11500DWT成品油船结构强度设计【毕业设计】.doc

1、东海科学技术学院本科毕业论文 目录 1 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 11500DWT 成品油船结构强度设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 东海科学技术学院本科毕业论文 目录 2 目 录 摘 要 . 2 第一章 绪 论 . 4 第二章 总体部分 . 8 2.1 设计要求和新船资料 . 8 2.1.1 设计任务书 . 8 2.1.2 新船舱室分布情况 . 9 2.2 型线生成 . 10 2.3 总布置图 .11 第三 章 结构部分 .11 3.1 结构规范设计计算 .11 3.1.1 外板 .11 3.1.2 甲板 . 16 3.1

2、.3 双层底 . 18 3.1.4 双壳结构 . 22 3.1.5 甲板骨架 . 28 3.1.6 非水密支承舱壁 . 33 3.1.7 水密舱壁 . 34 3.1.8 平面油密纵舱壁 . 36 3.1.9 槽形油密舱壁 . 39 3.1.10 支柱 . 41 3.1.11 深舱 . 42 3.1.12 船端加强 . 47 3.1.13 特殊要求 . 48 3.2 主要构件汇总 . 48 3.3 总纵强度校核 . 50 第四章 总结与讨论 . 53 参考文献 . 54 致谢词 . 55 东海科学技术学院本科毕业论文 摘要 2 11500DWT 成品油船结构强度设计摘 要 本次毕业设计是对 11

3、500DWT 成品油船结构强度设计， 整个设计过程中要求对该船舶的主要要 素作出确定。该设计阶段涉及全船的主要技术形态的建立和各项性能指标的确立。包括船体型线的确定，船舶初稳性计算 ,船体结构计算和相关图纸绘制。 本船为单机 ,单桨 ,双底 ,双壳的尾机型成品油船 ,有艏楼及艉楼。航区没有限制，主要运载成品油。该船有 2 个特点：（ 1）这种船为双底双壳 ,由于是海远航行所以要求双壳 .；（ 2）与母型船相比，该船选择的主尺度和线形使其略肥胖，降低了建造成本和提高了载重量。 【关键词】 成品油轮；总体设计；结构强度设计；尺寸确定 东海科学技术学院本科毕业论文 摘要 3 Structural S

4、trength Design Of 11500DWT Oil Tanker AbstractThis article introduces the structure strenth design of 11500 DWT oil tanker. It is required that this whole task requires to determine the main dimension of the ship. During the period principal dimension, overall performance, stability, hull structure

5、should be finished. This is oil tanker has a double hull, double bottom,single propeller and single engine. It has after/fore attic. There is no limitation of navigation zone for the ship .It carries oil. The ship has two features: (1)this ship has two hulls because it runs include sea and river,so

6、there is a need for strength. (2) contrary to the original ship, the principal of the new ship lower the cost of building, and makes the operation more economy. Keyword oil tanker; overall design ;structural strength design;size determination 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 4 第一章 绪 论 1930 年的世界商船队中，油船吨位只占总吨位 1/10，

7、 1980 年上升为 1/2。 1983 年初 ,各种油船的载重量达到 3.3 亿吨。油船吨位的剧增主要在于油船大型化。 50 年代， 3 4 万吨的油船已被认为是 “ 超级油船 ” 。 60 年代中期，就出现了 20 万吨以上的超大油船和 30万吨以上的特大油船。 70 年代又出现了 50 万吨以上的大油船。石油危机发生和苏伊士运 河恢复通航后 ,这种趋势已经停止 ,许多大型油船正面临拆毁的命运。在油船大型化的同时，也出现了装运煤炭、矿砂、谷物等的干散货船的大型化。 60 年代末，大型散货船的载重量超过 10 万吨，最大的已达 17 万吨。从 50 年代后期起，建造了能兼装原油和干散货的兼用

8、船，如油散船和油散矿船等。 油船的飞速发展对船舶的结构性强度做出了新的要求。 油船的飞速发展对船舶的结构性强度做出了新的挑战。 1989 你那 Exxon Valdes 油船在PRINCE 水域由于操作失误触礁，船底和舱壁系列，形成 10 米长的裂口，流出 26000t 原油。由于这次事 故，附近海域产生了灭绝的生态破坏。据推测，死亡了几千头海洋哺乳类和 25万只鸟类，清理海域花费了 22 亿美元的费用，海难保险金额 5 亿美元，剩余部分由船主和货主负担，这一事件引起了业界人士的广泛关注。经过国际海事组织一系列研究探讨，终于在 1993 年 7 月 6 日开始实施新条约。该条约要求是载重量 5

9、000 吨以上的新船必须采用双壳舷侧和双层底结构或相当于双壳结构同等作用的结构形式。这个条约就是修正的MARPOL73/78 条约，是油船发展史划时代的文件。今后的油船设计必须遵守这一条约。 日前，交通运输部下发的关于加强国内沿 海成品油运输市场宏观调控的公告提出，将严格控制批准新增国内沿海省际成品油船运力，鼓励现有经营者将自有船舶退出国内省际成品油运输市场。交通运输部表示，今年以来，国内沿海省际成品油运输市场经营者和船舶运力快速增长、过度竞争的趋势已经显现。数据显示，今年以来，已取得交通运输部批准正在建造或即将建造的油船共 367 艘，占现有总运力规模的 32%，批准筹建尚未开业的经营主体数

