摘 要

甲板船具有便于装卸、经济性好的特点，拥有有较大的载货甲板，国内外对于甲板船的需求量大。本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80m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，国内外研究现状以及有限元的计算方法。

（2）根据《钢质海船建造规范》完成了80m甲板船的结构设计，确定了各构件的尺寸与位置以及板材的厚度；绘制了80m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，考虑到波浪和静水的弯矩、剪力，进行了总纵强度校核。计算结果表明：本文设计80m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80m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 ships have the characteristics of easy handling and good economic performance. They have larger cargo deck, and there is a great demand for deck ships both at home and abroad. Carrying out The structural design and strength checking of the deck ship in this paper have practical engineering application value.

On the basis of reading the relevant literature and norms, this paper carried out the structural design and strength checking of 80m deck ship.The main contents are as follows:

(1) On the basis of referring to the relevant literature at home and abroad, this paper expounds the characteristics of the deck ship, the current research situation at home and abroad, and the finite element calculation method.

(2) According to Rules for Construction of Sea-going ShipsEngaged on Domestic Voyages, this paper has completed the structural design of 80m deck ship, determined the size and location of each component and the thickness of sheet metal, drawed the transverse stations plan and the general structure plan.

(3) According to the standard design method, this paper calculates the profile and moment of inertia of the typical cross section, checkes the total longitudinal strength considering the bending moment and shear force of wave and hydrostatic.The calculation results show that the longitudinal strength of the 80m deck ship designed in this paper satisfies the specification requirement.

(4) This paper uses finite element method to establish a finite element model of the cabin by MSC.Patran (2012) and MSC.Nastran (2012) software for checking transverse strength of the deck ship. The calculation results show that the longitudinal strength of the 80m deck ship designed in this paper satisfies the specification requirement.

Key Words：deck barge；structure design；FEM；Total longitudinal strength；ansverse strength

目录

1.绪论 1

1.1甲板驳船简介 1

1.2国内外研究现状 1

1.3船舶结构计算与有限元 2

1.3.1结构计算的发展 2

1.3.2舱段有限元计算 3

2结构及计算 5

2.1概述 5

2.2主尺度及系数 5

2.3外板 6

2.3.1船底板 6

2.3.2平板龙骨 6

2.3.3舭列板 7

2.3.4舷侧外板 7

2.3.5舷顶列板 8

2.4甲板 8

2.4.1强力甲板 8

2.4.2甲板边板 9

2.4.3升高甲板 9

2.5船底 10

2.5.1中桁材 10

2.5.2实肋板 10

2.5.3内底板 10

2.6舷侧骨架 11

2.6.1舷侧肋骨 11

2.6.2舷侧强肋骨 13

2.6.3舷侧纵桁 15

2.6.4舭肘板 16

2.7甲板骨架 16

2.7.1计算压头 16

2.7.2甲板横梁 17

2.7.3甲板纵桁 19

2.7.4甲板强横梁 19

2.7.5支柱 20

2.8舱壁 21

2.8.1水密舱壁 22

2.8.2非水密舱壁 23

2.8.3水密舱壁扶强材 24

2.8.4水密舱壁桁材 26

2.9首尾柱、尾轴架 28

2.9.1首柱 28

2.9.2无舵柱的尾柱 28

2.9.3双推进器船推进器柱 28

2.10船端加强 29

2.10.1首尖舱的加强 29

2.10.2尾尖舱的加强 29

2.11主机基座及轴隧 29

2.12甲板室 30

2.12.1定义 30

2.12.2计算压头 30

2.12.3甲板室围壁 32

2.12.4甲板 33

2.12.5机舱棚 35

2.12.6舷墙和栏杆 35

2.13总纵强度校核 36

2.13.1船体梁弯曲强度规范要求 36

2.13.2中横剖面剖面模数计算 36

2.13.3中横剖面校核 38

2.13.4载荷计算 38

2.13.5强度校核及结果分析 46

3舱段强度有限元直接计算 50

3.1概述 50

3.2计算依据 50

32.1船体图纸 50

3.2.3相关规范 50

3.3计算模型 50

3.3.1模型范围 50

3.3.2坐标系 51

3.3.3 单元和网格 51

3.3.4材料参数 52

3.3.5单元属性 52

3.3.6模型分组 54

3.3.7边界条件 56

3.3.8计算工况 57

3.3.9计算载荷 58

3.4板单元应力计算 60

3.4.1各个工况整体模型中面应力汇总 60

3.4.2工况 LC1 下分组中面应力汇总 61

3.4.3工况 LC2 下分组中面应力汇总 61

3.4.4工况 LC3 下分组中面应力汇总 61

3.4.5工况 LC4 下分组中面应力汇总 61

3.4.6板单元应力初步校核 62

3.5梁单元应力计算 62

3.5.1各工况下梁单元应力汇总 62

3.5.2梁单元应力校核 63

3.6结果分析 63

4研究展望 64

参考文献 65

附录 66

附录A各工况整体面应力图 66

附录B各工况梁单元应力图 68

致谢 70

第一章 绪论

1.1甲板驳船简介

甲板驳船是驳船的一种。按结构结构形式划分，驳船可以分为敞舱驳、甲板驳、半舱驳、罐驳。甲板驳与其他类驳船的区别在于为不设货舱、货物堆集在甲板上、甲板周围有挡货围板。

自航甲板驳船就是自身带动力的甲板驳船，是甲板运输船的一种。甲板运输船由于其便于装卸和有自航能力的特点在沿海及内河运输中得到较为广泛的应用，也由于其建造工艺简单，初始投资较低、营运成本低、收益率高，逐渐受到地方性中小型船厂和船东的青睐^[1]。