1、毕业设计 文 献综 述 船舶与海洋工程 4200DWT 近海矿砂船的结构强度计算 0. 引言 近几年 ， 以铁矿石为主的散货运输需求的旺盛带动了大型矿砂船和散货船建造市场的异常活跃 。特别是中国铁矿石进口的增长是近年来矿砂船建造增加的重要支撑因素。 目前 ,全球大型矿砂船 (VLOC) 的接连订造和投运表明 ,该种船型已经成为我国以及世界能源、资源水上运输的佼佼者 , 不断引起船东的关注和兴趣。同时 ,市场的热点集中反映了船东对 20万吨以上的矿砂船特别青睐 , 且需求量巨大 , 促使新船成交量持续活跃 , 相继放大。据悉 ,正在运 营中的超过 20万吨以上的矿砂船和散货船到 2007 年 1
2、1月至少达到了 90多艘 , 合计数超过2000多万吨 ;造船企业同期手持的新船订单中 ,超过 20万吨以上的矿砂船和散货船也至少达到了 70多艘 , 合计数约在 1890万吨 ,其订单情况十分景气和良好 ,市场需求空间较大 ,且这种旺盛需求的趋势在一段时期内仍将维持。 随着全球经济的发展 ,对钢材的需求量日益增大 ,对铁矿石的需求量也就越来越大 ,固对矿砂船的吨位和数量要求也越来越高 ,设计良好的矿砂船船体结构也是造船业追求的目标。由于铁矿石、水泥等密度较大 ,因此对矿砂船船体主要结 构进行强度计算是保障船舶安全营运的关键。 1.矿砂船的船型及结构特点 矿砂船是专门用于载运散装矿砂的船舶，是
3、属于散装货船一类，它是一种单向运输船。由于矿砂是重货，比重大、容积小，易损坏船体。为此，矿砂船构造坚固，货舱的舱底多半是呈斜面的，货舱内还装有纵向档板，它既能防止矿砂纵向滚动，又能增强船体强度。矿砂船货舱为单层甲板，舱口较宽大，且一般由两道纵舱壁将整个装货区域分隔成中间舱和两侧边舱，在中间舱下部设置双层底，中间舱装载矿货，两侧边舱作压载舱。由于矿石的密度大，积载因素小，故所占舱容小，这样会使船舶的重心 过低，在航行中产生剧烈摇摆。为提高重心高度，矿砂船的双层底设计得特别高，有的矿砂船货舱的横剖面设计成漏斗形，这样既可提高船舶的重心高度又便于清舱。同时，矿砂船货舱两侧的压载边舱也比散装货船大得多
4、。矿砂船的货舱容积小，其数值一般不足其载重量的 60%，而压载水舱容积较大，这样的布置形式可尽量避免满载时货物的隔舱装载，而且压在航行时有足够的压载量，提高了压在航行时的安全性。 矿砂船的尺度限制主要受到铁矿石输出港口的制约。型深方面，由于铁矿石属于大比重重货，这种船的舱容通常有很大的富足；同时铁矿石输出港对空气吃水也 有严格限制，这种船的型深通常减小到满足载重线规范中按 B 60 型干舷核算的最低值。 矿砂船均为尾机型船，航速较低。 矿砂船的结构特点就是受力大，高强度钢应用范围广， 内底板等构 件 均采取加厚的措施，有的则直接对货舱采取重货加强措施。 船体通常采用纵骨架式以提高船体梁刚度；但
5、货舱舱口之间的甲板条需设置成横骨架式，以有效抵抗两舷水压产生的横向挤压应力。矿砂船横舱壁通常采用槽型舱壁。其局部强度问题非常突出且横向强度矛盾突出。 2.国内外研究发展动态 2.1 国外发展动态 本世纪之前，国际上对铁矿石的要求一直是很稳定的，所以矿 砂船的发展一直没有大的突破，数量也非常有限。基本上是 20世纪 80年代由日本和韩国船厂制造的。其中最大的是 1986年由南韩现代造船公司艉挪威船东建造 364767吨的博克斯坦号“ BERGE STAHL” 矿砂船，此船用于巴西 PDM港和法国敦刻尔克港之间运输铁矿石。由于港口航道水浅 , 日本在六十年代就已建造了一批浅吃水矿砂、散货船 , 随
6、着船舶向大型化发展 , 不少国家如美、日、荷兰等国已进一步对浅吃水船进行研制 , 其中尤其是美国对此十分重视。自 2003年起，日本一跃成为世界船运力量最大的国家。 2006年，中国铁矿石海 运量的迅猛发展大大助长了日本海运业和造船业的发展，日本海运业出现了近 20年从未有过的兴旺局面。值得注意的是 , 为提高运输效率 , 降低运输成本 , 强化竞争力 , 一些钢铁公司开始订造超大型散货船 , 主要是 23万和 30万载重吨级的超大型铁矿石运输船。其中 , 日本新日制铁订造了 1艘 32万载重吨的超大型散货船 , 日本 JFE钢铁公司和中国宝钢也订了 30万载重吨的超大型铁矿石运输船。目前 ,
7、全球船厂共有 13艘超大型散货船 (矿石专用船 )手持订单 , 船东主要是日本邮船、商船三井和川崎汽船三大航运公司。这显示了矿石船向二三十万吨 级发展的趋势。 作为铁矿石的主要运输工具，世界矿砂船保有量一直处于极低水平。而据相关机构预计，2012年前世界将约有 100艘 20万 40万吨超大型矿砂船订单需求，市场前景广阔。 进入新世纪，亚洲很多国家，尤其日本、韩国，近年来对矿砂的进口需求也日益增加，因此亚洲市场对矿砂船的需求大量增加。这就极大地刺激了矿砂船的发展。 2.2国内研究及发展 20世纪以前我国没有建造过大型矿砂船，国内也一直没有开展过大型矿砂纯的研究工作，因此超大型矿砂船的主要技术一
