1500吨浅吃水货船船体结构设计分析.docx

1、1500吨浅吃水货船船体结构设计分析毕业设计论文中文摘要题目：1500吨浅吃水货船船体结构设计分析摘 要本船是1500吨级浅吃水货船，属于无限航区普通货船，可实现江海联运及电机定子、重型机械等大件运输。本设计是以保证该船能够达到所要求的坚固程度为目的，针对该船的主要构件作出强度校核，绘制出结构图与横剖面并进行钢材级造价的估算。结构强度校核部分，根据钢质海船入级规范（2006）进行计算，先对整体进行校核，然后是局部主要构件的强度校核，从而计算出各个部分的强度要求，选择合适的构件以保证船舶的结构坚固。根据强度校核，了解基本结构和类型，并设计出基本结构设计书，从而对基本结构与典型横剖面作图。钢材估算

2、方面，主要采用余量估算方法，对所需钢材进行计算。造价估算方面则对各个单项进行计算，并根据其所占比例，对全船价格进行估计。本设计中所依据知识，主要来自于规范与相关船舶书籍中。通过本设计对作者所学专业职业知识有了更好的巩固，并为以后的工作有了相应的准备。关键词：结构强度校核；船体结构；造价估算1前言1.1 概述本船是1500吨级普通运输货船，为钢质单甲板，球鼻船首，双尾鳍、双机、双桨、双舵的尾机型浅吃水江海直达货船。全船共两个货仓，设短首楼和尾楼。主要承运大宗散货、杂货、普通包装的钢材、集装箱等货物。本船航行于黑龙江、松花江至我国南北沿海，以及日本、朝鲜、东南亚等江海直达航线，航区为海规工类及河规

3、A级。本设计需要完成该船的船体结构设计工作，包括船体结构规范计算；绘制主要横剖面图；绘制基本结构图；船体钢材估算；船舶造价估算等。从而巩固加深所学专业知识，结合生产实践融汇所学专业知识，提高专业技能，培养工程素质以及独立完成工作的能力。1.2 货船的设计要求1.2.1 船舶主要数据总长： 85.90m垂线间长： 80.00m型宽： 13.80m型深： 5.50m设计吃水： 2.70m结构吃水： 3.30m梁拱： 0.20m方形系数： 0.809（设计吃水） 0.827（结构吃水）结构吃水垂线间长： 80.00m结构吃水水线长： 81.60m计算船长： 83m肋距： 尾至#6 600mm #6至

4、#114 650mm #114至首 600mm纵骨间距： 上甲板货舱区域 550至650mm 顶边舱舷侧 500mm 顶边舱斜板 600mm 双层底区域 650mm甲板间高 上甲板至首楼甲板 2.10m 上甲板至尾楼甲板 2.30m 尾楼甲板至驾驶甲板 2.30m (#8至#24) 3.0m (#24至#29) 驾驶甲板至罗径甲板 2.30m1.2.2 结构概况本船为单甲板，双机双桨尾机型江海直达杂货船，全船共分为两个货仓，共分两个货舱，共设四道水密舱室壁，货仓区域结构形式为双层底、双壳结构。双壳结构由两部分组成，从基线起向上四米为舷侧深舱；四米以上至甲板为顶边舱，货舱区域甲板开口线以外和双层

5、底骨架以及顶边舱结构采用纵骨架式；甲板开口线以内，深舱和舭部结构以及机舱、首、尾尖舱均采用横骨架式。本船满足B级冰区加强的要求。1.2.3 主要性能航速：本船在新船状态，无浅吃水影响，风力不超过薄氏风标3级，海浪不超过2级，当主机为常用功率时静水航速为10.8海里/小时。油耗：在常用功率情况下，主机约4.30吨/日；副机约0.64吨/日续航力和自持力：本船在满载状态设计航速时的续航距离为4000海里，自持力为20天。1.2.4 舾装设备锚设备：首锚，1750公斤斯贝克锚3只；系泊设备：托索，钢索1跟，长190米；系船索，钢索1跟，长160米；舵设备：本船采用2只悬挂式流线型平衡舵，舵的剖面形式

