1、本科毕业论文（20 届）考虑船舶运动时远洋集装箱的强度设计所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录目 录摘 要.- 1 -关键词.- 1 -第一章 绪论.- 3 -1.1研究背景.- 3 -1.2大型远洋集装箱的特点.- 4 -1.3集装箱简介.- 4 -第二章 集装箱设计依据.- 5 -2.1集装箱参数.- 5 -2.2钢制干货集装箱结构图.- 7 -2.3集装箱用钢.- 8 -2.4强度校核依据.- 8 -第三章 集装箱在载荷计算.- 9 -3.1集装箱受力情况说明.- 9 -3.2静态下集装箱的堆码.- 10 -3.3远洋运
2、输可能经受的情况考虑.- 11 -第四章 模型的建立.- 13 -4.1MSC-PATRAN有限元分析软件介绍.- 13 -4.2有限元法基本思路.- 14 -4.3集装箱有限元建模和分析过程.- 15 -本科毕业论文 目录- 2 -第五章 计算结果.- 23 -5.1静力堆码工况下的集装箱应力图.- 23 -5.2强迫振动（T=5S，振幅 2M）集装箱应力图.- 27 -5.3强迫振动（T=10S，振幅 2M）集装箱应力图.- 32 -5.4强迫振动（T=15S，振幅 2M）集装箱应力图.- 37 -5.5强迫振动（T=20S，振幅 2M）集装箱应力图.- 42 -5.6强迫振动（T=10S
3、 振幅为 1M、3M）集装箱应力图.- 47 -5.7强迫振动（T=10S，振幅 2M，不加质量点）集装箱应力图.- 49 -5.8结果分析.- 50 -第六章 结论.- 55 -参考文献.- 56 -致 谢.- 57 -英文资料.- 58-本科毕业论文 摘要- 1 -摘要近年来，世界上一些大的班轮公司为了追求利润最大化, 已将集装箱船的船型和绑扎器具的承受能力提高到了极限。甲板上集装箱越堆越多，船舶在遇到恶劣海况时由于强度不足而导致集装装箱坠海事故频发，造成了巨额的经济损失。为此，本文按照中国船级社的集装箱检验规范 2008 ，对一个 1C非标准集高度装箱进行了静力堆码载荷试验和在动载荷作用
4、下的集装箱有限元强度计算，通过 MSC-PATRAN建立了集装箱的有限元模型，通过有限元分析得到的结论可用于指导集装箱的结构设计与优化。计算结果表明结构强度满足强度要求。关键词 集装箱；堆码；强迫振动； 强度； 有限元分析；MSC.PATRAN ;本科毕业论文 摘要- 2 -The structural strength design of container considering the ship movementAbstract In recent years, in order to maximize the profit,some of the worlds largest line
5、r companies has been lashing the hull form of container ship and the capacity of the binding instruments to the limit.More and more containers are piled on the deck.When the ship encounters the adverse sea conditions,containers packing into the sea caused by insufficient strength,resulting in huge e
6、conomy losses.For this reason,this article in accordance with the China Classification Societys “container inspection standard 2008 “, for a non-standard containers 1C stacking the static load test and dynamic loads in the finite element strength calculation of container, built by MSC-PATRAN finite
