船舶与海洋工程毕业设计：多用途集装箱船稳性校核.doc

1、本科毕业论文（20 届）多用途集装箱船稳性校核所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录II目 录摘 要 .II1、绪论 .11.1 引言 .11.2 多用途集装箱船的运输优点和发展前景 .11.3 国内外多用途集装箱船的稳性研究现状 .32、性能及初稳性 .52.1 母型船的主尺度 .52.2 新船的主尺度确定 .52.3 新船的主尺度 .62.4 绘制型线图 .72.5 静水力计算与静水力曲线绘制 .92.5.1 静水力计算 .92.5.2 静水力曲线图绘制 .202.6 总布置设计 .222.6.1 船型概况 .222.6.2

2、 总布置设计内容 .222.6.3 总布置图绘制 .252.7 重量和重心计算 .252.8 浮态及初稳性计算 .273、大倾角稳性 .303.1 绘制乞氏横剖面图 .303.2 大倾角稳性计算 .313.3 稳性横截曲线 .513.4 绘制静稳性曲线 .513.5 绘制动稳性曲线 .543.6 进水角 .573.7 稳性衡准数 K .58本科毕业论文 目录III3.7.1 最小倾覆力臂 lq 计算 .583.7.2 风压倾斜力臂 lf 的计算 .633.8 稳性校核 .644、总结 .65致谢 .65参考文献 .66外文翻译 .67本科毕业论文 摘要IV摘 要集装箱船运输是一种高效的现代化运

3、输方式，是现代化运输业发展的必然趋势。但由于集装箱船在设计上与其他船舶不同，加上实际装载情况的多变性，使稳性问题比其它船舶更为突出。本文根据多用途集装箱船的一些结构特点，完成了对多用途集装箱船的性能和初稳性计算。主要对船舶的大倾角稳性进行了研究，并对船舶稳性衡准数 K 进行校核。集装箱船稳性校核的问题主要可分为两部分，第一部分是性能和初稳性计算，主要是静水力计算和静水力曲线绘制，以及总布置设计和重量重心计算，其结果基本尺度符合规范要求。第二部分是大倾角稳性，主要讨论了静稳性、动稳性和稳性校核，并依据静稳性曲线、动稳性曲线等对稳性衡准数 K 进行了判定，判定结果稳性符合要求。【关键词】集装箱船；

4、初稳性；大倾角稳性；稳性衡准。本科毕业论文 摘要VMulti-purpose container ship stability of the checkAbstractContainer ships transport is a kind of efficient modern transportation,its an inevitable trend in the development of modern industry.But because of the container ships design is different with other ships,plus the lo

5、ading is changeful,this make the stability of the ship is more serious.The text according to some container ships structure characteristics,finished calculating the performance and the stability of the container ships.Mainly discussed the ships big obliquity stability,and checked the K of the ships

6、stability coefficient.The problem of checking the container ships stability can be divided into two parts.The first part is the performance and the stability of the calculation,mainly is the static hydraulic calculation and the curve drawing,and the layout design and the ships weight gravity calcula

7、tion.The second part is the big obliquity stability,this part mainly discussed the static stability and dynamic stability of the ship.And estimated the K on the basis of the curve with the ships static stability and dynamic stabilityKey Words Container ship,initial stability,big obliquity stability,

8、checking stability本科毕业论文 正文11、绪论1.1 引言集装箱船是上世纪 50 年代发展起来的一种新型以集装箱为装运单位的货船，集装箱船是一种新型的船舶，可分为全集装箱船和半集装箱船两种，它的结构和形状跟常规货船有明显不同。它外形狭长，单甲板，上甲板平直，货舱口达船宽的 7080，上层建筑位于船尾或中部靠后，以让出更多的甲板堆放集装箱，甲板一船堆放 24 层，舱内可堆放 39 层集装箱集。装箱化也是一种高效的现代化运输方式，是现代化运输业发展的必然趋势，发展很快。随着贸易的发展，单件杂货及部分散货的集装箱化率的提高，集装箱运量一直呈现持续增长的态势。然而由于集装箱船在设计上

