1、毕业设计文献综述 船舶与海洋工程 14000 吨级多用途货船结构强度设计 一 、 多用途货船 概述 随着世界航运业竞争日趋激烈，对船舶的性能和使用要求愈加提高，船舶的高技术化和多功能化已成为趋势 1-2。 船舶是海上货物运输的重要载体，海上运输与航空运输 、 铁路运输 、 公路运输相比，具有运量大 、 成本低 、 能耗少的优点，是煤炭 、 矿石 、 建材等大宗货物的首选运输方式。船舶航行于江河湖海，担负起了运输 、 生产等重要任务，为全球经济的发展做出非常重要的贡献。海运作为国民经济基础性和服务型产业，为中国经济社会和对外贸易的发展发挥了重 要的支撑和保障作用。随着当代全球化经济脚步日益加快，
2、也使得民用船舶在生产 、 设计及运营等各方面都要满足当代发展的需求3-4。 多用途货船是一种 既能载运普通件杂货，也能载运散货、大件货和一部分集装箱以及冷藏货的货船。通常为双甲板、尾机型和大舱口，并配有大起重量的回转式起重机，以装卸集装箱。对货物品种适应性强，营运经济性较好 5。 一般的多用途货船尺度及吨位不大，但要求功能多，因此结构复杂 、 设备繁多 、 布置困难，对结构强度设计具有一定挑战性 6。 二 、 多用途货船结构强度 在当今的世界性航运业务中，多 用途货船航线固定及装卸效率相对较高等因素，多用途货船运输业获得了非常良好的经济收益和长足的发展。虽然多用途货船已经成为海上运输行业的主力
3、军之一，但是在船舶自身的运营过程中可能会遇到由于船体本身强度不足的缺陷儿发生的海损事故进而造成不必要的经济损失和人员伤亡。因此，研究多用途货船的船体结构强度就有非常大的现实意义 7-8。 如何能应对这种挑战，利用标准，更加合理的结构强度设计，就能培育中国新品牌的船舶产品，以下是一些专家 、 学者在该领域内的研究： 国外的 Caldwell 在文献 9将加强筋板所构成的船体结构理想 化为厚度一样的板格，并且船体总纵强度估算作剖面的全塑型弯矩。 1975 年， Faulknerti在文献 10有对上面的理论进行了进一步的深化。他建议建立一个设计方法通过它来计算屈曲强度系数。 1984 年， Nis
4、hiharal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 Smith教授经过更加精密和完善的方法，在 Caldwell 方法的基础上在文
5、献 11中提出的观点才使得以上的问题有解决。 刘红平在文献 12中从结构设计的角度介绍了 19100DWT 多用途船的研究开发设计的过程。他指出大开口多用途重吊船总体布置方面既要保证足够的货舱容积 、 载重量，也要充分考虑各功能空间的合理布置；在 结构设计方面，要从大局上把握小细节，合理布置结构型式。如上甲板纵骨的布置要考虑箱柱加强，舱口围板加强；纵舱壁布置要考虑拉压元件，二甲板支撑，货舱灯箱的安装；另外，还对承载较大的构件进行了必要的强度计算，以确定结构加强型式。 周执平在文献 13中介绍了 4350DWT多用途货船纵向下水强度分析，根据船体的图形和受力分析详细地计算了船体在下水过程中简支梁
6、的受力状态；船体刚性梁在浮力 、 前支点反力及下水质量载荷的作用下，所产生的最大弯曲力矩；以及在下水过程中船体的主甲板 、 船底基线 、 舱口面板上缘所受的弯曲应力，这些状 况对船体的结构强度都有着严格的要求。 钱振亮在文献 14对出口新加坡入级于德国劳氏船级社的 4700 吨级多用途货船，在船体结构设计和施工中出现的具体问题进行探析，并采取了相应的措施。提到了内外底纵骨加强筋月牙形大肘板的连接的几种方式，并具体的分析了它们所存在的利弊；还提到了实肋板部分加厚的问题，底部集装箱箱角加强材的安装，纵骨补板形式修改，舷侧纵桁与强肋骨的连接等等，为实船设计建造提供了宝贵的参考。 以上是国内外专家对多
7、用途船结构强度方面的这些年的研究成果，下面是船体结构强度计算方面的几种方法。 林慰，吴师 东在文献 15中对一艘 5000DWT的散集多用途船的舱段进行直接计算，并对计算结果进行了评估。从而得到： 1）货物装载与货物密度的关系，即可预测散货装载时沿船厂方向单位长度上的最大货物重量。 2）对散货而言，波浪条件对于满载和压载两种装载情况下结构的应力水平有一定的影响。满载中垂工况和压载中拱工况的应力水平较高，它们应该是评估船体结构强度的极限状态。 3）在不同的装载情况下，货舱区中部舱口角隅及上甲板边板附近的应力水平较高，在设计中应对这些区域特别关注。 钱欣玉，王峰在文献 16中简要介绍了 9000t
8、 级多用途 船的结构设计，以及经有限元计算后对原结构的一些调整，靠近纵壁的实肋板，由于有开口导致应力过大，采用加大板厚并将开口缩小；第一货舱的变形很大，在第一舱中部加密了强框 (不包括船底肋板部分 )，从原来的 4 档改为 2 档设置。 薛勇在文献 17中提到由于舱口围壁的受力情况复杂，建立计算模型较为困难，故其设计一直采用比照同类型船的办法，这对于条件相同或相近的船是可行的。本型船的舱口围设计充分注意到了开口尺寸大、舱盖质量大的特点，在结构型式、面板和腹板厚度的选择上进行了专题研究，并参考了多型船的设计。从实船效果看，面板、腹 板的厚度及横向肘板设置足够，但舱盖导轨下的纵向加强稍欠考虑，为此
