1、毕业设计文献综述 船舶与海洋工程 750TEU 集装箱多用途船结构强度设计 摘 要： 本文针对集装箱多用途船的布局要求，确定了该船的船体结构形式，讨论了大开口船结构设计中如何满足总纵强度等的要求，并用直接强度计算方法进行强度校核讲述了局部结构，设计细节。讨论了比以往设计产品有所提高的几个方面， 以达到最佳经济效益。 引 言 集装箱多用途船运输以其高效、便捷、安全等特点，赢得了运输市场，成为现代交通运输工具的重要组成部分，越来越受到世人的瞩目。 1 多用途船经历了 70 年代中至 80 年代初的黄金时期 。 然而 ， 在 接着的十几年里，其订造数量急剧减少，船队增长缓慢，市场货源面临来自散装货运
2、船和全集装箱船的有力竞争，因此，多用途货船的相对竞争力和它所面临的市场发展趋势直接关系到这种船的生存和发展，尽管市场货源受到其他船舶的侵蚀，多用途货船仍有自己独特的优势 。 在船舶尺寸，适应货物的多样性，经营灵活性和装卸能力强等方面的特点，使其仍可以在全集装箱船和散杂货船的两面夹击下，稳住自己主要的货源，在二者的空白地带甚至渗透他们之中求的生存。 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，多用途 船舶 市场具有无法替代的优
3、势 。 2 1多用途船的种类及特点 多用途船这个词出现得并不很久，它是从曾经的干货船和杂货船演变而来。上世纪 60 年代我国曾建造过几型万吨轮，如大连船厂的“跃进”号，沪东船厂的“阳” 字号和上海船厂的“凤”字号均属这种船型。 3 多用途船是指具备多种运载功能的船舶。广义上说，凡能装运两类以上货物的船舶都可称作多用途船。不过，一般所讲的多用途船是特指多用途干货船。 干货的品种很多，按其对船舶性能及设备等的要求可归纳成五类，即件杂货、散货 、集装箱 、重大件货及滚装货。多用途船的目标就是高效率地载运这五类货物。 - 1 - 种类： 目前，多用途船正向广泛多用性方向发展，按其对货物的载运能力来划分
4、有四类： 1）以载运集装箱为主的多用途船 2）以运输重大件、特长件为主的多用途船 3）兼运集装箱及重件货的多用途船 4）兼运集装箱及重货、滚装货的泛多用途船。 特点： 多用途船具有以下三大特点： 1）大多数多用途船从载运多种类型货物的方便性出发，设置两层甲板。有的船为适应装运汽车和不宜重压货 物的需要，设置多层甲板或活动甲板。多用途船的机舱绝大多数在尾部，对于机舱布置在尾部确有困难的船舶，才将机舱适当前移。 2）多用途船的型宽常比普通货船要大，因多用途船常装运甲板集装箱或甲板货以提高载货能力，故从稳性要求需取较大的船宽。型深主要从装运的货物对舱容的要求出发，大多数从装运集装箱所需的层数出发确定
5、，亦即考虑集装箱的高度、层数、必要的间隙及舱口围板高度等来确定型深。 3）多用途船一般均设置舷边舱，且多作压载舱用，舷边舱主要形式有三种：设于甲板问，设于大舱内，设于整个舷侧。 4 2.多用途船的建造市场 状况发展前景 多用途船建造市场在经历了 20 世纪 60、 70 年代的黄金发展期以后， 70 年代末，由于航运市场的需求发生了重大的改变，多用途船的建造数量急剧减少。但是，近 10 多年以来，多用途船建造市场重新开始复苏，并呈现出平稳的发展态势， 19962007 年年平均订造量保持在了 135 艘左右，尤其是 2007 年，多用途船的订造更是达到了一个顶峰，年新船成交量达到 226 艘、
