1、 毕业论文开题报告 船舶与海洋工程 54000散货船结构强度设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 自上世纪七八十年代以来，干散货船得到了迅猛发展，据 Drewry 统计，目前干散货船队规模已达到 4.5 亿载重吨左右 1。虽然近几年国际航运市场低迷，船队运力闲置情况较严重，但据辛浦森航运咨询有限公司 (SSY)研究中心主管John Kearsey 预测，依靠中国和印度等新兴市场的贸易大幅增加和发达国家经济的缓慢复苏，干散货海运贸易仍将呈现超过 年 8%的增幅。全球干散货船队运力规模 呈现 持续上升的 趋势 ，而 受益于干散货行情 和 铁矿石定价谈判的落实，干散货渐次走出了
2、低迷行情。在干散货行情重新高涨的背景下，航运企业新建干散货船的热情再起 2-3。 干散货船兴盛的背后，也让我们看到了一些不谐现象：在 2000 年 3 月 23日一艘满载 50000 吨盐、 PRS 级的 Panamamax 散货船 LeaderL(1977 年日本建造 )在距加拿大海岸 500 海里的水域，在未遭遇恶劣天气的情况下，船体突然开裂，该轮在不到一分钟的时间内便折断沉没，造成了 32 名船员中有 19 人失踪。而在LeaderL 沉没三个月后，满载矿石的 BV 船级 Capsize 散货船 Treasure(1983 年日本建造 )在南非好望角，第四货舱右舷船壳板在海况并非十分恶劣
3、的情况下被撕开长度约 14 米、高约 10 米的口子，造成海水大量涌入货舱，在坚持数小时后因该轮实际承受的弯距远远超过允许极限值，逐渐沉入海底。 2000 年 7 月 6 日挪威海事当局向 IACS 提交了 1997 年 2 月 8 日在距挪威海岸仅 30 海里的水域，满载的 RAIN 级 Handysize 散货船 Leros Strength(1976 年日本建造 )沉船的事故调查报告。此起沉船是在船长向海上救助中心报告发现船头己被海水淹没的 3 分钟后，便失 去与救助中心的联系沉入海底， 20 名船员无一生还 4。 海损事故的不断发生，让我们不得不深思干散货船的安全问题。根据劳氏海事信息
4、服务 (LMIS)海事数据库显示，对于载重量大于 2 万吨的散货船 (指装载干货的散货船 )，自 1978 至 1998 年共发生 3058 起海难事故，普遍认为在许多散货船失事的案例中，导致灾难发生的直接原因是结构设计不合理。这就体现了结构可靠性在这种船型的安全性评估中的重要性 5。 一般在进行船体强度的考虑时，最普遍的三种强度为船体的纵向强度、横向强度和局部强度。以上这三种强度里，船体的纵向就是船 体梁的总纵强度。在船体结构设计领域中 ， 船体总纵极限强度是船舶设计的一项重要指标 ， 它对结构的安全性产生巨大的影响 ， 一旦引发事故 ， 会造成极大的损失和危害 ， 因此如何有效地预测船舶结
5、构强度成为迫切需要解决的问题 6。就目前研究水平而言，各个国际大型的船级社在其规范中最主要的还是采用了线弹性理论的弯矩表示船体弯曲承载能力。不过，伴随着人们逐渐对船体破坏原理的深入认识，总纵强度概念有了进一步的深入 7。 国外的 caldwell 将加筋板所构成的船体结构理想化为厚度一定的板格，并且船体总纵强度估算作剖面的全塑型弯矩 8。 1975 年， Faulknerti 有对上面的理念进行了进一步的深化 9。他建议建立一个设计方法通过它来去计算屈曲强度系数。 1984 年， Nishiharal 也应用了 caldwell 的方法，并进行了船体梁强度的计算。而且他改进了强度折减系数的计算
6、精度问题。类似以上的工作其他国外学者几十年来也做了很多的研究工作。比如 Endoh 等人提出了船体梁的简便计算方法并把它们应用到了求船体极限强度问题上来。在 Caldwell 的理论被广泛应用后到目前为止其理论仍有发展，并且在对船体结构屈曲的影响及船体折减系数的精确计算等方 面也有了长足的进步。 但是，有些情况例如船体结构构件在失效破坏上时间不同的问题始终没有很好的解决方案。这种状态一直保持到 70 年代，最后有一位名叫 Smith 的教授提出的观点才一使得以上的问题有解决 ， 其实 Smith 的观点可以看做是 Caldwell方法的延伸 10。 国内的不少学者也对船体强度的研究做出了很多卓
7、越的贡献。比如刘向东在文献 11详细阐述了船体强度理论以及结构力学、强度计算等方法 ;聂武、孙丽萍在 文献 12比较详实的介绍了一系列有关理论 ： 单跨梁的弯曲理论、力法、能量法、杆系的稳定性、矩形板的弯曲 和稳定性 ； 沈华在 文献 船舶稳性与强度 13一书中分别介绍了船体纵向弯曲强度、船体纵向扭转强度以及船体局部强度等等。 目前，民用船舶的结构设计主要是根据船舶检验部门或船级社颁布的有关规范来进行设计的。近几十年的发展中，规范的改变和发展对于船体结构计算技术的发展做出了不可替代的作用 14。 近年来，随着人们对船舶安全性和环保性的日益重视，国际海事组织（ IMO）对原有的公约、规则进行了一
