摘 要

本设计以一艘内河集装箱船为母型船。设计船舶与母型船吨位相近，在设计时，我们主要是通过改变载箱数来确定设计船舶的载重量。由于集装箱船属于布置地位型船舶，其主尺度很大程度上取决于所需的布置地位。故须从所需的布置地位入手来考虑船长、型宽和型深，然后再根据性能、强度等方面的考虑来校核其主尺度是否合理，并决定其他要素。首先我们需要布置中部方整的货舱区域。本船采用单元货舱的方法来进行集装箱的布置。首尾区域基本保持母型船的结构，通过总布置，从而确定了设计船的主尺度。在总布置完成以后，紧接着根据《钢质内河船舶建造规范》进行了结构规范计算，完成本船的基本结构图和典型横剖面图。最后进行总纵强度的校核，从而确定本船的结构设计是否合理。为了得到更加科学的结构，运用有限元分析软件ANSYS进行尾部主甲板板架的建模及应力计算，以及结构优化，从而得到最优的结构。

关键词：集装箱船；结构设计；规范计算；结构优化。

Abstract

The parent ship is an inland container ship.The tonnage of the designed ship is similar to the parent ship’s.In design,we determine the ship’s dead weight by altering the box number mainly.For the sake of the container ship belongs to layout status type ships,therefore their principle dimensions largely depend on the layout status demanded. In this way, we can determine the ship’s length, breadth and molded depth according to the layout status demanded. Next, we should check whether its principle dimensions are reasonable in line with the aspects of performance and strength,.By the way, we can also determine other elements. Firstly, we need arrange the cargo region that is located to the central ship and cuboid. The designed ship adopted the methodology of the cargo unit to arrange containers. The inclusive region maintain the structure of the parent ship mostly. Therefore we can ensure the principle dimensions precisely. Then we should compute the hull structure according to the “Inland Steel Ship Construction Standards”(2016).And we can complete the general structure plans and typical section plans.Finally, we need check the longitudinal strength, thereby we can ensure whether this design is reasonable.For the sake of more scientific structure, we used the finite element analysis software to model the stern’s main deck and carry out stress calculation.In this way, we can obtain the optimal structure.

Keywords: container ship;structure design;specification calculation;structure optimization.

