摘 要

本设计以一艘集装箱船为母型船。由于设计船与型船载重量不同，因此首先对型船的总布置作出调整：首先根据集装箱船的布置地位进行集装箱布置，从而初步确定了货舱划分，设计船分为三个货舱，因为设计船大致采用母型船的首尾和上层建筑，进而确定了主尺度，然后进行主要技术性能（快速性、稳性、横摇周期）的分析来进一步验证主尺度的合理性。主尺度与布置设计完成后，在此基础上进行基本结构设计。在满足规范要求的前提下完成全船基本结构的初步设计并绘制基本结构图和典型横剖面图。

基本结构图与典型横剖面图绘制完成后即根据CCS《钢质内河船舶建造规范》（2016综合文本）对船体结构进行规范计算，确定主要构件尺寸及结构型式；校核船体结构总纵弯曲强度与屈曲强度。然后利用有限元软件对部分结构进行直接结算，并且和规范计算结果对比分析，并对结构进行一定的优化。

结果表明，该船基本结构的设计符合规范要求。

关键词：集装箱船；结构设计；规范计算；总纵强度；有限元

Abstract

This design is based on a container ship. Due to the ship design and ship loading capacity is different, so first of all we should adjust the general arrangement : first of all because the arrangement position of the container ship were container layout, which initially identified the cargo division, ship design was divided into 3 cargo holds. Because the ship is designed roughly by the fore and aft and superstructure of the mother ship, so we can identify the main dimensions,and then analyzes the main technical performance (speed, stability, rolling period) to further verify the main dimensions of rationality. Based on the main dimension and the layout design, the basic structure design is carried out. On the premise of meeting the requirements of the specification, the basic structure of the whole ship is designed and the basic structure and the typical cross section are drawn.

When the basic structure diagram and the typical cross section mapping were completed , we can make the hull structure standard calculation according to CCS "inland steel ship construction standards" (2016 comprehensive text), and determine the dimension of main components and structural pattern; and check the hull longitudinal bending strength and buckling strength.Then the finite element software is used to carry out the direct settlement of the structure, and the calculation results are compared and analyzed, and the structure is optimized.

The results show that the design of the basic structure of the ship complies with the requirements of the specification.

Key words: container ship; structural design; standard calculation; total longitudinal strength; finite element