6、 355.7 万载重吨，创历年多用途船新船成交量的新高。 虽然多用途船不像散货船、油船和集装箱船等主流船型那样在国际航运市场取得举足轻重的地位，但是，多用 途船仍可以凭借自身诸多优势取得进一步的发展，在船队中发挥积极作用。以中远航运的船队为例，目前，该公司船队已经将经营领域重点放在多用途船和半潜船等船型上， 2007 年中远航运多用途船队和杂货船队是利润贡献率最大的，占了中远航运船队主营利润的 73.3%更是占了船队主营利润增量的92.2%。尤其是 2007 年国际航运市场极度兴旺的条件之下，多用途船的期租水平迅猛增长了 69.8%，所以，较低的资金投人，较高的租金收益，使多用途船队成为中远航
7、运的“功臣” 。 - 2 - 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，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。 4 同时，航运市场需求呈现出多样化和多层次特征。从市场需求多样性的客观现实出发，研究中小型集装箱多用途船发展的前景，应注意到中小型集装箱多用途船在运输市场上具有更强的适应性。我们把这种适应性称为运输的柔性化。中小型船舶比大型船舶更具有运输服务的柔性，这表现在几个方面： 1）中小型船舶容易在中小型港口直接组织货物，开展
8、直达 运输，由此减少中间转运环节，缩短全程运输时间。 2）中小型船舶在港作业时间较短，使得货物在港滞留时间减少，便于组织 JIT 运输。 3）中小型船舶采用多港分散运输方式，由此引导陆路运输均衡化，避免了因流向过于集中所产生的陆路运输的瓶颈。 4）中小型船舶组织货物容易，因此满载率高，而大型船舶的满载率一般低于中小型船舶。 5）采用中小型船舶尽管单位运输成本会增加，但是现在有越来越多的货主宁愿适当地增加运输费用，来保证货物供给的 JIT 要求，即增加航运成本以换取整个产品链成本的减少， 进而使产品对市场的响应更为及时 ,以 取得市场的竞争优势。 6）与干线配套的支线和沿海运输需要大量的中小型船
9、舶，而这些中小型船舶容易在支线和干线上自由地调配 ,使得船舶使用柔性增加。 5 为了满足班轮业的发展需要，小型集装箱船存在多样化的发展空间；因为燃油成本的飚升，集装箱船高速化的发展受到很大的影响，航速高、油耗低的船型永远是船东、船厂追求的目标；高稳心的集装箱船优秀线型将是设计师努力的方向。除了节能技术的应用和发展外，以下因素可能在集装箱船的设计中得到更多的体现： 1）稳定装箱系数； 2）满足高速装卸作业； 3）适应环保要求的发展； 4）满 足低维护成本的需要。 6 3集装箱船结构设计中的问题 集装箱船船体结构与强度之间的关系：集装箱船舶为了确保最大限度的多装 集装箱和以最快的速度装卸集装箱，其
10、船体结构和其他船舶相比有着明显的不同，具体有以下几点： - 3 - 1）集装箱船舶的货舱比较方整，且型深很大。 2）集装箱多用途船设置双甲板。 3）有的集装箱船的某些舱位是为了装载 40 英尺的集装箱，这些舱位一般都是安排在船长的中部。如果在实际运输中，没有 40 英尺的集装箱或箱子较少，则在这些部位会出现空位。这将对船体总纵强度带来相当严重的损害。 7 4）典型货舱的集装箱布置：一般来说 , 典型货舱的集装箱布置应合理而紧凑 , 它对集装箱船的主尺度、货舱及货舱口的大小、 船体结构强度等有很大的影响。只要间隙够 , 应尽可能取小的肋距。货舱内集装箱的层数确定后 , 船的型深和货舱舱口围板的高
11、度就相应确定了。其他货舱的集装箱布置可参照典型货舱集装箱布置依此类推。 5）船中横剖面结构构件的配置：横剖面结构构件的布置应根据集装箱的布置来确定。 6）导轨架支撑结构。 7）集装箱箱角下方的加强及计算。 8）冰区加强：为了适应航运市场及船东要求 , 我们经常需要处理各种类型船舶 的转级问题 ,即在船舶总布置和装载基本维持不变的情况 , 适当地局部调整结构构件尺寸 , 修正重量、稳性、 强度等的裕度 , 以达到另外一种标准的入级要求。 9）防振减振要贯穿设计始终。 8 4. 集装箱多用途船结构设计要点 本船属典型的大开口型船舶。结构设计中主要构件的布置和尺寸 ,都是由该两点决定的。 1）舱口围
