摘 要

甲板船装卸方便、有良好的经济性，有较大的载货甲板，国内外对于甲板船的需求量大。论文开展甲板船的结构设计与强度校核，具有实际的工程应用价值。

本文在阅读相关文献和规范的基础上，进行了75m甲板船的结构设计和强度校核，主要内容如下

（1）在查阅国内外相关文献的基础上，阐述了甲板船的特点，开展结构强度校核的意义。

（2）针对75m的甲板船，根据《钢质海船建造规范》和《国内航行海船建造规范》，进行了结构设计，确定了各结构的位置、板厚、骨材尺寸；绘制了75m甲板船的基本结构图和典型横剖面图。

（3）根据规范设计法，计算了典型横剖面的剖面模数和惯性矩，考虑波浪和静水弯矩、剪力，进行了总纵强度校核。计算结果表明：本文设计的75m甲板船总纵强度满足规范要求。

（4）采用有限元方法，运用MSC.Patran（2012）和 MSC.Nastran（2012）软件，建立了舱段的有限元模型，进行了横向强度校核。计算结果表明：本文设计的75m甲板船横向强度满足规范要求。

关键词：甲板船；结构设计；有限元；总纵强度；横向强度

Abstract

Deck ship loading and unloading convenience, a good economy, a larger cargo deck, domestic and international demand for deck ship. The paper carries out the structural design and strength checking of the deck ship, and has practical engineering application value.

On the basis of reading the relevant literature and norms, this paper has carried out the structural design and strength checking of the 75m deck ship. The main contents are as follows

(1) On the basis of reviewing the relevant literature at home and abroad, the characteristics of the deck ship are expounded and the significance of structural strength checking is carried out.

(2) For the 75m deck ship, according to the "steel shipbuilding construction norms" and "domestic navigation shipbuilding specification", the structural design, to determine the structure of the location, thickness, size of the aggregate; The basic structure of the deck ship and the typical cross-sectional view.

(3) According to the standard design method, the profile modulus and moment of inertia of the typical cross section are calculated. Considering the wave and hydrostatic bending moment and shear force, the longitudinal strength checking is carried out. The calculation results show that the longitudinal strength of the 75m deck ship designed in this paper meets the specification requirements.

(4) Using finite element method, MSC.Patran (2012) and MSC.Nastran (2012) software were used to establish the finite element model of the cabin, and the transverse strength check was carried out. The calculation results show that the transverse strength of 75m deck ship designed in this paper meets the requirements.