8、系列修订，出台了更加严格的公约、规则。例如淘汰单壳油船，制定共同结构规范，提高油船、散货船安全性的其他规则及批准有关环保条 约等。 散货船结构规范的不断更新： 2008 版及 2009 版 CCS 散货船结构规范在与以前版本相比较时表明，母型船的结构强度虽然满足旧的规范要求，但是新船型的结构需要进行加强，因此新规范的修订有利于船舶结构设计的优化17。 而在强度校核方面：相对于传统的散货船强度校核的要求 ， 2002 年国际船级社协会 ( IACS) 发布了统一要求 S25 “散货船协调附加标志及其对应设计载荷工况 ”。 要求凡是国际船级社协会成员的 150m 及以上的散货船的配载仪及装载手册中
9、都必须提供货舱载货量限额与吃水的函数关系 , 并要求在航运中应 用该函数关系曲线对散货船局部强度进行控制 18。 虽然现今散货船大都朝着双壳化、大型化发展，但市场上对 57000DW 大灵便型散货船需求任很高，它是集灵活性、大载重量、低耗、环保于一体的标准型船舶。 而近几年散货船江海联运的概念的提出，使得不少 50000 吨级的 散货船开始了这方面的研究。其中上海船舶研究设计院设计了为航行于国内远海航区及南京以下长江各港口的江海直达 45000DWT 散货船 21。 而散货船的多用途化也是未来发展的重点，在装运散货、干杂货、散装谷物的同时也可以装重货如集装箱等。 一直以来，人们对散货 船的研究
10、就没有停止。作为当今世界的主流船型之一，散货船在人们的生产生活中扮演者重要的角色。未来 散货船 的发展趋势主要体现在江海联运、多用途化、使用的年限增长、环保和自动化程度提高等几个方面，但是船舶的结构强度永远是重中之重。尽管船舶事故尽管在各种交通事故中的比例是最低的，但仍难以满足当今社会追求与环境和谐、寻求可持续发展的更高要求。在任何国家，一旦发生船舶破损等海事事故立即就会引起社会的高度关注，给海事界带来 巨大压力。为了建造更坚固的船任然需要对散货船的结构强度进行不断地研究。因此，对 54000 散货船结构强度设计是十分必要的。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 1. 船舶结构设计； 2.
11、 运用规范法进行船舶强度计算； 3. 优化结构。 三、研究步骤、方法及措施： 四、参考文献： 1 朱汝敬 ， 侯华伟 . 散货船市场回顾与现状分析 散货船市场报告之五 J. 船舶工业技术经济信息 .2008 2 孙永煜 . 干散货船稳性安全探析 J. 中国水运 .2010 年第 7 期 3 元材 . 2008 年干散货船运力依然 不宽松 J.中国冶金报 .2007 第 5 版 4张志名 .散货船船体结构损坏分析及强度评估 .上海海事大学大学硕士学位论文 .2006， 8 5谭可盈 .散货船在建造与营运中船体关键区域安全的研究 .上海海事大学大学硕士学位论文 .2007， 2 6 肖 锋，吴剑国
12、，孙 燕 .基于 CSR 的散货船极限强度分析 J. 船舶 .2010 年4 月第 2 期 . 7郭明 .某散杂货船的强度分析 .大连海事大学大学硕士学位论文 .2010， 6 8Caldwell J B. Ultimate Longitudinal strength. Trans RINA， 1965， 107:411 一 430. 9Faulkner D A. review of effective plating for use in the analysis of stiffened plating in bending and compressionJ. Ship Research，
13、 1975， 19:1 一 17. 10Smith M J， Pegg N G. Automated assessment of ultimate hull girder strength. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering， 125:211 一 218. 11刘向东 .船舶结构与强度设计 M.北京 :人民交通出版社， 2007. 12聂武，孙丽萍 .船舶计算结构力学 M.哈尔滨 :哈尔滨工程大学出版社， 2003. 13 沈华 .船舶稳性与强度 M.大连 :大连海事大学出版社， 2001. 14 吴漪 . 基于共同规范的
14、散货船结构强度研究 . 上海交通大学硕士学位论文 . 2008 年 1. 15 林晔，陶晖 . 散货船 CSR 屈 曲应力计算方法对结构设计的影响 J. 船舶 .2009 年第 4 期 . 16 韩天宇，陈国建 . 基于共同结构规范下的散货船结构分析 J. 上海造船 2010 年第 3 期 . 17 刘文华 . 82000dwt 散货船结构强度有限元分析 J. 上海造船 2010 年第 3期 . 18 李荣辉 ,杜嘉立 . 散货船局部强度校核的新要求 J. 航海技术 .2008 年第 4 期 . 19 邓波 .船舶结构规范法设计软件开发 .大连理工大学大学硕士学位论文 .2006，12. 20 周献恩 ,胡友聪 . CCS 在 IACS 共同结 构规范领域取得两成果 J. 中国交通报 .2007 年第 B01 版 . 21 王国强 ,詹明珠 . 45000DWT 散货船结构设计 J. 船舶设计通讯 .2008 第 2 期 .
