摘 要

甲板运输船有着众多的经济优点，倍受船东的青睐。但是多数甲板船的长宽比小于5，宽深比大于2.5，属于超规范船舶。且出于经济效益的考虑，进行结构设计时，甲板运输船的各构件强度通常都在规范所容许的最低限度。因此其船舶结构强度问题不容忽视。

本文根据母型船资料，在查阅相关甲板运输船的论文、资料的基础上，介绍和分析了甲板运输船的结构特点。然后，根据《钢质海船入级规范2015》对一艘80米甲板运输船进行规范设计，确定结构构件的尺寸。

针对所设计船舶结构，本文应用有限元软件MSC.Patran2010及MSC.Nastran2010，对该船的船中舱段进行了横向强度校核，并根据规范要求，对整船进行了有限元直接计算，对全船总纵强度进行了校核。校核结果表明，本文设计的80m甲板运输船的所有结构均符合《钢质海船入级规范2015》中的强度要求。最后，根据结果修改结构设计，得出安全、经济的设计方案。

关键词：甲板运输船；结构设计；横向强度；总纵强度；直接计算

Abstract

Deck barge is popular in many ship owners for its legion of economic benefits. But the primary dimensions of most deck barges are often beyond the rules. The length-width ratio is less than 5, while the width-depth ratio is more than 2.5. Taking the economic benefits into consideration, the design of the structure strength always takes the minimum tolerance size. So, designers need to conduct a detailed structural design and rigorous strength check. And we have to pay more attention to its structure strength problem.

Based on related papers and information we found, as well as the data of parent ship hull, this paper primarily introduces and analyses the structure features of deck barges. Then, this paper shows the design process of a 80m deck barge and the final sizes of designed structural members according to the CCS ‘Rules for the Construction of Sea-going Steel ships’.

Aiming at the designed barge structure, a transverse strength check for the cabin section in the midship and longitudinal strength check for the whole deck barge were conducted by applying the finite element software MSC Patran / Nastran(Version 2010). The results indicate that the designed structures of the 80m deck barge are confirmed with the strength requirements in the CCS ‘Rules for the Construction of Sea-going Steel ships.’ Then, on the basis of the calculated results, some corrections of the designed structures were took to get a safe and economic design scheme.

Key words: deck barge; structure design; transverse strength; longitudinal strength; direct calculation.

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2有限元简介 1

1.3研究现状 2

第2章 船舶结构规范设计法计 3

2.1 概述 3

2.1.1设计标准 3

2.1.2结构形式 3

2.1.3主尺度等参数 3

2.2外板 4

2.2.1船底板 4

2.2.2 平板龙骨 5

2.2.3 舷列板 5

2.2.4 舷侧外板 5

2.2.5 舷顶列板 7

2.2.6 局部加强 8

2.3甲板 9

2.3.1 强力甲板 9

2.3.2 甲板边板 9

2.4船底 10

2.4.1 实肋板 10

2.4.2 旁龙骨 11

2.4.3 船底纵骨 11

2.5舷侧骨架 12

2.5.1 肋骨 12

2.5.2舷侧纵骨 13

2.5.3 机舱区域强肋骨 14

2.5.4 纵骨架式强肋骨 14

2.6．甲板骨架 14

2.6.1 甲板纵骨 14

2.6.2甲板强横梁 14

2.6.3 甲板纵桁 15

2.7支柱 15

2.7.1 支柱的载荷 15

2.7.2支柱的剖面积 15

2.7.3支柱的最小壁厚 16

2.8舱壁 17

2.8.1防撞舱壁 17

2.8.2舱壁板的厚度 17

2.8.3舱壁扶强材 18

2.8.4舱壁桁材 19

2.9．首柱 19

2.10船端加强 19

2.10.1首尖舱内的加强 19

2.10.2 尾尖舱内的加强 20

2.11主机基座 20

2.11.1腹板厚度 20

2.11.2机座纵桁面板 20

2.11.3横隔板、横肘板 21

2.12上层建筑及甲板室 21

2.12.1 计算压头 21

2.12.2上层建筑端壁和甲板室围壁 24

2.12.3上层建筑侧壁 25

2.12.4甲板 25

2.13舷墙及栏杆 26

2.13.1 舷墙 26

2.13.2 栏杆 27

第3章 舱段结构横向强度校核 28

3.1.有限元模型 28

3.1.1坐标系 28

3.1.2结构模型 28

3.1.3边界条件 31

3.1.4计算工况 31

3.1.5甲板载荷 31

3.1.6舷外水压力载荷 31

3.2.许用应力 34

3.3结果及分析 34

3.3.1结构应力结果 34

3.3.2应力结果分析 37

第4章 整船结构强度有限元直接计算 39

4.1 概述 39

4.2 计算依据 39

4.3 全船有限元模型 43

4.3.1犀牛建模 43

4.3.2全船模型 44

4.3.3坐标系 45

4.3.4单元属性 45

4.3.5材料属性 47

4.3.6计算模型 47

4.4计算工况 50

4.5模型载荷 51

4.5.1空船重量、船员、行李及粮食重量 51

4.5.2满载出港工况下载荷 53

4.5.3压载到港工况下载荷 57

4.6边界条件 60

4.7应力计算结果及分析 61

4.7.1许用应力标准 61

4.7.2 应力结果 61

4.7.3应力结果分析 67

第5章 总结 68

5.1毕设总结 68

5.2关于结构设计 68

5.3关于有限元建模 69

5.4关于波浪载荷 70

致谢 71

参考文献 72

第1章 绪论

1.1概述

甲板运输船是以在我国沿海各主要港口运输黄沙、煤炭、矿砂、钢材和工程辅料等大宗散货或当港口较小，大型货船无法靠港时，甲板运输船以其行动相对灵活的优点用于货物的中转。此种船通常不设置货舱、在甲板载货区上堆放货物、甲板的四周设有挡货围板。甲板运输船船体结构形式简单、建造方便且造价低，同时其装载量很大，且不受货物形式的限制，货物装卸方便，船的利用率高。这些经济上的优点，使其受到众多船东的青睐。

为了提高载货量，甲板运输船的甲板相对较宽，导致长宽比小于5，宽深比大于2.5，多属于超规范船舶^[1]。与此同时，出于成本的考虑，在进行结构设计时，甲板运输船的各构件强度通常都在规范所容许的最低限度。这样，船舶在营运过程中在复杂的外部载荷环境下就会有结构损坏的风险，结构的破坏可能导致船舶在运输过程中发生危险，对船东的经济利益造成非常大的损失，所以就需要着重研究这种船舶的结构强度问题，以提高此种船舶的安全性。 

由于甲板运输船的尺度比常会超过规范的规定，应力也不是常规分布，如果对其采用梁理论进行计算是不合理的，因此在校核该类船舶的总纵强度时波浪载荷的计算不能采用传统统计公式，而需要对该类船舶的强度进行直接计算。