9、与其他船舶不同，加上实际装载情况的多变性，往往使稳性问题比其它船舶更为突出。近年来，集装箱船沉没，特别是航行中集装箱坠海事故增多，已引起人们的广泛关注。1.2 多用途集装箱船的运输优点和发展前景集装箱船没有内部甲板，机舱设在船尾，船体其实就是一座庞大的仓库，可达 300 米长，再用垂直导轨分为小舱。当集装箱下舱时，这些集装箱装置起着定位作用，船在海上遇到恶劣天气时，它们又可以牢牢地固定住集装箱。因为集装箱都是金属制成，而且是密封的，里面的货物不会受雨水或海水的侵蚀。集装箱船一般停靠专用的货运码头，用码头上专门的大型吊车装卸，其效率可达每小时 10002400 吨，比普通杂货船高 3070 倍。

10、因此为现代船运业所普遍采用。集装箱运输，特别是在海洋运输中具有许多优点：第一，可以节约装卸劳动力，减少运输费用。一般货船采用单件或小型组合件形式装运，费力又费时。集装箱船采用国际统一规格的集装箱运输货物，打破了一捆、一包单件装卸的传统形式，大大减轻装卸工人劳动强度，加快了装卸速度，减少人工装卸费用。同时把要运输的零散货物装载箱子里，便于机械化装卸，大大缩短了船只在港口停泊的时间和货物在仓库存放的时间，加快了货物运送的速度，降低了运输费用；箱子规格统一，在同容积船上装的货物也多，增加了运输量。第二，利用集装箱船运输，可以减少货物的损耗和损失，保证运输质量。这是因为货物在生产工厂里就装进一只只集装

11、箱，中途经公路、铁路、水上运输，均不开箱，可把货物直接运到用户手中。这样，可减少货物在运输途中损耗和遗失，还可节约包装费用。第三，集装箱船装卸效率高。一艘集装箱船的货物装卸速度大约是相同吨位的普通货船本科毕业论文 正文2三倍左右，而大型高速集装箱船的装卸速度差不多是同吨位普通货船的 45 倍。这样，可减少船舶停靠码头时间，加快船舶周转，提高船舶、车辆及其它交通工具的利用率。同时散装运输和采取简单包装的包装材料多一次性使用；而集装箱则可多次使用，并可减少装箱和拆箱费用，降低货运费用。由于集装箱船进行集装箱运输具有上述优点，所以，集装箱船和集装箱运输得到迅速发展。同时，集装箱船的出现，对港口、码头

12、又提出了新的要求。于是，出现了传送带、货架搬运车、铲车及各种形式装卸机，还出现专门停靠集装箱船的码头。集装箱船码头又长又宽，可停靠各种类型的集装箱船，码头上还有相当宽大的堆放集装箱的场地。集装箱运输时当今国际贸易货运的主要方式之一。近 50 年中，集装箱货量的增加在各类海运货物中名列前茅，集装箱船队的发展速度亦非常迅猛，尤其是 21 世纪以来，船队以每年两位数的速度不断增长。最早运输集装箱的是由油船改装的改装船。随后几年中，承担海上集装箱运输的是既能装载集装箱也能装载杂货的半集装箱船。第一艘集装箱船是美国于1957 年用一艘货船改装而成的。它的装卸效率比常规杂货船大 10 倍，停港时间大为缩短

13、，并减少了运货装卸中的货损量。从此，集装箱船得到迅速发展，到 70 年代已成熟定型。按照集装箱船的发展情况可分为第一、二、三、四、五、六代集装箱船：20 世纪 60 年代，横穿太平洋、大西洋的 1700020000 总吨集装箱船可配载 7001000TEU，这是第一代集装箱船。进入 70 年代，4000050000 总吨集装箱船的集装箱配载增加到 18002000TEU，航速也由第一代的 23 节提高到 2627 节，这个时期的集装箱船被称为第二代。1973 年石油危机以来，第二代集装箱船被视为不经济船型的代表，故而被称为第三代集装箱船取代，这代船的航速降低至 2022 节，但由于增大了船体尺

