所在甲板以上1m处；双层底内油水的重心高度可取为双层底高度的3/5左右；货物的重心高度取为舱容积的形心高度。 1.4.2重心纵向位置估算重心纵向位置的目的是为了与浮心纵向位置配合后使船舶有适宜的浮态。 1.4.2.1空船重心纵向位置空船重量的重心纵向位置，在设计初始阶段可近似用比例于船长L的方法，用母型船资料换算，即：，CL——比例系数，取自母型船。则新船的空船重心纵向位置 1.4.2.2载重量重心纵向位置载重量DW各部分的重心纵向位置，可根据总布置图上各部分载重量所处的位置并考虑船型特征进行估算，汇总后可求的载重量的重心纵向位置。将上述计算列成下列表格进行计算表1-2 载况重量和重心位置计算（满载出港）项目重量 Wi/t 重心距船中xGi/m 重心距中线yGi/m 重心距基线zGi/m 空船 1969.2 -3.802 0 6.796 供给品 15.753 -49.560 0 7.183 燃油 236.5 -40.137 0 3.799 淡水 112.616 -53.918 0 6.515 滑油 9.26 -47.721 0 7.161 货物 6500.00 5.469 0 3.900 其他 8.913 -38.2626 0 15.239 总计∑ △=8852.70 xG=1.144 yG=0 zG=4.610 上述所用的计算公式取自《船舶设计原理》第三章。满载出港时新船的重心位置： m m 表1-3 载况重量和重心位置计算（满载到港）项目重量 Wi/t 重心距船中xGi/m 重心距中线yGi/m 重心距基线zGi/m 空船 1969.2 -3.802 0 6.796 供给品 1.5753 -49.560 0 0.718 燃油 23.65 -40.137 0 0.380 淡水 11.262 -53.918 0 0.652 滑油 0.926 -47.721 0 0.716 货物 6500.00 5.469 0 3.900 其他 0.891 -38.2626 0 1.524 总计∑ △=8507.96 xG=3.044 yG=0 zG=4.569 上述所用的计算公式取自《船舶设计原理》第三章。满载到港时新船的重心位置： m m 表1-4 载况重量和重心位置计算（压载出港）项目重量 Wi/t 重心距船中 xGi/m 重心距中线yGi/m 重心距基线zGi/m 空船 1969.2 -3.802 0 6.796 供给品 15.753 -49.560 0 7.183 燃油 236.5 -40.137 0 3.799 淡水 112.616 -53.918 0 6.515 滑油 9.260 -47.721 0 7.161 压载水 2508.11 20.805 0 1.457 其他 8.913 -38.2626 0 15.239 总计∑ △=4860.352 xG=5.671 yG=0 zG=3.905 上述所用的计算公式取自《船舶设计原理》第三章。压载出港时新船的重心位置： 5.671m 3.905m 表1-5 载况重量和重心位置计算（压载到港）项目重量 Wi/t 重心距船中 xGi/m 重心距中线yGi/m 重心距基线zGi/m 空船 1969.2 -3.802 0 6.796 供给品 1.584 -48.479 0 0.718 燃油 23.65 -39.262 0 0.380 淡水 11.262 -52.742 0 0.652 滑油 0.926 -46.681 0 0.716 压载水 2508.11 20.805 0 1.457 其他 0.891 -38.2626 0 1.524 总计∑ △=4515.623 xG=9.526 yG=0 zG=3.777 上述所用的计算公式取自《船舶设计原理》第三章。压载到港时新船的重心位置： m m 2、性能部分 2.1 设计船的型线图绘制型线图是船舶设计、计算和建造的重要依据，因而是关系到船舶全局的一张图纸。型线图所表示的船体外形为船体型表面，表示了船体的形状和大小，还是计算船舶航海性能，绘制其他船舶图样，进行船体放样的主要依据。在船舶静力学中，型线图和型值表是计算船体形状各项参数和静水力性能的主要依据。此次计算是根据母型船型线进行仿氏变换，得出设计船的型线图。. 1.3.1型线图见（图120607005-01） 1.4 确定设计船的型值设计船与母型船为同类型船，所以根据母型船的型值表作图，按仿氏法变换母型船的型线图，(在1.2.4中仿氏变换系数已经确定)重新划分纵剖线，然后根据新生成的型线图，读出新船的型值。型值见附图(1-1 ) (1-2) 表1-1母型船型值表站号半宽高度船底线 500WL 1000WL 2000WL 3000WL 4000WL 5000WL 6000WL 7000WL 主甲板边线船楼甲板边线舷墙顶线 2000 纵剖线 4000 纵剖线 6000 纵剖线主甲板边线船楼甲板边线舷墙顶线尾封板 —— —— —— —— —— —— —— 1268 3327 4696 6000 6000 6230 7687 11150 8641 11150 12250 0 —— —— —— —— —— —— —— 3012 4244 5374 6544 6544 5510 6756 9691 8550 11050 12150 1 255 879 1077 1283 1647 2413 3824 4930 5720 6482 7287 7273 3558 5134 7445 8384 10884 11984 2 720 2451 2967 3647 4405 5269 6009 6543 6976 7326 7770 7770 259 2482 4987 8223 10723 11823 3 1907 4195 4995 6033 6724 7159 7435 7633 7783 7894 —— 7914 69 416 1961 8098 —— 9207 4 4236 6006 6814 7513 7825 7941 7976 8000 8000 8000 —— —— 69 146 497 7993 —— —— 5 6374 7324 7777 7971 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7892 —— —— 6 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 7 