1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 4500DWT化学品船结构强度设计 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： 毕业论文 - 目录 摘 要 . 1 1 绪 论 . 3 1.1 引言 . 3 1.2 本课题研究的背景及意义 . 3 1.3 设计流程 . 4 1.4 总结 . 6 2 总体部分 . 7 2.1 船舶主尺度 . 7 2.2 舱室分布情况 . 8 2.3 型线生成 . 9 2.4 总体布置 . 9 3 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 3.1.3
2、双层底 . 18 3.1.4 舷侧骨架 . 21 3.1.5 甲板骨架 . 24 3.1.6 船端加强 . 39 3.1.7 水密舱壁 . 39 3.1.8 上层建筑 . 45 3.2 主要构件汇总 . 56 4 图纸绘制及校核 . 61 4.1 基本结构图 . 61 4.2 典型横剖面图 . 61 4.3 中横剖面校核 . 62 5 总结与讨论 . 64 参考文献 . 67 毕业论文 - 4500DWT 化学品船结构强度设计 摘 要 根据船舶主尺度和结构形式以及各种营运、施工要求决定构件的布置与主尺度，再进行总纵强度与局部强度、结构稳定性等校核。若有不合理处，则修改原方 案，重复校核直到满足
3、。本文主要内容是对 4500DWT 化学品船的结构强度设计，根据母型船资料绘制设计船型的型线图、总布置图。对应船舶结构设计书和 2006 钢制海船入级规范进行结构部分的计算和校核。 本文从总体部分、结构部分、图纸绘制及校核、总结与讨论四部分进行设计。一、总体部分设计包括：船舶的主尺度，船舶舱室分布情况等。二、结构部分包括：外板、甲板等各类板架厚度的计算以及各类骨材型材规格的计算，最后分类汇总。三、图纸的绘制及校核包括： 基本结构图绘制、中横剖面图绘制、平面舱壁图绘制等 。四、总结与讨论部分：回顾 整个毕业设计，期间遇到的困难以及这次毕业设计之后所获得的收获。 关键词 4500DWT 化学品船；
4、结构设计；强度校核；图纸绘制 毕业论文 - Structural Strength Design of 4500DWT Chemical Ship Abstract Decide the arrangement and scale of the component according to the ships principal dimensions,structure,operating and construction requirements , then checked the longitudinal strength , local strength, structural sta
5、bility.If there is some problem,the case will be modified. Repeat checking until satisfied. The main content of this paper is to design the 4500DWT Chemical ship.Design lines plan and general arrangement according to the parent-ships information. Corresponds to the structure of the ship design book
6、and 2006 steel ship classification rules to calculate the ship. This paper involves overall parts, structural parts, plans,summary and discussion. First, the overall parts include:the principal dimensions of designed ship,the distribution of cabin and so on. Second, the structural parts include: the