14、寸，提高了运输效率，致使集装箱的配载达到了 3000TEU，因此，第三代船实高效节能型船。80 年代后期，集装箱船的航速进一步提高，集装箱船大型化的限度则以能通过巴拿马运河为准绳，这一时期的集装箱船被称为第四代。第四代集装箱船集装箱配载总数增加到4400TEU。由于采用了高强度钢，船舶重量减轻了 25%；大功率柴油机的研制，大大降低了燃料费，又由于船舶自动化程度的提高，减少了船员人数，集装箱船经济性进一步提高。作为第五代集装箱船的先锋，德国船厂建造的 5 艘 APLC10 型集装箱船集装箱可配载4800TEU，这种集装箱船的船长/ 船宽比为 78，使船舶的复原力增大，被称为第五代集装箱船。19

15、96 年春季竣工的 Rehina Maersk 号集装箱船，最多可配载 8000TEU，该型船已建造了本科毕业论文 正文36 艘，人们说这个级别的集装箱船拉开了第六代集装箱船的序幕。现代集装箱船正向着大型化、高速化，多用途方向发展。随着技术上的难题正被逐一克服，集装箱船的超大型化趋势日益明显。我国集装箱船研制虽然起步较晚，发展速度却很快。我国建造了许多集装箱船，大力发展集装箱运输，光是上海港就开辟了 29 条国际集装箱班轮航线，上海港集装箱月吞吐量超过一百万标准箱。上海港已经是世界上集装箱吞吐量最大的港口之一。中国上海生产的集装箱装卸机械也已经达到国际先进水平，在世界各大港口被广泛采用。近几年

16、来，我国还出口集装箱船，在世界各地海洋上可以见到我国建造集装箱船的身影。总之，我国在包括集装箱、集装箱装卸机械、集装箱船舶的制造和出口，到大吨位集装箱码头的建造，集装箱远洋船队的建立以及国际集装箱枢纽港的建设，标志着我国的集装箱运输系统已经进入世界先进行列。百余年来，很多学者对结构稳定性问题进行了深入研究，做出了卓越贡献。但由于稳定性问题的复杂性，当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响，就更增加了解决稳定问题的难度，关于稳定性方面的试验数据和资料很少，稳定性新理论新方法还难以直接指导工程实践。因此，对船舶结构稳定性问题开展进一步的研究，特别是大跨度、大开口、双层板架的稳定性研究是很有

17、必要的。1.3 国内外多用途集装箱船的稳性研究现状早在 60 年代末、70 年代初，国外航运公司及研究机构就对多用途集装箱船的稳性研究产生了浓厚的兴趣。很多学者对结构稳定性问题进行了深入研究，做出了卓越贡献。研究的目的主要是寻求一种满足既定约束条件下，作业高效的方案。但由于稳定性问题的复杂性，当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响，就更增加了解决稳定问题的难度，关于稳定性方面的试验数据和资料很少，稳定性新理论新方法还难以直接指导工程实践。因此，对船舶结构稳定性问题开展进一步的研究，特别是大跨度、大开口、双层板架的稳定性研究是很有必要的。国内船舶结构稳定性研究现状，根据结构形式的不同分

18、别介绍了板格和加筋板以及板架稳定性研究成果；根据中垂时甲板板架所受压应力最大，介绍了甲板板架的稳定性研究成果；根据结构形式的特殊性，介绍了双层板架和大开口板架的稳定性研究成果；并对稳定性的可靠性分析和方法论方面的研究成果做了简单介绍。指出对大跨度、大开口、双层板架的稳定性问题需要进一步开展研究。一些国内外学者在多用途集装箱船稳性研究方面给予了一些看法和研究方法。钱培英，潘静霞在文献6中根据集装箱船的船型和装载特点，分析了影响集装箱船稳性本科毕业论文 正文4的各种因素有：（一）甲板堆放层数；（1）对初稳性高度 GM 的影响，甲板上货箱层数的增加，使货物重心升高，可能利用的压数减少，导致 GM 下

