摘 要

本篇论文以一艘100m甲板运输船船体结构作为设计对象，首先对全船进行结构规范设计，确定板厚及构件的截面尺寸，然后采用Patran/Nastran有限元软件，选取该船船中舱段主要构件建立三维舱段有限元模型，按照中国船级社《钢质海船入级规范》（2015）要求，选定计算工况、计算载荷、确定边界条件等，对其船体结构的横向强度进行了有限元直接计算，重点考察船中货舱主要结构构件的强度，再与《钢质海船入级规范》中的许用应力值进行比较，完成对船体结构横向强度进行评估。通过强度校核（按照《钢质海船入级规范2015》），该船满足规范要求。最后，建立半宽模型，验证结构对称性在解决工程结构问题中的应用。

关键词：甲板运输船；直接计算；有限元；横向强度

Abstract

This paper uses a 100m deck transport ship hull structure as the design object, including designing the whole ship structural specifications, determining the thickness and cross-sectional dimension. By using Patran/Nastran finite element software, three-dimensional finite element model of the cabin in the midship is built. According to the China Classification Society《Rules For Classification Of Sea-Going Steel Ships》in 2015, with selected load cases, calculated load and determined the boundary conditions, the directly finite element calculation of the deck transport ship hull structural transverse strength is operated to evaluate the strength of main parts in the middle cargo and compare permissible stress in 《Rules For Classification Of Sea-Going Steel Ships》in 2015.And finish the examination of the deck transport ship hull structural transverse strength. Finally, half width model is built to verify the application of the structure symmetry in solving problems of engineering structure.