7、container Element model, finite element analysis of the results can be used to guide the design and optimization of the structure of the container. The results show that the structural strength to meet the strength requirements.Key Wordscontainer;stackin；forced vibrations;finite-element analysis;MSC
8、.PATRAN 本科毕业论文 正文- 3 -第一章 绪论1.1 研究背景随着集装箱运输的迅速发展, 有关集装箱船舶事故引起的保险索赔也明显上升。据统计, 其中集装箱损害、水湿和坠海占了英国船东互保协会所有保险索赔额的 60% 以上, 其中大型船舶所占的比例大于小型船舶, 更令人惊奇的是新船看来比老旧船更易发生受损事故。在索赔案例中船龄小于 15年的占 66% 。这可能跟船型越来越大、甲板上箱子越装越多有关。现在有的超巴拿马船型集装箱船甲板箱子以堆至 8层高, 为了追求利润最大化, 世界上一些最大的班轮公司已将船型和绑扎器具的承受能力提高到了极限。一位造船工程师警告说, 甲板上装箱越来越多这种趋
9、势发展下去将会非常危险,它必将造成更多的集装箱坠海事故。越来越重的集装箱被配装在甲板上, 要将堆垛如此之高的箱子绑牢在活动的舱盖板上绝非易事。有些船舶尤其是老龄化船舶的绑扎器具已不能胜任, IMO 已着手调查有关箱子坠海的情况, 以便确认有无必要更改现有标准。业界人士指出要对甲板上无导轨的集装箱船的堆装高度作出必要的限制。据保守估计, 每年有超过 2 000个集装箱在海运过程中从船上掉进大海, 集装箱坠海事故数量逐年增加。以下是二个影响较大的集装箱坠海事故: A、AC 轮( 5 100TEU ) 1998年 10 月 26 日, 这艘超巴拿马型船舶在北太平洋西部遭遇风暴, 主机失控, 有 40
10、6只箱子落入海中, 另有 555只箱子在风暴中受损。 B、OA 轮( 5 300TEU ) 2000年 1月, 在从长滩开往高雄途中 , 离开美国 3天后, 遭遇到被称为气象炸弹 的风暴。箱子堆垛的倒塌造成 300只箱子被扫入海中或受损。同一风暴也影响了其他几艘集装箱船, 包括 SEA! LAND HAWA II( 21 只箱子落海) 。 2011年 4月 16日，在上海海事法院的精心调解下， 33 件涉日纠纷得到圆满化解，被告方同意向日方公司赔付 97万美金的损失，原因就是在 2009年 11月 11日，满载集装箱的“XIN HAI RUN”轮从上海港出发驶往日本门司港，途中因遭遇强风，导致
11、 44个集装箱跌入海中。造成集装箱坠海的原因有之一就是有些货主为了自己的利益有意少报重量，造成箱子、货舱盖、绑扎器具超负荷。集装箱的超负荷装载直接导致了底部箱子结构的破坏，最终导致了集装箱剁的倒塌。若果按照 ISO标准来制造箱子，一般来讲集装箱的角柱最多可以承受 7个正常箱子的重量。本科毕业论文 正文- 4 -1.2大型远洋集装箱船的特点A、线性尺度大 、吃水大 ，水线上下面积大 ，受风 、流影响较大 。尤其上部数层高的集装箱与船体形成巨大的挡风墙 ，受风力的影响非常大 。B、质量大 、惯性大 、冲程长 ，旋回反移量大 ，旋回直径大 ，机动操纵呆笨 。C、速度快 ， 主机马力大 （是常规大型船
12、舶的数倍 ） ，与常规超大型船舶比 制动力强 。D、满箱时船舶瞭望盲区大 ，对于靠离泊作业 、进出港航道航行及避让均存在较大影响。E、甲板货多，重心高度高 ，初稳性高度 GM 较小 ，横摇周期长。因船速快，在旋回、转向及避让操作中横倾明显 ，这与其他类型大型船舶相比存在很大不同 。 因为 ，如果大型集装箱船舶的 GM 值过大， 横摇周期过快 ，将易导致货箱的绑扎强度不足 、绑扎松动，而危及货箱及船舶的安全 。因此，对于集装箱船舶的 GM 值和横摇周期 ，与其他船舶有不同的要求 ，而且海上航行在转向 、避让行动中 ，采取行动的时机应比常规船型要早 ，且应采取小舵角进行 。1.3集装箱简介“集装箱