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

第2章 设计说明书 5

2.1 概述 5

2.2确定主尺度 5

2.2.1 船长L_PP的确定 6

2.2.2船宽B的确定 6

2.2.3 型深D的确定 6

2.2.4 吃水T的确定 7

2.2.5 方形系数的选择 7

2.2.6 其他船型系数的确定 7

2.2.7 双层底高度（压载水舱的高度） 7

2.3 主要性能估算 7

2.3.1 快速性估算 7

2.3.2 初稳性估算 8

2.3.3 横摇周期的估算 8

2.4 总布置设计 8

2.4.1 概述 9

2.4.2 中部货舱 9

2.4.3 压载水舱 9

2.4.4 上层建筑 9

第3章 船体结构规范计算书 10

3.1 概述 11

3.2 船舶主要尺度与要素 11

3.2.1 主要尺度与要素 11

3.2.2 舱口宽度与船宽的比例 11

3.3 外板 12

3.3.1 船底板 12

3.3.2 舷侧外板 12

3.3.3 舷侧顶列板 12

3.3.4 首尾封板 13

3.3.5 局部加强 13

3.3.6 舭列板 13

3.3.7 平板龙骨 13

3.4 内底板 13

3.4.1 内底板 14

3.4.2 内底边板 14

3.5内舷板（纵舱壁） 14

3.6 甲板 15

3.6.1 强力甲板 15

3.6.2 非强力甲板 15

3.6.3 局部加强 16

3.6.4 强力甲板货舱舱口角隅 16

3.6.5 横舱壁顶板 16

3.6.6 船舶板材统计 16

3.7 双层底骨架 17

3.7.1 双层底在中纵剖面的高度 17

3.7.2 实肋板 17

3.7.3 桁材 18

3.7.4 内底纵骨 18

3.7.5 船底纵骨 19

3.7.6 污水阱 19

3.7.7 双层底骨架统计 19

3.8 单底骨架 20

3.8.1 实肋板 20

3.8.2 中内龙骨 20

3.8.3 旁内龙骨 21

3.8.4 单底骨架统计 21

3.9 舷侧骨架 21

3.9.1 一般要求 21

3.9.2 纵骨 21

3.9.3 强肋骨 22

3.9.4 舷侧纵桁 22

3.9.5 舱底纵骨 23

3.9.6 舱底实肋板 23

3.9.7 舷侧撑材 23

3.9.8 舷侧平台 23

3.9.9 双舷侧骨架统计 24

3.10 单舷侧骨架 24

3.10.1 强肋骨 24

3.10.2 普通肋骨 25

3.10.3 舷侧纵桁 25

3.10.4 单舷侧骨架统计 25

3.11 甲板骨架 26

3.11.1 甲板横梁 26

3.11.2 甲板纵骨 27

3.11.3 甲板纵桁 27

3.11.4 舱口围板 28

3.11.5 局部加强 28

3.11.6 甲板骨架统计 28

3.12 舱壁 29

3.12.1 横舱壁 29

3.12.2 内舷壁的过渡 30

3.12.3 纵舱壁 30

3.12.4 舱壁板厚统计 31

3.12.5 横舱壁扶强材 31

3.12.6 纵舱壁扶强材 33

3.12.7 扶强材统计 33

3.12.8 垂直桁和水平桁 34

3.12.9 垂直桁水平桁统计 36

3.13 支柱及桁架 36

3.13.1 支柱 36

3.13.2 桁架 37

3.13 首尾结构及尾轴架 40

3.13.1 首尖舱骨架 40

3.13.2 尾轴架 40

3.14 主机基座、轴隧及机舱骨架 40

3.14.1 主机基座 40

3.14.2 轴隧 40

3.14.3 机舱骨架 40

3.15 上层建筑及甲板室 41

3.15.1 上层建筑 41

3.16 舷墙、栏杆及护舷材 41

3.16.1 舷墙 41

3.16.2 栏杆 41

3.16.3 护舷材 42

3.17 总纵强度 42

3.17.1 总纵弯曲 42

3.17.2 中剖面模数和中剖面惯性矩的计算 43

3.17.3 屈曲强度校核 45

3.17.4 静水弯矩和静水剪力要求 48

第四章 尾部主甲板板架有限元模型的建立与计算 49

4.1 概述 50

4.2 计算依据 50

4.3 模型范围 50

4.4 坐标系 51

4.5 单元和网格 51

4.6 材料参数 51

4.7 计算工况与载荷 52

4.8 模型约束 53

4.9 应力结果与分析 54

4.10 结构优化 55

4.11 结论 56

第5 章 总结与展望 56

5.1 总结 57

5.2 展望 57

参考文献 58

致谢 59

第1章 绪论

1.1 研究背景

在物流业愈加发达的今天，我国公路运输仍占相当高的比例，但由于其容易造成公路拥堵，且运输安全性较低，所以我们要积极发展水路运输。一个国家发达的程度，从两者所占比例的相对大小便可得知^[1]。

我国内河资源丰富，有着世界第三长河—长江，其贯穿我国东中西部地区，主要支流沟通南北，其巨大的运能资源、重要地位及作用都是其他运输方式所不可替代的^[2]。长江黄金水道对长江流域经济和社会发展起到了巨大作用。在长江流域中，各种各样的船型琳琅满目。其中大宗散货船占主导地位，集装箱船平稳快速发展^[3]。相比于传统的散货船，集装箱船可以说完全是一种新型的船舶。集装箱运输具有装卸效率高、安全可靠、装卸能全天候作业、集装箱可重复利用、运输成本低等优点，故集装箱船得到了快速发展^[1]。

我国内河集装箱运输从1956年开始大致经历了尝试阶段、缓慢发展阶段、萎缩阶段和现在的恢复高速发展阶段。在这一过程中，虽然取得了较为可喜的成绩，但是仍然存在着许多问题，在制约着其飞速发展^[18]。究其原因，一是集装箱船的标准化和大型化有待发展，二是集装箱码头和港区的建设缺乏统一管理，航道与港口没有同步规划建设^[1]。而随着长江航运市场的迅猛发展，船舶大型化趋势非常明显^[4]。同时为了降低水路运输成本，提高运输效率，集装箱船的标准化和大型化已迫在眉睫。而集装箱船的标准化又是以大型化为核心，逐步设计大型化的集装箱船，淘汰规格不一的小型集装箱船，从而达到集装箱船的标准化，进而实现系列化。这样集装箱船运输将雨后春笋般地出现在中国内河航运运输中。

1.2研究目的及意义

集装箱船相比于其他船型，有着它自己的特点。首先在主尺度的设计方面，它与一般的散货船不同，集装箱船属于布置地位型船舶，我们可以根据设计技术任务书对总载箱数的要求，通过对集装箱的具体布置安排，得出本船满足集装箱布置地位所需的主尺度（L、B、D），进而通过浮性、稳性、快速性和其他性能以及强度等方面因素的考虑和校核来确定船的主尺度。