19、降较大，在不增加压载的情况下，货箱增加一层，GM 可能减少 1 米左右。 （2）对风压静倾角及动稳性的影响，由于甲板上货箱层数的增加，使受风面积增大，风压中心及船舶重心升高，吃水增加，在受定常风作用时风压静倾角随之增加，而许用风压静倾角反而减少。 （二）船舶线型的影响；因集装箱船线型较尖瘦，又要求甲板面积增大，导致尾部线型从水线附近向上很快扩展，另一方面，由于集装箱船 H/T 较大，装载后重心往往高出水面较大距离。 （三）不均匀装载重量的影响；货箱在船上的横向排列要尽可能保持平衡以减少船舶的初始横倾，由于要求 GM 较小，重量的不对称分布对船舶反应是很敏感的。初始的横倾力矩会导致船舶复原力臂的

20、降低。同时也介绍了英国 LR 衡准，联邦德国海运协会（ SBG）对稳性的要求，苏联 1978 年规范及中国海船稳性规范对集装箱船的补充要求。徐建球在文献7中列出中小型集装箱船校核时步骤为：（ 1）如下一港口吃水受限，大副要预先计算好本港可装重量，这样不必输入配载仪即可初步判断货物重量是否可装。 （2）把集装箱预配输入配载仪，校核船舶稳性、吃水、吃水差、弯矩、剪力、扭矩，根据计算结果调整货物压载水。 （3）港序的审核。 （4）特殊船的审核。佟德敏在文献8中介绍了船舶大倾角稳性计算的简便方法，文中指出在船舶设计中，对于大倾角稳性计算，可用静稳性曲线或动稳性曲线计算最小倾覆力臂或最小倾覆力矩。在用静

21、稳性曲线计算时，作者通过在工作实践中推导出来的计算公式可使稳性计算量大大减少，而且计算出来的最小倾覆力臂值或最小倾覆力矩精确、可靠。陈坚在文献9主要讲述了一艘双体集装箱船的稳性计算：（ 1）静水力计算；（2）稳性计算，各种装载及基本情况、复原力臂和动稳性力臂、衡准计算。同时文中也对风压稳性衡准、船舶重心高度对稳性的影响、静倾角衡准及有关规范要求进行了讨论。景宝金在文献10主要介绍了多用途集装箱船的散装谷物稳性计算与衡准：（ 1）限制条件，纵倾值、总纵强度、总体积倾侧力矩；（2）稳性横准，初稳性高 GM、横倾角、阴影部分面积 A。同时得出结论：（ 1）第一货舱应保持满载状态；（2）任何两个或两个

22、以上区域的部分装载都是不允许的；（3）空舱区域应尽量布置于第二货舱的前端，部分装载应布置在第二货舱的后端或第三货舱的前端。本科毕业论文 正文52、性能及初稳性2.1 母型船的主尺度总 长 LOA 101.45 m垂 线 间 长 LPP 96 m船宽 B 16.00 m型深 D 7.80 m吃水 d 6.10 m方形系数 Cb 0.8229船员 20 人载重量 6000 t2.2 新船的主尺度确定为了保证设计船和母型船的航海性能，稳性特性相似，在新船主尺度确定时可选取与母型船相同的方形系数 Cb 值，依此可确定新船的垂线间长 L 和 排 水 体 积 的 关 系 式 。由 得出：829.0dBLO

23、（21）LLdb 8.64.51829.0船舶排水量 （船舶设计原理 公式 3.1.3）DWLW 为空船重量，包括船体钢料重量 WH ，舾装重量 WO ，机电设备重量 WM ；DW=7500 t (为载重量)空船重量 LW（船体钢料重量 WH、舾装重量 WO、机电设备重量 WM）新船船体钢料重量 WH 的估算：根据船舶设计原理表 3.2.3 查得，取母型船船体钢料与空船质量之比： 61.0OHL母型船空船重量：LW o=1757.25 t则母型船的钢料重量：W HO=0.61LWo=0.611757.25=1071.92 t新船船体钢料重量为：W H =CH1L（BD ）,C H1 为系数，取自母型船。