6、为小鱼尾型。舵总面积为7.49m2，面积比例为2.48%，平衡系数为0.261。舵为钢板组合结构，舵叶上端与舵杆用链连接。救生设备：本船设5.5m6人救助艇1只。设置救生筏5只，带自亮浮灯救生圈5只，带自亮浮灯及烟雾信号救生圈2只，带救生浮索救生圈2只，救生衣5件，设保温救生服30件。消防用品等其他设备均按规范配备。1.2.5 主要舱室设备驾驶室：设旗箱、望远镜箱、高脚扶手椅；报务室：设工作台、园转椅；海图室：设海图桌、文件柜、园转椅；1.3 货船设计要求的分析本船为1500吨级浅吃水货船，可实现江海联运，因此在进行主要构件结构强度校核的时候采用钢质海船入级规范（2006）进行计算。在规范中，

7、根据本船的特点（双壳，从基线起向上四米为舷侧深舱；四米以上至甲板为顶边舱，货舱区域甲板开口线以外和双层底骨架以及顶边舱结构采用纵骨架式；甲板开口线以内，深舱和舭部结构以及机舱、首、尾尖舱均采用横骨架式。）找到对应的规定，根据规范所要求对相应公式进行计算，从而得到各个构件的要求尺寸。通过对任务书的分析，分部位计算出各个区域钢材重量，从而得到最终的刚才消耗量。最后将造船所需各个方面人员，物品以及其他各种费用进行统计。完成毕业设计。2结构设计2.1 船舶结构设计概述船体强度的任务是研究船体结构抵抗破坏的能力和变形的规律。把船体作为一个整体来研究其强度的问题称为船体总强度问题。船舶局部强度则是把船舶整

8、体分为各个部件，分别按照其所在相应位置，所受力情况来进行计算强度。船体是由板和型材组成的薄壁结构，根据结构所处的位置和受力特点，人为地将它分成船体板架、甲板板架、船侧板架和舱壁板架等。船体结构设计通常是在船舶基本设计完成之后，已知船舶主尺度、船体型线、船舶建筑型式、甲板层数、内底分布、舱壁位置和舱室用途之后进行的。结构设计的任务是在这个基础上决定船体结构型式、构件尺寸和连接方法的。成功的毕业设计是合理的选择结构材料，保证结构具有必须的强度和刚性的情况下，使结构重量最轻。在进行校核的过程中，根据规范进行相应构件的计算，并根据所得结果画出结构图。2.2 基本结构及用途外板：外板指船底部、舭部、舷部

9、外壳板，由于船体沿肋骨围长的曲率变化较大，钢板的长边通常沿船长方向布置，便加工成型。它用于形成船体外形及保证船体水密；直接承受水压力，使船舶具有漂浮及运载能力，并承受和传递各种横向载荷，参与骨架局部强度。底部结构：船底是船体等值梁的下缘，承受很大的总纵弯曲应力，还承受着及其重量、货物重量、压载水及舷外水的压力等横向载荷。甲板：甲板与外板共同组成船体主体。承受总纵弯曲时的正应力；承受横向载荷：如人员、设备重量及甲板上浪的水压力等；承受甲板上的集中载荷：如甲板上的集中荷重、上层支柱传来的集中力等。上甲板对保证船体总强度起重要作用，下甲板主要承受货物重量。舷侧结构：横骨架式舷侧结构由普通肋骨与强肋骨

10、交替布置，并设置舷侧纵桁组成交替肋骨制的舷侧结构。因有相当数量的强肋骨与甲板强横梁、底肋板组成横向钢架，对保证船体横向强度与刚度有利。主要承受的外力有：由总纵弯曲时产生的弯矩与剪切力；垂直作用于舷侧外板并与浸水深度成比例的舷外水压力；由底部及甲板传递来的压缩力；波浪的冲击力、爆炸波的冲击力、振动及各种偶然性的撞击力等横向载荷。舱壁：由舱壁板和骨架组成，是用来分隔船体内部空间，把船体分成一个个的单独舱室供装货、载客和安装机电设备等用。可以用来保证船舶与平台的抗沉性，增强船体的强度与刚度，可以防止火灾与毒气蔓延。上层建筑是建立在船舶主体上甲板之上的任何舱室结构。包括船楼、甲板室、机舱棚、活动舱口盖