Key words: deck ship; structural design; finite element; transverse strength

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 甲板船概述 1

1.2 结构强度校核的意义 1

1.3 甲板船结构设计及强度校核方法 1

第2章 结构设计及计算 3

2.1 概述 3

2.2 主尺度及系数 3

2.3 外板 3

2.3.1 船底板 3

2.3.2 平板龙骨 4

2.3.3 舭列板 4

2.3.4 舷侧外板 4

2.3.5 舷顶列板 5

2.3.6 局部加强 6

2.4 甲板 6

2.4.1 强力甲板 6

2.4.2 甲板边板 6

2.5 船底骨架 7

2.5.1 中内龙骨 7

2.5.2 肋板 7

2.5.3 旁内龙骨 7

2.6 舷侧骨架 8

2.6.1 肋骨 8

2.6.2 强肋骨 9

2.6.3 舷侧纵桁 10

2.7 甲板 11

2.7.1 露天强力甲板的计算压头h₀ 11

2.7.2 甲板横梁 12

2.7.3 甲板纵桁 13

2.7.4 甲板强横梁 14

2.7.5 支柱 14

2.8 舱壁 16

2.8.1 水密舱壁 16

2.8.2 非水密舱壁 17

2.8.3 水密舱壁扶强材 17

2.8.4 水密舱壁桁材 19

2.9 首尾柱、尾轴架 19

2.9.1 首柱 19

2.9.2 无舵柱的尾柱 20

2.9.3 双推进器船推进器柱 20

2.10 船端加强 20

2.10.1 首尖舱的加强 20

2.10.2 开孔平台 21

2.10.3 尾尖舱的加强 21

2.11 主机基座及轴隧 21

2.12 甲板室 22

2.12.1 定义 22

2.12.2 计算压头 22

2.12.3 甲板室围壁 24

2.12.4 甲板 25

2.12.5 机舱棚 26

2.12.6 舷墙和栏杆 27

第三章 总纵强度校核 27

2.12.7 船体梁弯曲强度规范要求 27

2.12.8 中横剖面剖面模数计算 28

2.12.9 中横剖面校核 30

2.12.10 波浪预报非线性修正 30

2.12.11 静水载荷 31

2.12.12 整体载荷 33

2.12.13 应力计算及强度校核 35

第四章 舱段强度有限元直接计算 38

2.13 概述 38

2.14 计算依据 38

2.15 船体图纸 38

2.16 相关规范 38

2.17 计算模型 38

2.17.1 模型范围 38

2.17.2 坐标系 39

2.17.3 单元和网格 39

2.17.4 材料参数 40

2.17.5 单元属性 40

2.17.6 模型分组 42

2.17.7 边界条件 45

2.17.8 计算工况下的吃水 45

2.17.9 载荷计算 45

2.18 板单元应力计算结果 48

2.19 梁单元应力计算结果 51

2.19.1 各工况下梁单元应力汇总 51

2.19.2 梁单元应力初步校核 51

第3章 总结 52

参考文献 53

附录 54

附录 A 各工况整体模型中面应力图 54

附录 B 各工况构件梁单元轴向应力 56

致谢 58

绪论

甲板船概述

甲板船是具有艏艉纵通甲板的船。该类船具有开敞的载货甲板、卸货方便的特点^[1]。

甲板船区分于其他类驳船的特点是：不设货舱，在甲板上储存货、甲板上设有挡货围板。

本身驳船是为了适应内河航道狭窄、弯曲、水浅、风浪小；有船闸、桥梁等碍航设施；洪枯水位差大；不同航道水深、宽窄、曲率半径和流速均不同的特点而发展起来的，驳船队运输具有独特的经济特征，是内河货运的主要形式，但最新的市场调研发现，部分内河航线驳船运输队都呈现萎缩局面，部分干线驳船运输正逐渐被自航船取代。

甲板船经济性好,随着船舶专业水平的不断提高,国内外对于甲板船的需求量日益增加，因此甲板船的设计尤为重要。此类船在甲板上堆放货物，有十分大的载货甲板，这样就导致甲板船属于超规范船舶。

结构强度校核的意义

由于甲板船属于肥大型船，尤其是宽深比远大于现行规范尺度比范围，同时规范中没有专门针对甲板船的规定，使设计甲板船结构时遇到许多困难^[2]。因此设计是第一步，还需对设计的甲板船进行总纵强度计算。海运重大件货物运输风险大、责任大，系固与检查的每一环节都关系到船舶和货物的安全。无论是绑扎工人还是船员都必须视为己任，从细从严，把好每一关，选好绑扎材料，计算好绑扎强度，留好安全余量，保证安全系数，确保船舶和货物的安全^[3]。

甲板船结构设计及强度校核方法

随着产业革命，贸易也发达起来，船舶建造也越来越多，轮船保险商感到各船舶的吨位、建造日期、建造材料及船舶所有人等资料有集中的必要。于是在1760年成立了世界上第一个船级机构——英国劳式船级协会。以后，各航运事业发达的国家都相继成立了船舶协会。起初，船级协会的主要工作是制订船舶登记册，载有关于入级船舶的船体和轮机状况。直到1835年才出现第一本船级协会颁布的《建造规范》。该规范系英国劳氏船级协会出版，适用于一百七十英尺长、一百总吨左右的木船，结构尺寸按吨位数字决定。