7、 outer plate, deck, the calculation of different plates thickness, profilesspecification,final classification and summary. Third, the plans includes:the drawing of the Profiles structural design; strength calculation; plans design 毕业论文 - 1 绪 论 1.1 引言 化学品船是一种设计和建造难度较大的高技术、高附加值船型。随着化学工业渗透到人类社会生活的每一个领域
8、 , 人们对化工产品的需求越来越明显。对于化工企业 , 它所需的原料及其产品的运输量日益增加 ,这就相应地促进了化学品船的发展。 为此 化学品船的开发是时下一个较热的主题，然而新船型的开发，特别是高技术高附加值的船型的开发又不是一件易事，本文就以 4500DWT 化学品船的结构强度设计为研究点切入，从总纵强度、局部强度、疲劳强度、极限强度、焊接残余应力对结构强度的影响等方面着手，使其满足各种艰难海况、各种装载下的强度要求，对化学品船的设计与建造具有一定的参考价值 1.2 本课题研究的背景及意义 在每年建造的船舶中，化学品船和液化气船等高技术、高附加值的船舶就占据了 1/4。但目前只有少数国家的
9、先进企业能够设计建造，其中欧洲约占建造总量的 45%，日 本和韩国分别占 20%和 12%，我国所占的份额微乎其微，且绝大部分为国外设计公司设计、由我国船厂建造。随着科学技术的发展和对环境、安全的更加重视，现代的化学品船的技术含量将更高，设计建造难度更大，市场竞争也会更加激烈。此外从 08年金融危机以来，船舶行业持续处于萎靡状态，新承接订单量远低于造船完工量，市场需求结构也发生了明显的变化，中国的船舶行业的产品结构任以散货船为主，而散货船的价格和需求明显下降。在国际市场上，高技术高附加值的值前景一片美好，不仅如此，很多国际造船的新规范已开始或即将生效，这必将导致市场需求 结构的改变。 关于化学
10、品船的设计与开发当然前人也有过尝试，不少成功的船型也不在少数，在现今的海域中也能看见他们的身影。张敏健的关于 37300t化学品船的开发与设计中的结构设计研究主要从总纵强度及局部强度包括底部、舷侧、上甲板、纵横舱壁进行了研究。此外在此基础上 赵占军 白玉刚等人以 46000DWT化学品船为例将总纵强度细分为弯曲强度和剪切强度，毕业论文 - 还进一步研究了考虑剪力修正的剪切强度。房泉、赵寅针对新型不锈钢化学品船结构设计提出按照规范计算、热应力计算、货舱晃荡载荷计算、货围护结构材料及该注意的细节问题，有限元 的引入为结构强度设计提供了便利建立整船和船体主舱段的三位有限元结构模型，使用节点力的自动加
11、载技术和惯性平衡处理技术建立有限元模型的节点载荷。对整船的模型进行有限元分析，在中拱和中垂弯矩作用下，计算出船体在压载和满载工况下的船体应力和变形。通过对船体舱段的边界处理技术，对受船体总纵强度影响的船体舱段局部进行分析，从而对船体强度做出判断。 鉴于国内外船舶行业的现状，船舶行业的发展趋势以及前人做的工作，研发小吨位型的化学品船势在必行，化学品船必将在不久的将来扮演着重要的角色，本文对 4500DWT化学品船的结构强度 设计又是其船型设计与制造的重要组成部分，使中国造船业向设计高性能、高附加值的船型靠拢，逐步减小与日韩的差距，为船舶制造业做出贡献。 1.3 设计流程 1.3.1结构设计研究
12、结构性能直接影响其安全性，使用成本和建造成本，需要直接进行结构设计和评估，以此确定船体结构形式和尺寸，保证船舶安全。同时进一步减轻结构重量，提高载重系数，船体结构高强度钢的大量使用，使结构中的特殊部位的疲劳强度分析显得更为重要。此外极限强度也是对船舶安全的极为重要。 1.3.1.1总纵强度 由于化学品船的分割通常比较细，一般都有十几个 货舱（包括污油舱），而且每个货舱舱容分布平均，虽然装载比较多样，但是对于装载方案的调整余量很大，完全可以使货物载荷沿船长分布比较均匀从而使得中垂弯矩较小，船体梁的总纵弯曲强度多以在压载工况下的最大中拱弯矩来校核，需要注意的是在机舱前端壁处船底多会出现屈曲问题，特
13、别是舭部为施工方便又多设计为横骨架式屈曲问题比较突出。造成问题的原因，主要是由于内壳的影响使得内底板面积及船底纵骨数量的减小，从而使船底的有效面积减小过快，而这一区域中拱弯矩依然很大，船底纵向压应力很高。 毕业论文 - 由于双壳设计，货舱区总纵剪切强度容易满足要求 ，但在机舱前壁端处，由于内壳中止而引起总剪力很大，使得舷侧外板总纵剪切应力较高。 1.3.1.2局部强度 化学品船的底部强度通常容易满足要求，船底除去有一道中纵舱壁外，内壳下方多设有多道纵桁，左右舷侧也设有纵桁，舷侧结构的强度校核要注意以下两个方面： 1）货舱有部分装载工况，内壳首先按自由液面产生的晃荡力校核，并且评估是否会产生共振