12、板连续 ,参加总纵强度 由于本船在上甲板处没有纵向抗扭箱 , 所能提供的圣维南扭矩就小了很多。故将舱口围板设计成连续 ,增加了甲板处的剖面模数 ,使总纵弯曲引起的应力在合成应力中的比例降低。 2）支柱 设置支柱 后 ,由于支柱下的加强将会减少管隧的空间 ,同时支柱的设置亦会影响 AWWF 通道 ,所以放弃了设支柱的想法。 3）箱形梁支持肘板 为了减少二甲板箱形梁的跨距 , 在压载水舱舱壁处 , 设支持肘板。 4）管隧 5）舱口角隅 - 4 - 大开口船舶舱口角隅是一个高应力区 ,若不增加板厚 ,但必须对角隅板打磨光滑。 6）重货加强 规格书有重货加强要求。 7）横向舱口端梁 提高抗扭能力，目的
13、是使该端产生一个较大的强迫位移 ,阻止船体的翘曲变形。 8）上甲板箱形梁 根据规范规定 , 上甲板箱形梁面积 60%计入剖面模数。 9）非水密肋板和纵桁 以 往规范设计 ,肋板和纵桁仅分水密和非水密两种厚度。 10）扭转 最初扭转是用薄壁理论计算。 11）首部区域的结构设计 主要有如下几个方面 : No . 1 货舱的甲板骨架设计甲板骨架设计通常有三种形式：一是舱口纵桁支持舱口端梁 ;二是舱口端梁支持舱口纵桁 ;三是采用悬臂支持形式。 No. 1 货舱舷侧骨架的设计。对应二甲板的位置上设置了一根舷侧纵桁 , 使甲板间强肋骨和舱内主肋骨的尺寸减少 ,下端的肘板亦不影响集装箱堆放。 深舱结构设计。
14、采取适当提高许用应力的方法设计构件尺寸 ,将底部实肋板与深舱平台的强横梁由两档 肋位设置增大为三档肋位设置 ,使整个深舱结构重量得到减轻。 首尖舱的结构设计。 前置导管的结构设计。 12）减少货舱数，设置大小货舱。 这是为了提高装卸效率和增加载箱数。同时设置大舱时要注意满足破舱稳性的要求。 2 13）注意结构的连续性 ,避免应力集中。 9 10 11 12 13 14 5. 结 论 通过该船的设计，我们获得了宝贵的设计经验，总体上有了更好的把握。总结几条，希望对今后的设计有所帮助。 1)大开口多用途重吊船属于布置地位型与载重型的综合型船舶。要在总体布置上下功夫 ，既要保证足- 5 - 够的货舱
15、容积和载重量。也要充分考虑各功能空间的合理布局，设计要紧凑，各设备只需必须的最小操作空间，有最小的通道即可等等。 2)要重视结构设计，在设计初期应重点加以关注。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，横舱壁设计要注意舱盖端铰链加强，货舱通风，货舱梯，主甲板通道等。 3）必要的局部有限元计算。在设计的早期，对承载较大的构件进行必要的强度计算，以确定结构 加强型式。以便为更进一步优化布置提供 帮助。 4）纵向舱口围横向变形的控制。这也是最重要的一条，直接影响舱盖的设计，以及方案的可行性。 在设计初
16、期，要做方案可行性研究，通过初步有限元计算分析，把港内工况下的舱口围横向变形控制在 舱盖容许值之内，进而确定货舱型式。 参考文献 1 付昌辉 .集装箱船运输市场发展现状及其分析 J .船舶工业技术经济信息， 2005（ 241）： 45-49 . 2 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. 3 胡关德、王刚毅 . Introduction of the Design and Characteristic of MPV J. 船舶设计通讯， Journal of Ship Design， 2010（ 123）： 20-25 4 蔡敬伟 . 极具经济
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