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 8 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 9 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 10 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 11 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 12 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 13 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 14 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 15 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7857 —— —— 16 6590 7487 7849 7986 7997 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7970 —— —— 17 5880 6891 7328 7566 7699 7793 7858 7908 7966 8000 —— —— 69 146 230 8112 —— —— 18 4109 5165 5570 5987 6242 6460 6671 6888 7138 7514 —— 7916 69 146 2048 8255 —— 9650 19 1457 2766 3291 3839 4093 4218 4244 4189 4511 5360 6718 7204 138 2560 9448 8459 10644 11391 20 —— 321 996 1687 1947 1988 1607 187 312 1632 3659 4666 9133 11156 —— 8677 10843 11753 表1-2新船型值表站号半宽(mm) 高度(mm) 船底线 500WL 1000WL 2000WL 3000WL 4000WL 5000WL 6000WL 7000WL 主甲板边线船楼甲板边线舷窗顶线 2000纵剖线 4000纵剖线 6000纵剖线主甲板边线船楼甲板边线舷墙顶线尾封板 —— —— —— —— —— —— —— 1210 3347 4697 6000 6000 6230 7687 11150 8641 11150 12250 0 —— —— —— —— —— —— —— 3023 4239 5388 6548 6548 5510 6756 9691 8550 11050 12150 1 305 910 1160 1332 1709 2480 3877 4967 5725 6468 7287 7273 3471 5094 7397 8380 10880 11980 2 791 2526 3056 3746 4463 5351 6088 6584 7023 7327 7774 7774 257 2326 4850 8217 10717 11817 3 2049 4317 5130 6167 6838 7244 7498 7648 7821 7913 —— 7964 69 380 1825 8090 —— 8965 4 4470 6156 6940 7590 7868 7951 7966 8000 8000 8000 —— —— 69 146 445 7985 —— —— 5 6492 7401 7777 7997 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7878 —— —— 6 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 7 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 8 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 9 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 10 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 11 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 12 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 13 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 14 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7800 —— —— 15 6648 7507 7882 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7847 —— —— 16 6610 7495 7849 7986 7997 8000 8000 8000 8000 8000 —— —— 69 146 223 7959 —— —— 17 5925 6967 7395 7624 7746 7836 7894 7931 7981 8000 —— —— 69 146 223 8102 —— —— 18 4212 5225 5669 6075 6312 6548 6757 6968 7211 7535 —— 7920 69 146 1736 8248 —— 9483 19 1516 2821 3342 3887 4141 4267 4304 4265 4265 5424 6763 7224 137 2367 9317 8454 10448 11382 20 —— 321 996 1687 1947 1988 1607 187 312 1632 3659 4652 9131 11154 —

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