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 集装箱船的特点 1

1.3 研究目的及意义 3

第2章 设计说明书 4

2.1 概述 4

2.2 主尺度计算 5

2.2.1 初始排水量及主要尺度确定 6

2.3 主要技术性能分析 8

2.3.1 快速性估算 8

2.3.2 初稳性估算 9

2.3.3 横摇周期估算 10

2.4 总布置设计 10

2.4.1 肋位划分 10

2.4.2 双层底高度和双壳宽度的确定 10

2.4.3 总布置概况 11

2.4.4 总布置图 11

第3章 船体结构规范计算书 12

3.1 概述 12

3.2 主要尺度与要素 12

3.3 外板 13

3.3.1 平板龙骨 13

3.3.2 船底板 13

3.3.3 舭列板 14

3.3.4 舷侧外板 14

3.3.5 舷侧顶列板 14

3.4 内底板 15

3.4.1 货舱区域内底板厚度 15

3.4.2 机舱内的内底板厚度 16

3.4.3 内底边板厚度 16

3.5 内舷板（纵舱壁） 16

3.5.1 内舷板厚度 16

3.5.2 内舷板顶列板宽度和厚度 16

3.5.3 内舷板在舱底平面以上0.2D高度范围板厚 16

3.6 甲板 16

3.6.1 货舱区域强力甲板 16

3.6.2 首尾强力甲板厚度 17

3.6.3 强力甲板的横向甲板条 17

3.6.4 货舱舱口角隅圆弧半径及加厚板 17

3.6.5 非强力甲板 18

3.6.6 船舶板材统计 18

3.6.7 局部加强 19

3.7 双底骨架 20

3.7.1双层底在中剖面高度 20

3.7.2 实肋板 20

3.7.3 桁材 22

3.7.4 内底纵骨 22

3.7.5 船底纵骨 22

3.7.6 双底骨架统计 23

3.8 单底骨架 24

3.8.1 实肋板 24

3.8.2 中内龙骨 25

3.8.3 旁内龙骨 25

3.8.4 单底骨架统计 25

3.9 舷舱骨架 26

3.9.1 纵骨 26

3.9.2 强肋骨 27

3.9.3 舷侧纵桁 27

3.9.4 舱底纵骨 27

3.9.5 舱底实肋板 27

3.9.6 撑材 27

3.9.6 肘板 28

3.9.7 舷舱平台 28

3.9.8 舷舱骨架统计 29

3.10 单舷侧骨架 30

3.10.1肋骨 30

3.10.2 舷侧纵桁 31

3.10.3 舷侧纵骨 31

3.10.4 单舷骨架统计 32

3.11 甲板骨架 32

3.11.1 横梁 32

3.11.2 甲板纵桁 34

3.11.3 甲板纵骨 34

3.11.4 舱口围板 34

3.11.5 甲板骨架统计 36

3.12 舱壁 37

3.12.1 船首水密防撞舱壁 37

3.12.2 横舱壁壁厚 37

3.12.3 纵舱壁壁厚 39

3.12.4 舱壁板厚统计 39

3.12.5 横舱壁扶强材 40

3.12.6 纵舱壁扶强材 42

3.12.7 扶强材统计 42

3.12.8 垂直桁与水平桁 43

3.12.9 垂直桁、水平桁统计 46

3.13 支柱及桁架 46

3.13.1 支柱 46

3.13.2 桁架 47

3.14 首尾结构及尾轴架 49

3.14.1 首尖舱骨架 49

3.14.2 尾轴架 49

3.15 主机基座及机舱骨架 49

3.15.1 主机基座 49

3.15.2 机舱骨架 50

3.16 上层建筑及甲板室 50

3.16.1 上层建筑围壁扶强材 50

3.16.2 垂直桁 50

3.17 舷墙、栏杆及护舷材 51

3.17.1 舷墙 51

3.17.2 栏杆 51

3.17.3 护舷材 51

3.18 总纵强度 51

3.18.1 总纵弯曲 52

3.18.2 屈曲强度校核 57

第4章 尾部甲板板架有限元模型的建立 62

4.1 概述 62

4.2 计算依据 62

4.3 模型范围 62

4.4 坐标系 63

4.5 单元和网格 63

4.5.1 板梁模型单元选取 63

4.5.2 单元网格划分 64

4.6 材料参数 64

4.7 单元属性 64

4.8 计算载荷 64

4.9 边界条件 65

4.10 应力结果和强度校核 66

4.11 结构分析优化 68

4.12 本次设计不足之处 68

第5章 总结与展望 70

5.1 总结 70

4.2 展望 71

参考文献 72

致谢 73

第1章 绪论

1.1 研究背景

内河集装箱船舶是一种非常具有优势的运输工具，它拥有非常广泛的应用场合。在我国乃至世界各国运输货物中都占有举足轻重的地位。它是基于内河来运输的一种航运方式。它具有很多内河航运的优点，比如：改善环境污染的现状，运输成本得以降低，充分利用水资源，运输可靠性得以保证，提高了社会经济效益等等，此外，集装箱运输本身也有自己的独特点，它的载货量很大，而且更容易实现江海直达运输^[1]。现如今，因为科学技术的进步，世界各国互相交流更频繁更紧密，世界各国共同发展的需求和必要性更显著，各国内河集装箱船运输的发展更加蓬勃，因此相应地，内河集装箱船的发展也比较迅猛，更重要的是对其也有不同的要求，比如集装箱船舶标准化和大型化等等^[2]。但通过分析国内外内河集装箱船运输和集装箱船舶的发展概况，总体来说，我国的集装箱船舶发展是相对滞后的。但我国拥有丰富的内河水系，拥有优良的运输航道，比如长江、京杭大运河、珠江等。因此，我国内河集装箱船大力高速的发展还是拥有十分有利的条件，并且是非常有必要的。综上所述，本文拟对长江中下游航线上（武汉港到上海港）的集装箱船进行结构设计。下面，我将对长江中下游航道特点作一个简要的分析：在我国，最大的内河水运系统是长江，它拥有7万多公里的航道里程，是全国内河总通航航道的七分之一。长江航道分为上下中游三段。长江中游航段是从湖北宜昌到南京，可以通航5000吨级船舶，长江下游航道是从南京到长江口，乘潮可以通过2.5万吨级的船舶。从航行条件来看，长江中下游航道都是地势比较平坦，具有较大的水深以及长江江面宽阔，水流平缓，偶尔可能形成少许浅水道，总体来说，它具有相当有利的航行条件，而且近些年来长江航道的维护疏浚工程做的越来越好，使得航道更有利于较大型船舶的航行，是我们可以好好去利用的航道^[3]。优越的航道对于内河集装箱的运输的发展是至关重要的，因此，我将基于上述分析来进行内河5500吨级集装箱船结构设计。

1.2 集装箱船的特点

内河集装箱船舶有很多自己的船型特点，它一般设有单层连续甲板，艏部设有艏楼和众多甲板室，属于艉机型船舶，甲板上设有大开口，一般舷侧设置抗扭箱，大多利用双桨，根据《钢质内河船舶入级与建造规范》规定，其基本结构型式主要有三种，具体如图1所示：