13、”是运输包装货或无包装货的成组工具(容器)的总称。它产生于英国，而发展于美国。集装箱在运输由包装的箱、罐、坛、袋等有一定强度和一定形态的货物时，是一种刚性或班刚性容器；在运输粉状或颗粒状的无包装散货时，它是一种柔性（flexible）容器。这里所指的集装箱，一般是指具有一定容积，适合于再不同运输方式中的转运，具有一定的强度和刚度，能反复使用的金属箱。 “集装箱运输”是指货物装在集装箱内进行运送的哟中心应的运输凡是。现代化的集装箱运输产生于 1956年，由美国的泛大西洋轮船公司(Pan-Atlantic Steamship Co.)首先采用，该公司于1960年改名为海陆联运公司（Sea-Land
14、 Service Inc.） 。集装箱运输首次出现，使世界交通的面貌产生了巨大的变革。它冲破了过去交通运输中的一切陈旧的规章制度和管理体制，使最先进的现代化运输方式。它不仅有“安全、迅速、简便、廉价的特点，有利于减少运输环节，通过综合利用铁路、水路、公路和航空等各种运输方式，实现“门到门”运输。所以集装箱运输一出现，就深受货主的欢迎，显示了其强大的生命力和广阔的发展前景。本科毕业论文 正文- 5 -中国集装箱运输是从上世纪 50年代开始起步的。1955 年 4月，铁路部门开始办理国内小型集装箱运输。水运部门在 1956年、1960 年、1972 年 3次借用铁路集装箱进行短期试运。大阪、神户航
15、线。中国国际集装箱运输起步较晚，但发展的速度是最快的 1973年开辟海上国际集装箱运输，1973 年 9月开辟用杂货船捎运小型集装箱的上海至横滨、 。自 1973年天津接卸了第一个国际集装箱，历经了 70年代的起步，80 年代的稳定发展，到 90年代中国国际集装箱运输引起全世界航运界的热切关注。至此，中国拥有了一支现代化的集装箱船队，建成了一批集装箱专用深水泊位。目前，中国的香港、上海、深圳和中国台湾地区的高雄港分别排在世界集装箱港口的第二、三、四、六位；中远集团、中海集团、香港的东方海外集团、中国台湾的长荣海运集团和万海集团也身居世界前二十大班轮公司之列。第 2 章 集装箱设计依据2.1集装
16、箱参数表 2.1集装箱参数LENGTH 长 6058 mmWIDTH 宽 2438 mm 外部尺寸 EXTERNALHEIGTH 高 2896 mmLENGTH 长 5887 mmWIDTH 宽 2224 mm 内部尺寸 INTERNALHEIGTH 高 2636 mmWIDTH 宽 2232 mm 箱门尺寸DOOR OPENING HEIGTH 高 2569 mm内部容积INTERNAL CUBIC CAPACITY34.5 CU.m 1218 CU.ft本科毕业论文 正文- 6 -最大载重量MAXIMUM GROSS WEIGHT14740 Kg 32500 lb箱体重量TARE WEIG
17、HT2740 Kg 6040 lb最大载货量MAXIMUM PAYLOAD12000Kg 26460 lb注： 1 lb=0.45359Kg =4.44882 N 1ft=304.8mm 图 2.1集装箱结构图本科毕业论文 正文- 7 -2.2钢质干货集装箱结构图1. 底部结构集装箱的底部结构是承受箱内货载的主要部分。它由 4 个底角件，2 根下侧梁，1 根底端梁，1 根门槛，若干底横梁 ,，1 对或 2 对插槽（20 ft 及更小型的集装箱）。2. 前端框架集装箱的前端框架是指与载箱车辆行驶方向相一致的端部构件，它主要承受刹车时来自箱内货物的前冲载荷，该项载荷值与车辆行驶速度的平方成正比。前端框架由2 个顶角件，2 个底角件，2 根前角柱，1 根上端梁，1 根下端梁和端板组成。3. 后端框架集装箱的后端框架设于与前端框架相对的一端，一般是指带有箱门的一端。由于它也有可能被置放于车体的前行方向，所以它的设计载荷与前端框架相一致。后端框1. 底盘2. 顶板 3. 侧壁 4. 前端 5. 门端（后端）6,7 门板、门锁机构图 2.2 钢质干货集装箱结构图