11、等。上层建筑与船舶的航海性能及居住条件密切相关。可以作为货仓使用；由利于扩大驾驶人员视野；增加船舶储备浮力；减小甲板上浪；围弊机舱开口；如果上层建筑长度足够时，它可以全部或部分地参与主体的总纵弯曲，提高船体的总纵强度。2.3 基本结构计算书在计算过程中要用到的主尺度：计算船长L 83m型 宽B 13.80m型 深D 5.5m设计吃水d 2.70m肋距S 尾至#6 600mm #6至#114 650mm #114至首 600mm2.3.1 总体强度计算根据规范2.2.5.1 船中最小剖面模数W0应不小于按下式计算所得之值：W0= CL2B(Cb + 0.7) cm3式中: C系数，按本节2.2.

12、3.1 选取；0.0412L+4=7.42m （L不大于90m）Cb同本节2.2.3.1；选取0.809L 船长,m; 选取83mB船宽,m。13.8mW0=7.4283213.8(0.809+0.7)=1064457.72m3 实取W0=1.071012cm3根据规范2.2.5.2 船中剖面对水平中和轴的惯性矩I应不小于按下式计算所得之值:I = 3W0 L cm4式中：W0按本节2.2.5.1 计算所得的船中最小剖面模数，cm3；L 船长，83m。I=31.065101283=265049972.3m4 实取：I=2.71016 cm4 2.3.2 局部强度计算2.3.2.1 外板船底板按

13、规范2.3.1.3 船底为纵骨架式时, 船中0.4L 区域内的船底板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值：t1= 0.043s(L + 230) mmt2= 5.6smm式中:s 纵骨间距,0.65m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;d 吃水,3.3m;L 船长, 83m， 计算时取不必大于190m;Fb折减系数0.8，见本章2.2.5.7h1= 0.26C, 计算时取不大于0.2d;C系数，见本章第2 节2.2.3.1。C = 0.0412L + 4=7.26, 当L 90m 所以h1=0.66t1=0.0430.65(83+230) 0.9=8.75mmt2=5.60.651.78=6

14、.48mm实取t=9mm根据规范2.3.1.4 离船端0.075L 区域内的船底板厚度t 应不小于按下式计算所得之值:t = (0.035L + 6) mm式中:L船长,83m；s 肋骨或纵骨间距,0.6m，计算时取值应不小于Sb；Sb肋骨或纵骨的标准间距,0.6m。t=0.03583+6=8.91mm实取t=9mm 按规范2.3.1.2 横骨架式区域内的船底板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值:t1= 0.072sE-1( L + 170 ) mmt2= 7.0smm式中:s肋骨间距,0.65m, 计算时取值应不小于肋骨的标准间距；d吃水,3.3m；L船长,83m; 但计算时取不必大于2

15、00m；Fb折减系数0.8，见本章2.2.5.7；E = 1+，其中， S为船底桁材或龙骨间距；E-1=0.8 h1=0.66t1=0.0720.650.8（83+170）0.89=8.43mmt2=7.00.651.78=8.47mm实取t=9mm船首底部的加强按规范2.15.3.1 当船长L 等于或大于65m, 且航行中最小首吃水小于0.04L 时, 应对其从首垂线向后的底部平坦部分进行加强。横向加强范围的边线高于基线应不小于0.014B（B 为船宽），但不必大于0.28m。纵向加强范围的端线距首垂线的长度X应不小于按下式计算所得之值：X =(0.65-)L m式中: L船长,83 m;C