9、现场多处增加了腹板。另外，在舱盖接近完全打开时，舱口围面板有振动，且其端部有较明显的下凹变形，为此，现场多处增加了支柱，经前述处理后，从实船营运情况看，效果还是令人满意的。 张汇平，唐永生，余小川在文献 18中对某 28 000 dwt 多用途船甲板及其舱口盖进行有限元强度分析。首先建立结构有限元模型并确定边界条件，然后分别基于美国船级社（ ABS）和挪威船级社（ DNV）计算作用在舱口盖上的垂向载荷进行比较；再进一步获得两种规范下的舱口盖许用载荷值 ，由于两种规范在计算垂向载荷结果相近，采用了比较简化的 DNV 公式计算作用于二层甲板的载荷，分析应力，获得许用载荷值。 严仁辉在文献 19中提
10、出的等效结构材料强度的反演分析方法，从数值计算结果看具有稳定收敛的解。利用反分析方法来确定船体结构的实际承载能力，还仅仅是一种尝试，有待于进一步测试与验证。 梁柏辉在文献 20中对 700t 级江海集装箱多用途船船体结构设计的要点进行了总结 。根据海规里的相关规定和计算公式，主要讲四条体会：注意结构的连续性，避免出现应力集中现象；以顶边压载水舱兼作抗扭箱，既保障了船舶 适当的横摇周期，又解决了船舶抗扭强度问题；大开口间的横舱壁顶部设置箱形结构，增强了甲板大开口区域的横向强度；采取恰当措施改善尖角处狭窄空问的施工条件，提高船舶建造质量。 三、总结 综上所述，现今的多用途货船依然存在结构的屈曲、弹
11、塑性破坏、疲劳和断裂等影响船舶性能和威胁到人生安全的问题。在船体很多地方的结构都要进行局部加强从而更好地保船舶的安全航行，因此在进行多用途货船船体结构强度的设计时，也带来了一定的挑战性。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。它是保证船体结构强度安全性最为基本也是最为重要的方面。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。就目前来说，多用途货船的结构强度设计大体上是用规范法和有限元法进行的。总的来说多用途货船结构复杂 、 设备繁多 、 空间有限，在结构强设计时除了要满足相关法规和规范的要求之外，在
12、设计中必须综合考虑各方面因素，进一步提高设计质量。 参考文献 1 沈鹏，张澄 .28000 吨多用途货船船体结构设计 J.船舶设计通讯 ,2000 (101)：4-11 2 蒋浩福 . 国家“八五”技术开发项目取得成果 4000 吨级多用途货船获奖 J.船舶设计通讯 ,1996 (91)： 4 3 郭明 .某散杂货船的强度分析 D.大连： 大连海事大学 ,2010： 1-2 4 胡关德，王刚毅 .多用途船船型及设计简介 J.船舶设计通讯 ,2010 (123)：20-25 5 蔡敬伟 .极具经济性与发展前景的船型 J.船舶物资与市场 ,2008(5)： 29-31 6 王艳春， .12600D
13、WT多用途船的结构设计简介 J.船舶设计通讯 ,2008 (118)：32-35 7 张少雄，杨永谦 .船体结构强度直接计算中惯性释放的应用 J.中国舰船研究 ,2006 (1)： 59-61 8 何福志，万正权 .船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析 J.船舶力学 ,2001 (5)： 22-35 9 CaldwellJB， UltimateLongitudinalstrength.TransRINA， 1965， 107:411-430. 10 FaulknerD.Areviewofeffeetiveplatingforuseintheanalysisofstiffened platin
14、ginbendingandeompression.J.ShipReseareh， 1975， 19:1-17. 11 SmithMJ， PeggNG.Automatedassessmentofultimatehullgirderstrength.Journal ofoffshoreMeehaniesandAretieEngineering， 125:211-218. 12 刘红平 .19100DWT多用途船结构设计概述 J.船舶设计通讯 ,2010 (124)：29-33 13 周执 平 .4350DWT多用途货船纵向下水强度计算 J.船舶 ,2002 (6)： 11-16 14 钱振亮 .4
15、700 吨级多用途货船结构设计与工艺探析 J.造船技术 ,1997(203)：20-24 15 林慰，吴师东 .5000DWT近海多用途船（散集）结构强度直接计算 J.广东造船 ,2007(99)： 11-15 16 钱欣玉，王峰 .9000t 级多用途船货舱结构的有限元计算 J.船舶设计通讯 ,2007 (116)： 73-75 17 薛勇 28000t 多用途货船设计简介 J.广东造船 ,2001 (1)： 1-5 18 张汇平，唐永生，余小川 .28000dwt 多用途船二层甲板及其舱口盖强度分析 J.计算机辅助工程 ,2006 (15)： 79-80 19 严仁君 . 反分析方法在船体结构强度分析中的应用。 J. 武汉交通科技大学学报 ,1998 (2)： 143-144 20 梁柏辉 .700t 级江海集装箱多用途船船体结构设计的要点 J.湖南交通科技 ,1995 (3)： 65-78