14、，如有共振，需要对共振产生的冲击力进行校核。 2）注意压载水的交换方式对结构强度的影响。目前一般分排空法、溢流法和法学处理法，对结构强度有影响的是排空法和溢流法。上甲板结构校 核应注意 1）在货舱边界 0.25货舱宽度 0.25及货舱长度范围内会引起自由液面产生的晃荡力及冲击力。 2)上甲板卸货区的甲板强横梁的腹板高度受到限制。 3）在横舱壁处甲板纵骨要注意由于甲板变形导致附加应力，可在该区域增设甲板局部纵桁以增加该区域的刚度来控制甲板变形产生的附加应力。 1.3.1.3疲劳强度 疲劳的基本特点是发生在不足以引起即刻破坏的荷重作用下 ,经多次交变载荷循环作用后 ,一般疲劳可定义为在波动的应力和
15、应变下材料遭破损的循环累积过程 。 船舶在波浪中航行 , 装载情况常常变化 ,使船舶构件长期处于交变应力状态 下 ,这种变化载荷周期的累积效应造成疲劳破坏。长期来 ,船舶疲劳断裂造成船舶修理工作的耗费巨大 ,特别随着高强度钢在船体结构中越来越广泛被采用屈服和极限应力较高的高强度钢制成的构件 ,从强度角度可以承受较高应力 , 但疲劳强度性能与屈服强度和极限强度几乎无关 ,再考虑到较低屈服强度的钢材具有较好的可焊性 , 所以 ,船舶结构的疲劳强度问题已是确保船体结构安全可靠所必须考虑的重要问题之一 .至今研究疲劳断裂问题有断裂力学方法和 S-N曲线法，目前，船舶与海洋工程结构的疲劳强度分析中，在计
16、算疲劳寿命时 S-N曲线法的使用较为普遍。 1.3.1.4极限强度 船舶在航运过程中不可避免地会遭遇恶劣海况 ， 由风 、 浪和流引起的极值环境载荷可能超过船体极限承载能力 ， 从而造成人员 、 船舶 、 货物和海洋环境的严重损失 。 为了获得安全和经济的船舶结构设计 ， 精确评估化学品船极限承载能力就变得尤为重要 。 毕业论文 - 船体极限承载能力是船体承受弯曲的最大能力 ， 如超过此最大能力 ， 船体将发生整体破坏 。 长期以来船体极限强度研究受到各国船舶界的广泛重视 ， 国内外都进行了大量的研究工作 。 目前船体极限承载能力评估方法可以分为三类 ： 实船事故调查和模型试验、直接方法 ，如
17、线弹性方法 、 经验公式和解析 方法、逐步破坏法 ， 如简化方法 （ SM）、 理想结构单元法 （ ISUM）和非线性有限元法 （ FEM）。对船舶极限的计算方法又有以下几种：非线性有限元法、理想结构单元法、简化方法、解析方法。 1.4 总结 金融危机余威尚未减退，债务危机又强势袭来，散货船需求减少，订单量下滑明显，从整的国内船舶行业来看今年上半年新承接订单量远小于造船完工量，新船型的研究与开发势在必行，而化学品船这类高技术高附加值发展空间极大的船型必将是未来船舶行业的主流船型之一。看日韩船舶造船业都将造船的重点放在高附加值的船型上，为他们带来了极大的利润 回馈，我们应向他们学习并逐步减小与他
18、们的差距。本文 4500DWT化学品船的结构强度设计为其进一步设计与研发提供了重要理论支持，其中正文部分也针对结构强度设计的难点进行了分析，并指出设计中应该注意的问题，对船型的开发有着重要的意义。 毕业论文 - 2 总体部分 2.1 船舶主尺度 船名： 4500DWT 化学品船 船型特征： 双底、单甲板化学品船 航区： 国际无限航区 用途： 主要用于运载各种有毒的、易燃的或者腐蚀性化学物质的化学品船 主要要素： 总长： 88.6m 两柱间长： 88.5m 型宽： 15.0m 型深： 7.1m 设计吃水： 5.6m 海水排水量： 6340t 方形系数： 0.808 梁拱（主甲板） 0.16m 肋
19、距： 0.6m 航速 12kn 主机功率 2060kw 主甲板 艉楼甲板 2.6m 艉楼甲板 救生甲板 2.5m 救生甲板 船长甲板 2.5m 船长甲板 驾驶甲板 2.5m 驾驶甲板 罗经甲板 2.5m 毕业论文 - 2.2 舱室分布情况 表 2-1 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 海图区 1 驾驶甲板 3 报务区 1 驾驶甲板 4 船长室 1 船长甲板 5 轮机长室 1 船长甲板 6 艇具间 2 救生甲板 7 会议室 1 救生甲板 8 液货控制室 1 艉楼甲板 9 应急发电机室 1 艉楼甲板 10 医务室 1 艉楼甲板 11 空调机室 1 艉楼甲板 12 一人船员室 6 艉楼甲板 13 厨房 1 主甲板 14 锚链舱 1 主甲板 15 餐厅 1 主甲板 16 浴室 1 主甲板 17 冷藏室 1 主甲板 18 化学品清洗室 1 主甲板 19 防护用品储藏室 1 主甲板 20 货舱 10 双层底 -主甲板