Key word: deck transport ship; direct calculation; FEM; transverse strength

目 录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究的目的及意义 2

1.4本文主要工作 2

第2章 船体结构的规范设计 4

2.1 概述 4

2.2主尺度与系数 4

2.3外板 4

2.3.1船底板（§2.3.1） 4

2.3.2 平板龙骨（§2.3.2） 5

2.3.3舭列板（§2.3.3） 5

2.3.4 舷侧外板（§2.3.4） 6

2.3.5 舷顶列板（§2.3.5） 7

2.3.6 局部加强（§2.3.6） 8

2.4 甲板 8

2.4.1 强力甲板（§2.4.2） 8

2.4.2 甲板边板（§2.4.3，§1.3.2.6） 9

2.4.3甲板厚度 9

2.5 单层底 9

2.5.1纵骨架式单层底 9

2.5.2横骨架式单层底 11

2.6．舷侧骨架 12

2.6.1 肋骨 12

2.6.2舷侧纵骨 14

2.6.3 纵骨架式强肋骨 15

2.6.4 舷侧纵桁 15

2.7甲板骨架 16

2.7.1计算压头 16

2.7.2甲板纵骨 17

2.7.3纵骨架式甲板纵桁(按照驳船算) 18

2.7.4 纵骨架式强横梁 18

2.8. 支柱 19

2.8.1 支柱的载荷 19

2.8.2支柱的剖面积 19

2.8.3支柱的最小壁厚 19

2.8.4角形支柱 19

2.9舱壁 20

2.9.1防撞舱壁 20

2.9.2舱壁板的厚度 t 20

2.9.3舱壁扶强材 21

2.10．首尾柱 22

2.10.1首柱 22

2.10.2尾柱 22

2.11. 船端加强 23

2.11.1首尖舱内的加强 23

2.12．主机基座 24

2.12.1腹板厚度 24

2.12.2机座纵桁面板(2.16.1.3) 24

2.12.3横隔板、横肘板(2.16.1.3) 24

2.13上层建筑及甲板室 24

2.13.1 计算压头 24

2.13.2上层建筑端壁和甲板室围壁 27

2.13.3上层建筑侧壁 28

2.13.4甲板 28

2.14舷墙及栏杆 30

2.14.1 舷墙(2.19.2) 30

2.14.2 栏杆(2.19.3) 30

2.15本章小结 30

第3章 船体结构的横向强度校核 32

3.1有限元基本理论 32

3.1.1定义 32

3.1.2简介 32

3.1.3基本计算步骤 32

3.2甲板运输船横向强度直接计算 33

3.2.1直接计算的背景 33

3.2.2结构模型 33

3.2.5边界条件的施加 35

3.3计算载荷 35

3.3.1对称工况 36

3.3.2非对称工况： 37

3.4材料参数 38

3.5许用应力评估 38

3.5.1 计算结果汇总 38

3.6计算结果显示 40

3.6.1工况1（对称工况） 40

3.6.2工况2（非对称工况） 46

3.7结论 51

3.8半宽舱段模型 53

3.8.1模型构思由来 53

3.8.2模型范围 54

3.8.3坐标系的选取 54

3.8.4网格划分 54

3.8.5半宽舱段模型示意图 55

3.8.6边界条件的施加 56

3.8.7计算载荷 56

3.8.8材料参数 58

3.8.9许用应力评估 58

3.8.10 半、全宽舱段模型的船舶横向强度对比结论 68

第四章 总结与展望 69

4.1总结 69

4.2 展望 69

参考文献 71

致 谢 72

第1章 绪论

1.1引言

一般散装载运煤、粮食、水泥、矿砂等大宗干散货物的船舶可以称为干散货船，或称散货船^[1]。因为干散货船的货物品种单一，并且不需要打包成捆、成包、成箱的装载运输，不怕挤压，便于装卸，所以都是单甲板船。而甲板运输船就是从这种船演变而来的。

在国际贸易中，80%-90%的货物运输是通过船运实现的，而干散货航运市场是国际航运市场的重要组成部分，它的海运量在国际航运中占据约40%的比例。国际干散货运输是全球经贸发展的基础，其市场发展状况一定程度的反应了全球经贸的发展趋势，并促进了世界各国经贸的发展。

在当前的全球经济一体化形式下，国际干散货航运市场接近于完全竞争市场，在贸易运输需求和船舶运力供给的作用下，竞争激烈。进入21世纪后，世界经济在发展中国家经济强劲提升的促动下发展稳健，货物运输需求持续快速增长。2008年下半年金融危机的爆发严重冲击了全球经济和贸易的发展格局，国际干散货航运市场也随之急速跌入谷底，航运市场持续低迷，2012年5月份波罗的海指数又一次跌破1000点大关，很多航运公司破产倒闭。船东承受着前所未有的压力，当船舶承运的是轻泡货时，货舱容积已被全部利用，但载载量尚未得到满足，在托运人的同意下而配装部分甲板货以增加运费收入。承运人千方百计地找货源，一些过去散货船船东很少承揽的货物如大件货、甲板货等现在都在积极承运，这给船舶运输，尤其是船舶本身带来了相当大的风险^[2]。因为将重载置于甲板上一方面降低了原来船舶的稳性，一方面存在原有甲板强度不够的问题。

在这样的背景下设计符合在甲板上运输重载的甲板运输船是有必要的。

1.2 国内外研究现状

甲板运输船由于其具有建造工艺简单，便于装卸施工，投资造价和营运成本低、收益率高等优点而深受地方中小型船厂和船东们的青睐。在该类船舶的结构设计过程中往往采用规范允许的最低强度要求，以达到降低成本的目的。因此，船舶在营运过程中存在结构破坏的事故隐患，分析此类船舶的结构强度显得尤为重要。船体强度是研究船体结构安全性的科学^[3][4]。长期以来，国内外关于船舶横向强度的研究较少，很大程度上是因为存在这样一种观点：横向强度的破坏只会造成某些小的损伤，不会危及到船舶的整体安全^[5]。但是在实际航运中，由于船体局部损伤最终导致整个船体毁坏的事例越来越多。因此，为了保证其船体结构在正常使用过程和一定的使用年限中具有不破坏或不发生过大变形的能力，有必要进行船体横向强度校核。