8、直掌握在日韩手中。近几年来，中国铁矿石的消费持续增长，已接近全 球总量的一半，澳大利亚铁矿石，约占进口总量的 40%。同时 , 中国正处于工业化进程中期的重化工业化阶段 , 对煤炭、铁矿石等原材料和能源物资的需求猛增。对资源的大量需求导致我国对国外资源特别是铁矿石、钢材、氧化铝等散类货物的进口量都大幅增长。 从 2003年以来 ， 我国钢厂对铁矿砂的进口不断增加 ， 船东纷纷订造大型矿砂船 ， 矿砂船在这一市场背景下应运而生 。 据统计 , 2004年全球铁矿石海运量增加 4300万吨 , 其中中国增加 3090万吨 , 占全球增加量的 72%。因此近几年订船数量明显增多，国内造船界在国家的支
9、持下组织开发了 一系列大型矿砂船研发工作，取得了明显成效。 船院自 2007年起开始研发世界上最大载重量的 400000DWT矿砂船 ， 经过一年多的前期开发及与船东的多轮艰苦谈判 ，2008年 8月船东与船厂正式签定建造合同 。 2010年 ，由中国造船工程学会、中船集团公司、中船重工集团公司、中远集团、中国船级社等联合承担的超大型矿砂船船型开发项目验收会议在北京召开。包括 23 万吨级、 30万吨级、 36万吨级和 50万吨级矿砂船等 4 型船在内的超大型矿砂船船型开发项目正式通过验收，标志着我国形成了自主开发设计具有国际先进水平的超大型矿砂船能力 。总之，我国大型矿砂船船型的开发和建造，
10、在技术上显著缩小了我国同日韩之间的差距。 为了快速、有效地扩充现有的运力 , 船东在继续增大订造大型矿砂船力度的情况下 , 积极实施对已经拥有或购买的二手巨型油船 (VLCC) 改装成大型矿砂船的计划。 2007 年以来 , 许多船东陆续把单壳的巨型油船改装成大型矿砂船 , 这一趋势的逐渐蔓延已经引起了有关各方的关注。将巨型油船改装成大型矿砂船所产生的影响 , 既说明了大型矿砂船的受欢迎程度以及矿砂运力的不足 , 又从一个侧面体现了当前市场实际需求和可预见的市场前景 , 同时给修船市场 带来了一次很好的业务扩大的机会 , 我国修船企业因此能够从中受惠 , 并获益匪浅。 3.总结 近几年来，国际
11、公约、规则在船舶安全和环境保护等方面的要求不断改进和提高，因此在执行上述公约、规则、规范时增加了不少新的内容，这些要求对新型超大型矿砂船的设计增加了新的研究工作。例如：为保证船体结构的安全，船舶在设计中应提供进入船体内部足够的通道设施，以能对结构进行全面检查、近距离观测和测量厚度。另外还要充分考虑到船东的需求，主要是希望有尽量符合自己使用要求的优秀船型以降低运输成本： 1.尽量加大船舶装载量； 2.尽量降低油 耗 ， 包括需考虑降低船舶在所经航线满载和压载工况在风浪中航行的油耗以及使用中各种设备的能耗； 3.提高装卸货效率 ： 包括装载机不停歇装货，货舱卸货没有死角； 4.好的船舶性能和安全性
12、能 。 矿砂船在世界航运业高速发展的新时期具有广阔的市场前景，而我国现已成为世界上最大的铁矿石消费国，因此研究和开发矿砂船，对实现我国船舶工业“国轮国造”、“国能国解”的目标具有重要而现实的意义 . 另一方面，散货船在海上交通运输中起着举足轻重的作用。但是海损事故却一直不断并在 1990年代大幅上升。统计表明，越来越多的海损事故是由船体结构 破 坏造成的 。因此对船舶的强度计算是非常有必要的。我设计的该船是在总结了以往各类矿砂船的经验基础上 ,结合使用实际情况进行了改进 ,使其具有更好的先进性和良好的实用安全可靠性、经济性。同时又继承了原型船先进、美观、快速的特点，使得新船更加符合现代化造船方
13、式。 参考文献： 1 陆利平 .40 万吨矿砂船的船型开发设计 A.上海船舶研究设计院 .第五届长三角地区船舶工业发展论坛论文集 C. 靖江 ： 江苏省造船工程学会， 2009 2 罗秋明，薛鸿祥，唐文勇 ,等 .45 万吨级超大型矿砂船全船结构有限元分析 J.船舶工程，2010,32（ 2）： 8-12 3 徐美芳 . 230000DWT 大型矿砂船外装设计 J. 船舶设计通讯， 2009,1： 14-18 4赵慧 . 我国形成超大型矿砂船自主开发设计能力超大型矿砂船船型开发项目通过验收， 4型船及其衍生船已接订单超过 40艘 N. 中国船舶报， 2010（ 1.8） ,第 001版 5 李
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