10、量为 100 家，占现有经营主体的 42%。据了解，交通运输部下一步将严格控制国内新建、国外购置和光租、中国籍国际航行船舶转入国内运输以及省内运输船舶转 为省际运输等行为。 当今世界，油船的载重量两极化趋势很明显，作为远途运输大型游船以其成本优势活跃在各大海域，小型油船又以其方便快捷深受船东们的喜爱，小型油船主要用于分流，和用于东海科学技术学院本科毕业论文 正文 5 从大型游船分流原油或是成品油运往石油的消费地，中型油船则由于其兼具两家所长，也备受青睐。本次设计的油船载油量是 115000t，航区无限制，载重量相对于那些大型油轮并不明显，但在中小型油轮中具有很大的实用性。 改革开放以来，中国经

11、济持续高速增长，带动了石油的快速消费，尽管中国原油生产占世界排名的第八位，但是巨大的消耗让国内石油供不应求 ，中国石油进出口逐年有较大幅度增加是不可避免的，因此油船业的发展不可避免，对于油船的安全性要求也作出了更高的要求，对于各种吨位的油船的结构强度设计也更显重要性。 当前 , 国内的造船企业在激烈的国际、国内双重竞争的压力下 , 企业的生存和发展面临着严峻的挑战。船厂如能对船东的询价及时作出迅速的反应 , 开发适合船厂技术特点的优化船舶产品 , 是极为重要的。本论文将对于油船中的 11500DWT级的油船进行讨论。 油船结构的强度分析一般有总纵强度与横向强度两部分。由于油船结构的特点 , 其

12、横强度分析显得十分重要 , 而在横 强度分析中 , 应该考虑纵向构件的变形对横向框架强度的影响。对于油船的结构设计 , 现在一般认为还必须用有限元法进行直接计算 对立体舱段(或整个货舱区 ) 进行三维空间刚架的有限元分析计算 , 得到各种载荷工况下结构节点上的位移和节点力 , 再将上述节点位移或节点力施加到横向框架上 , 进而对平面框架结构进行二维有限元分析 , 求得强肋骨框架的应力状态。由于油船结构的类型较多 , 所以分析的计算模型也有差异 , 比如分析纵强度时可采用舱段板梁或全船板梁或梁系的有限元计算模型。显然全船有限元分析的方法工作量巨大 , 对计算机的 要求较高 , 在设计计算中受到限

13、制。对于油船结构的分析 , 目前有许多不同的计算方法。例如 , 总纵强度的计算一般采用传统的船体梁法或压缩平面板架法 , 它们均采用近似等效的合成应力方法来求得纵向构件的内力 ; 在横强度的计算中 , 为了获得强肋骨框架平面上各点应力的精确值 , 一般都采用平面有限元法分析 ; 而纵向构件对横框架的支持也有多种表达形式 , 突出的代表是强迫位移法和等效纵向压缩法 , 后者是一种近似的方法 , 其合理性及精确性影响了所求得的横强度的可靠性。 一种综合考虑油船结构纵横强度的实用的有 限元直接计算方法。原则上说 , 如果可以将油船结构的所有纵向构件及横向构件都合理地离散成为足够细的有限元网格 , 对

14、油船进行全船有限元分析 , 则无所谓纵横强度的区分 , 结构的纵向强度和横强度可同时进行 , 自然考虑了纵向构件对横向构件强度的影响 . 但是 , 对全船结构进行有限元离散 , 又不能忽略必要的细节 , 一是工作量巨大 , 二是对计算机容量和速度的要求太高 . 实践证明这样做是没有必要的 , 因为无论在何种装载条件和波浪条件下 , 从弯曲状态下横强度的角度来说 , 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 6 考虑到船体所受到的弯矩和剪力的分布 , 在船中附近货油舱的 横向构件之应力状态显然总是最危险的 . 只要这些构件的强度能够得到满足 , 则全船的横强度是可以满足的 . 所以对油船结构横强度的分

15、析和评估关键在于当最危险的装载和波浪条件时船中附近货油舱的横向构件的强度是否满足要求 .把这些舱室从整船结构中隔离出来是容易的 , 而且从计算机容量和速度的角度来看 , 在这个隔离体上可以将有限元网络划分得足够细 , 从而得到比较精确的应力分布 . 只要能够将外载荷合理地施加到该隔离体之上 , 建立一个合理的比较符合实际的计算模型 , 就可以准确地分析油船结构的横强度 。 油船由于上甲板是封闭的，船 体梁剖面上下沿地有效面积相当，不会出现上甲板应力难满足要求的情况。但是，由于内壳往往终止于舱前端壁处，且为了施工方便将舭部设计为横骨架势，造成此处船底屈曲问题突出和剪应力过高。为了解决此问题，本船

