750TEU集装箱多用途船结构强度设计【开题报告】.doc

1、 1 毕业论文开题报告 船舶与海洋工程 750TEU集装箱多用途船结构强度设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： (一 )国内外研究动态 随着美国金融危机的爆发，世界经济贸易形势将发生重大变化，进而会导致世界贸易海运量增长减缓，引发国际航运市场动荡。面对充满变数的航运市场，船东们订造新船时最为关注的是何种船型运营风险较低而盈利能力较高。而多用途船就是在世界贸易形势捉摸不定、海运形势动荡多变的形势下产生的，是一种能载运“不确定性”货物、扩大船舶使用范围 、适应不断变化形势的船型。因此，在目前这尚不 明朗的世界经济贸易形势下，多用途船将是船东们较为理想的运营船型之一。 1 根据

2、英国克拉克松研究公司的统计，目前，世界多用途船船队规模为 2811 艘 、2541.6 万载重吨。在船龄方面，长达多年的发展停滞使得多用途船队的结构失衡，尤其是船队老龄化问题显著，船队平均船龄已经达到 16 年，其中，船龄在 20 年以上的有 1099艘 ,占了 39%的比重。所以，未来该型船队将面临很大的拆解更新需求。在船型构成方面，多用途船队吨位偏小，主要以 1 万载重吨以下的船舶为主，总计达到了 1976 艘，占了70.3% 的比重。但是，随着船东对 船舶吨位需求不断增大等因素的影响，目前，多用途船队正逐步朝着大型化方向发展， 1 万载重吨以上船舶的比重逐步提高，最大吨位已达到了 4 万

3、载重吨。 1 国内方面，为适应开发南半球的需要、适应复杂多变的航运市场的变化，开发功能全、装载量大、适应能力强的新型集装箱多用途船迫在眉睫。根据不断了解的信息和情 况，国内某设计院先后多次修改了设计方案，通过尺度优化并反复进行船模试验，船型为载重量 30000 吨、服务航速 19. 4 节。该船具有航速快，自身起重能力大，揽货能力强，兼备旅游功能，自动化程度高，环保和安全性好的显著特点 。并且已被国际航运界命名为 “ Super flex”（超灵便型）船型，被国际著名航运报刊和杂志如 L loyd s L ist （劳氏航运）、 Solutions （航运方案）、 Sch iff & Haff

4、en (船舶与港口 )、 Han sa (汉莎航运 )、 Naval Architect (造船师 )等反复报道和介绍，并被英国皇家造船师学会选为 2001 年杰出船型之一。 2另外通过对长江流域水文资料和 5000 吨级江海联2 运船舶资料的分析，结合目前国内外江海联运船舶设计的经验及长江运输的实际条件，还有一种新概念的 5000 吨级江海联运新船型。 3 (二 )选题的依据和意义 集装箱 多用途船具有较大的集装箱接受能力和较大的包装容积，能够装载大宗货物和工程上所需的笨重货物，起货机容量甚至高达 80t，航速也不慢，对于类似载箱量的全集装箱船，其造价也较低，特别是一些工程货物运输需求的市场

5、，多用途 船舶 市场具有无法替代的优势 。 4比如在航运费率方面，这几年集装箱多用途船的租金收益一直较为可观，而集装箱船航运费率却急速下滑。以 1.7 万载重吨和 9000 载重吨的多用途船为例， 2008 年 78 月，它们的日租金分别为 22000 美元一天和 14000 美元一天，处于较高水平， 10 月份国际航运市场波动较大，这两种船型的租金虽然有所下滑，但仍保持在 16000 美元一天和 10000 美元一天，均高于以往几年的租金水平。可见，较低的建造成本和较高的租金水平，使多用途船受到船东的青睐。 1在航运市场兴旺之时，多用途船能够为航运公司创造较高的收益；而在世界贸易形势捉摸不定

6、，海运形势动荡多变之时，多用途船又能适应多变的形势，为航运公司的生存赢得一席之地。相信在未来，将有更多的船东会将目光投向这种具备较高经济性的船舶，积极发展多用途船队。 1 7 13 船舶 的结构强度设计一般采用规范设计和直接计算方法来完成。 直接计算法使得过去许多结构力学无法解决的问题迎路而解。并且直接计算方法可以从整体上反映结构的应力发布情况，可以实现全局优化，改变了传统的把总强度分开的做法。有限元法很早就被引入到船体结构强度分析中，经过几十年的积累，船体结构有限元分析已经得到广泛的应用，但是对双体船整船有限元分析而言，如何建立一个能反映结构实际承力状况以及准确反映应力分布的计算模型仍然存在

7、一系列的实际问题 。10 有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法，以其 在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用，特别是在材料应力、应变的线性范围内更是如此。在船舶设计领域，越来越广泛地应用于船体结构的强度计算及校核。有限元分析的基本研究方法可以概括为“ 结构离散单元分析整体求解”的过程。 56结合 Patran 软件可以高效准确地建立分析结构的三维实体模型，自动或手动生成有限元网格，建立相应的约束及载荷工况，并自动进行有限元求解，对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出，对结构的动态特性做出评价。它包括静力分析、屈3 曲分析、动力学分析、灵敏度分析

