摘 要

化学品船和油船具有类似的结构特征。成品油/化学品船的典型船型是：液货舱为双壳双底结构；有一个连续的主甲板、有首楼和尾楼、球首、球尾、带首侧推；其甲板骨架设置在上甲板上，使舱内形成无骨架结构，以满足特殊喷涂的要。

对于油化船结构的分析，目前有许多不同的计算方法。例如, 总纵强度的计算一般采用传统的船体梁法或压缩平面板架法, 它们均采用近似等效的合成应力方法来求得纵向构件的内力。但基于Timoshenko梁理论的等值梁法适用于细长型船舶结构，而油化船结构多为丰满型，用等值梁法无法考虑结构的横向强。而压缩平面法是一种近似的方法，其合理性和精确性影响了所求得的横强度的可靠性。因此，对整个液货舱段进行有限元分析最能反映化学品船结构受力的实际情。

本文，详细分析了油化船船型的结构特点，首先根据CCS《钢质内河船舶建造规范》2015综合文本（以下简称《内规》）的要求，对100m油化船进行结构规范设计，确定确定有关板厚及构件的的截面尺寸。然后再根据本船结构设计图纸，采用MSC.Partan/Nastran有限元分析软件，建立平行中体舱段有限元模型。选取该船舶中部的完整的N4货舱并向首、向尾延伸半个舱范围内的主要构件，建立（1/2 1 1/2）的舱段结构模型。按照《内规》的要求，选定计算工况、计算载荷并确定边界条件等，对船体结构进行直接计算。并与《内规》中的许用应力值进行比较完成屈服强度检验，然后再按照《内规》中有关要求对本船船中区域主要船体板平面板格强度进行校核。利用CCS_TOOLS插件进行屈曲强度分析，然后与《内规》中的安全因子进行比较。

通过屈服和屈曲强度校核，该船的强度符合要求。同时，本论文为同类型油化船的设计开发以及直接计算提供了一定的借鉴和参考价值。

关键词：油化船；规范设计；有限元法；屈服强度，屈曲强度

Abstract

Chemical tanker is similar to oil tanker in typical structural form, that is: there is double bottom and double shell in cargo tank region; it has a consecutive main deck, a forecastle, a poop, a bulbous bow, a bulb stern, and bow thruster; its deck frame locate upper the deck, aiming at forming a no frame construct in cargo tank, to meet the requirement of special planting.

There are many different ways to conduct the analysis. For example, the analysis of longitudinal strength used to be made by equivalent beam method or compression plane frame method. They both are the method approximate synthesis of equivalent stress to get internal stress of longitudinal member. The equivalent beam method, however, is based on Timoshenko Beam Theory, and is appropriate for see slender body, while chemical and oil tankers are almost flat and wide that its transverse strength cannot be measure by equivalent beam method. As for compression plane frame method, its own inaccuracy and rationality limits the reliability of the result we get. So, to give the whole cargo tank a finite element analysis is the best way to get actual stress case of chemical tanker.

This paper began with the actual state of the chemical and oil tankers and introduced its structure character in detial. According to the CCS《Inland Steel ship construction norms》, the paper made a structural design of a 100m chemical and oil tanker, determined the thickness and cross-sectional dimensions。Then according to the provided structural plan completed the part-cabin model by using the MSC .Partan / Nastran finite element analysis software。This paper selected the main components with the cabin range of the full N4 and extending eacht half cabin in the midship, establishing the (1 1/2 1/2) cabin structure model.According to the requirement, select the calculation load, load case and determine the boundary conditions, directly calculate the finite element of the the hull structure strength. And cpmaring with the permissible stress in CCS 《Inland Steel ship construction norms》to finish the yield strength calculations.Then using CCS_TOOLS buckling plug strength ,evaluate the major structural components in cabin range and compare with the permissible safety factor in rules.

By checking the strength, the intensity of the vessel meets the requirements.At the same time,this paper proved a certain reference value for the same type of ship’s design and development,as well as the direct calculation.