16、对油舱前端舭部外板局部加厚，同时内壳向机舱内延伸至燃油舱，并作为燃油舱的纵向外壳，既解决了船体强度问题，又对船体燃油舱实施了保护。 在初步设计阶段 , 先取规范规定的最小静水弯距值进行设计 , 当根据实际装载状态而确定的静水弯距值大于上述静水弯距值时 , 应采用大者。可见 ,合理地分舱和调整装载 , 可以降低静水弯距 , 对减 轻船体结构重量具有重大的影响 , 所以一般应把装载状态调整到使实际静水弯距值小于或等于规范规定的最小静水弯距值为好。 纵骨架式双层底构件除了满足中剖面模数外 ,尚应考虑局部强度要求 , 在决定骨材的间距、实肋板和底部纵桁的位置时 , 应使得整个双层底板架达到应力分布较均

17、匀 , 便于施工实肋板间距过大 , 导致纵骨尺寸相应增大 , 重量增加 , 而且使得本已较大的底部舯剖面模数更为富余 ; 且使中和轴的位置更低 , 船体梁的质量分布更不合理 ; 另外 , 实肋板间距过大 , 单个实肋板的负荷更大 , 导致实肋板板厚增加 , 特别是在肋板的 端部。 油船结构存在着危险区，这些危险区在船舶使用期内容易造成局部损坏，其原因主要是由应力集中造成的高应力。 本船的结构危险区有：纵、横槽形壁与内底板、上甲板相连接的部位；内底板与底边舱斜板相交处；内壳纵壁与底边舱斜板相交处及与顶边舱斜板相交处；舷侧强框架下端的板格；顶边舱斜板与主甲板相交处等等。以上这些部位，我们采取了下述

18、方法，来减少对结构的不利影响：槽形横壁在甲板、双层底内分别对应以强横梁、实肋板；槽形纵壁在甲板、双层底内分别对应以甲板纵桁、底部纵桁；纵、横槽形壁的斜板在甲板、双层底内分别有肘板对应；内 底板与底边舱斜板相交等节点在舯剖面图上绘出供送审认可；舷侧强框架下端的板格选择高强度钢；顶边舱斜板与主甲板相交处加设肘板；在设计中，我东海科学技术学院本科毕业论文 正文 7 们要求以上所述构件在结构上对齐，在向施工部门交底时，要求他们严格控制以上部位的建造公差，加强精度管理等。将一些应力集中小、抗疲劳强度好的结构结点应用于以上部位。 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 8 第二章 总体部分 2.1 设计要求和

19、新船资料 2.1.1 设计任务书 (1)主要参数： 船名： 11500DWT 成品油船 航区： 无限航区 用途： 本船载重量约为 11500 吨，该船适合散装载运闪点 60 度及以下的纯净 成品油，包括柴油，汽油，航空汽油，也可以装运闪点 60 度以上的成品油及原油。 (2)设计内容 1. 结构规范设计 2. 中横剖面校核 3. 相关图纸绘制（型线图、总布置图、基本结构图、典型横剖面图） (3)设计资料 1. 母型资料：总布置图、型线图、基本结构图、典型横剖面图、典型舱壁图等图纸与船体说明书、 船体结构计算书、总纵强度计算书、 主要设备明细、船舶重量参考资料； 2. 法规与规范： （船舶与海上

20、设施法定检验规则（ 2004）、钢质海船入级与建造规范（ 2006） ； 3. 参考书与设计资料 :船舶设计 原理、船舶阻力、船舶推进、船舶结构、船舶设计实用手册等。 (4)主要尺度确定 本船为 11500DWT 成品油船， 为钢质单机、单桨、单舵、尾机型、方尾、单甲板、双壳、双底，柴油机驱动的纵骨架式油船，具有球鼻首线型。设有首楼和尾楼 ,尾楼甲板以上设有四层甲板室。由尾楼到首楼的货舱区域设 10 个货舱 ,2 个污油水舱，货舱区域为双壳双底结构，边舱及双层底舱用作压载水舱。 表 2-1 设计船舶主尺度 总长： 134.00m 两柱间长： 126.00m 东海科学技术学院本科毕业论文 正文

21、9 型宽： 20.00m 型深： 10.20m 设计吃 水： 8.00m 肋距： 0.7m 船员 5P 主甲板 艉楼甲板 2.80m 艉楼甲板 艇甲板 2.80m 艇甲板 驾驶甲板 2.80m 驾驶甲板 罗经甲板 2.60m 方形系数 LBdCb = 820134 9.15783 =0.74 式中： 相应于夏季载重线吃水时的型排水体积， m3； L 船长， m； B 船宽， m； d 设计吃水， m。 船级与船籍： CCS 中国 船体结构 (材料 结构形式等 )： 钢质焊接 、纵骨架结构形式 设备要求： 按法规和规范要求配置 2.1.2 新船舱室分布情况 表 2-2 舱室划分 序号 舱室名称 数量 所在部位 1 驾驶室 1 驾驶甲板 2 船长室 1 艇甲板 3 轮机长室 1 艇甲板 4 储物舱 1 艉楼甲板