8、、热 传导分析和流 固耦合分析等众多功能模块。 8 9基于上述因素，本课题可利用 MSC.Nastran/patran 有限元通用软件，建立 750TEU 集装箱多用途船有限元模型，并对其进行计算和分析，使其结构强度优化。 不过 本次研究还是采用规范法。其原因如下：规范设计中，其基本思想是将船体骨架全部离散成单个单跨杆件，以支柱 、 舱壁或是舷侧作为支承边界。在规定的计算压头下，依据结构强度（弯曲和剪切）理论，单个杆件需满足一定的强度，刚度和稳定性要求，再考虑其安全系数，确定构件的剖面模数和弯曲惯性矩。所以规范中一般给出 的构件剖面模数和惯性矩的算式，其边界一般是简支或刚性固定，运用起来简便可

9、靠，强度也能保证，还有规范设计方法简单 、 实用，这就是规范的优势。 10 11直接计算法能全面核校结构的应力、屈服和疲劳，做到布置结构合理，使结构更加安全可靠。对于船厂来说，最大的收益是减少空船重量，节省钢材，所以直接计算法也是今后结构设计的一个趋势。 12 13 14 15 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 1、总体部分 1) 任务书与母型资料分析；排水量及主要尺度确定 2) 总布置设计与总布置草图 3) 总布置正式图 2、船 体结构部分 1) 熟悉结构规范与规范设计计算 2) 绘制基本结构图 3) 绘制 中 横剖面 图 4) 强度校核 三、研究步骤、方法及措施 研究步骤 方法及措施

10、 1.任务书与母型资料分析；排水量及主要尺度确定 母型船改造法 2.总布置设计，绘制总布置 参考母型船资料 3.熟悉结构规范与规范设计计算 参照 2006 钢制海船入级 规范 4 4.绘制基本结构图 参考母型船资料和设计船 总布置图 5.绘制 中 横剖面 图 根据结构 设计 计算书和基本结构图 6.强度校核图 根据结构 设计 计算书和基本结构图 四、 参考文献 1 蔡敬伟 . 极具 经济性与发展前景的船型多用途船 J. 船舶物资与市场， Marine Equipment/Materials & Marketing， 2008（ 5） :29-31 . 2 胡劲涛、王刚毅、郭亨翔 . 30000

11、 吨多用途船系列开发 J. 船舶设计通讯， Journal of Ship Design， 2003（ 22） :8-14. 3 蒋天芳、纪洪山 . 新型 5000DWT 级江海直达多用途船船型推介和设计概论 C.重庆：中国造船工程学会， 2006:57-61. 4 顾敏童 .船舶设计原理（第二版） M.上 海：上海交通大学出版社， 2001： 100. 5 郑云龙 .大型船舶结构有限元静动力分析方法及软件系统 J .船舶工程 .1998（ 3）： 9-11. 6 施丽娟、崔维成 .集装箱船舱口角隅应力集中系数的有限元分析的精度 J .中国造船 .2003 (1)： 31-37. 7 中国船级

12、社 .钢质海船入级与建造规范 M .北京：人民交通出版社， 2003. 8 冯坚、谷家扬 . 336TEU 集装箱船横向强度有限元直接计算 J. 江苏船舶， Jiangsu Ship, 2010（ 02）： 2-8. 9 陈庆强、江南、朱胜昌、胡劲涛、吴斌 . Finite Element Calculation of Three Dimensional Hold Section Strength of 30000 DWT Multipurpose ShipJ. 船舶力学， Journal of Ship Mechanics， 2000（ 6）： 51-59. 10 王杰德、杨永谦 .船体强度

13、与结构设计 M .北京： 国防工业出版社， 1993. 11 周执平 .4350DWT 多用途集装箱船双层底结构的重货强度计算 J.中外船舶科技，Shipbuilding Science & Technology， 2002（ 2）： 7-13. 12 陈灏、罗展贤 .21000-22600DWT 多用途集装箱船结构设计和直接强度计算 J.船舶，SHIP & BOAT， 1999（ 4）： 19-25. 5 13 胡关德、王刚毅 . Introduction of the Design and Characteristic of MPV J. 船舶设计通讯， Journal of Ship D

14、esign， 2010（ 123）： 20-25. 14于宝海 ,肖熙 . 船舶结构优化设计 M. 上海 :上海交通大学出版社 ,1986. 15曾广武 . 船舶结构强度计算及优化设计 M. 武汉 :华中工学院出版社 ,1985. 五、研究工作进度： 进度 任务 2011.01.01-2011.02.25 看相关书籍和资料，积累相关知识，完成开题报告、文献综述、外文翻译 ； 2011.02.25-2011.03.01 熟悉任务书，进行资料收集，初定方案； 2011.03.01-2011.03.15 任务书与母型资料分析；排水量及主要尺度确定 ； 2011.03.15-2011.04.01 总布置设计与总布置草图 ； 2011.04.01-2011.04.15 总布置正式图，完成总体部分 ； 2011.04.15-2011.05.15 熟悉结构规范与规范设计计算，进行结构计算、总纵强度校核、绘制基本结构图 ； 2011.05.15-2011.06.01 绘制主要横剖面图 ； 2011.06.01-2011.06.10 完善 毕业论文、设计图纸与论文打印，装订 ，整理成稿、制作 PPT文件、准备毕业答辩。