Keywords: Oil and chemical tankers；Standard design；Finite element method;；Yield strength；Buckling strength

目 录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外研究现状 3

1.3本文的研究内容及意义 5

第2章 结构规范设计 6

2.1 全船概述 6

2.2外板 7

2.2.1船底板 7

2.2.2平板龙骨厚度 7

2.2.3舭列板厚度 7

2.2.4舷侧外板厚度 8

2.2.5舷侧顶列板 8

2.2.6护舷材 8

2.2.7局部加强 8

2.2.8内底板厚度 9

2.3甲板 9

2.3.1强力甲板 9

2.3.2非强力甲板 9

2.4单底骨架 10

2.4.1实肋板 10

2.4.2中内龙骨 10

2.4.3旁内龙骨 11

2.4.4底肋骨 11

2.5双底骨架 11

2.5.1双层底高度 11

2.5.2实肋板厚度 12

2.5.3水密肋板 12

2.5.4垂直加强筋 12

2.5.5中桁材 12

2.5.6旁桁材 13

2.5.7外底纵骨 13

2.5.8内底纵骨 13

2.5.9肘板 13

2.5.10开孔 14

2.6舷侧骨架 14

2.6.1外舷肋骨 14

2.6.2 内舷肋骨 15

2.6.3外舷纵骨 15

2.6.4内舷纵骨 15

2.6.5舷侧纵桁 15

2.6.6肘板 16

2.7甲板骨架 16

2.7.1甲板纵骨 16

2.7.2甲板强横梁 16

2.7.3甲板纵桁 17

2.8支柱及桁架 17

2.8.1支柱 17

2.8.2桁架斜杆 17

2.9舱壁 18

2.10首尾结构及尾轴架 18

2.10.1首尖舱骨架 18

2.10.2尾尖舱骨架 19

2.10.3尾封板 19

2.11机舱骨架 19

2.12上层建筑及甲板室 19

2.12.1上层建筑围壁扶强材 19

2.12.2机舱棚 20

2.13船体总纵强度 20

2.13.1主尺度比值 20

2.13.2最小中剖面模数 20

2.13.3最小惯性矩 21

2.13.4总纵强度计算剖面 21

2.13.5总纵强度计算 21

第3章 屈服强度直接计算分析 25

3.1概述 25

3.2模型范围 25

3.3坐标系 25

3.4单元和网格 26

3.5模型规模 26

3.6材料参数 27

3.7分组模型 27

3.8单元属性 30

3.8.1板单元属性 30

3.8.2梁单元属性 32

3.9计算工况 33

3.10载荷 35

3.10.1结构自重 35

3.10.2货物（压载水）重量 35

3.10.3舷外水压力 38

3.10.4端面弯矩 40

3.10.5 边界条件 49

3.11应力结果和强度校核 49

3.11.1提取应力结果的分组 49

3.11.2强度标准 51

3.11.3板单元应力结果及强度校核 52

3.11.4梁单元应力结果及强度校核 67

第4章.主要船体板平面板格的屈曲强度校核 72

4.1《内规》的公式法 72

4.1.1计算板格临界应力的板厚减缩 72

4.1.2纵骨架式甲板、船底板板格的屈曲强度 72

4.1.3舷侧外板、内舷板的剪切屈曲强度 73

4.2 复合应力状态的屈曲计算方法 74

4.2.1 概述 74

4.2.2评估区域、方法和标准 76

4.2.3板格定义 76

4.2.4各种构件板格屈曲强度的评估 76

4.2.5屈曲评估结果 84

第5章 总结 86

5.1结论 86

5.2心得与体会 87

参考文献 88

致谢 89

第1章 绪论

1.1引言

油船，载运散装石油及成品油的液货船，是指建造或为主要在其装货处所装运散装油类的船舶，包括油类、散货两用船，以及全部或部分装运散装货油，并符合《73/78防污公约》附则II所规定的任何化学品液货。油化船既满足《钢制内河船建造规范》中油船船体结构的一般强度要求，也满足化学品船的各项补充规。

（1）

稳。

油船种类很多，从不同的角度，可以分为不同的种类。

按有无自航能力可分为：自航油船、非自航油船、浮式生产储油卸油船；

按油船用途可分为：专用油船、多用途油船；

按所装油品可分为：原油油船、成品油油船、原油/成品油兼运船、油/化学品兼运船、非石油的油类运输船；

世界造船业将油船按载重船型分为以下几个级别：通用型（1万吨以下油轮）、灵便型（一般称之为1～5万吨级的油船，分大灵便和小灵便型。）；巴拿马型（载重吨在6～8万吨之间）；阿芙拉型（经济性最佳，载重吨在8～12万吨之间）；苏伊士型（载重吨在12～20万吨之间）；VLCC（巨型原油船，载重吨在20～30万吨之间）、ULCC（超巨型原油船，载重吨在30万吨及以上。