16、b方形系数0.8, 当Cb 0.7 时,Cb = 0.7，当Cb 0.8 时, Cb = 0.8X=(0.65-0.4)83=20.75m 实取X=21m在加强范围内, 对首部船底板应作下列加强:首部船底板厚度t 应不小于按下式计算所得之值:t =CC1(1.8-26)mm式中: L船长,83m；d1航行中的最小首吃水,2.5m；s骨材间距,0.6m；#114以前为0.65msb骨材标准间距,0.627m；e纵向位置修正系数, 见表2.15.3.5；在#93至#100，#100至#119，#119至首分别为0.667，1.0，0.5C系数, 当65 L 145m 时, C=7.3+0.081L

17、；当145 L 200m 时,C=19.0；当200 L 300m 时,C=23.6-0.023L；当L 300m 时， C=16.7；C=14C1 = 1.2- ，其中为主要构件间距, C1 大于1 时, 取C1 等于1 C1=0.95所以：t=140.95(1.8-260.03) 0.82=11.13mm 实取t=12mm #93至#100t=140.95(1.8-260.03) 0.98=13.3mm 实取 t=14mm #100至#119t=140.95(1.8-260.03) 0.68=9.26mm 实取 t=12mm #119至首按规范2.15.3.3 在加强范围内，对纵骨架式双层

18、底骨架应作加强：船底纵骨剖面模数应比按本章2.6.12.2 的计算值大10%，但代入公式中的l 值应不小于1.85m。 W=1.1W船底=1.1159=174.9cm3 实取W=204cm3按规范2.6.12.3 内底纵骨的剖面模数为船底纵骨剖面模数的85%W=0.85W船底=0.85159=135.15cm3 实取W=157cm32.3.2.2 平板龙骨 按规范2.3.2.1 平板龙骨的宽度b 应不小于按下式计算所得之值:b = 900 + 3.5L mm式中: L船长,83m。平板龙骨的宽度不必大于1800mm。 平板龙骨的宽度应在整个船长内保持不变。按规范2.3.2.2 平板龙骨的厚度不

19、应小于本节所要求的船底板厚度加2mm。且均应不小于相邻船底板的厚度。b=900+3.583=1190.5mm 实取b=1200mmt=t船底板+2=9.82mm 实取t=10mm2.3.2.3 舭列板按规范2.3.3.1 舭列板厚度, 当舭列板处为横骨架式时, 应不小于按本节2.3.1.2 计算所得;t1= 0.072sE-1( L + 170 ) mmt2= 7.0s mmt1=0.0720.650.8(83+170)0.89=8.47mmt2=7.00.651.78=8.10mm实取t=9mm2.3.2.4 舷侧外板按规范2.3.4.1 舷侧外板系指从舭列板至舷顶列板之间的外板。按规范2.

20、3.4.2 舷侧为横骨架式时, 船中部0.4L 区域内舷侧外板厚度t 应符合下列规定:(1) 距基线D 以上的舷侧外板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值:t1= 0.073sE-1(L + 110) mmt2= 4.2s mmt1=0.0730.65(83+110)=9.16mmt2=4.20.652.12=5.78mm实取t=10mm(2) 距基线D 以下的舷侧外板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值:t1= 0.072sE-1(L + 110) mmt2= 6.3s mmt1=0.0720.65(83+110) 0.89=8.08mmt2=6.30.651.78=7.29mm实取t=

21、9mm式中:s 肋骨间距,0.65m，计算时取值应不小于肋骨的标准间距;L 船长,83m，计算时取值不必大于200m;d吃水,3.3m;Fd、Fb折减系数，分别为1和0.8，见本章2.2.5.7;E = 1 +，其中,S为舷侧纵桁间距，m；E-1=1h2= 0.5C, 计算时，取不大于0.36d；h2=1.19 h1、C=7.26 见本节2.3.1.2。h1=0.66(3) 距基线至距基线D 区域内的舷侧外板厚度t，由上述计算所得t2之值用内插法求得。实取t=9mm按规范2.3.4.4离船端0.075L 区域内的舷侧外板厚度应符合本节2.3.1.4 的要求,实取t=9mm按规范2.3.4.5

22、船中部0.4L 区域内的舷侧外板厚度应不小于本节2.3.4.4 要求的端部舷侧外板厚度,并应使船中部0.4L 区域外的舷侧板厚度能逐渐向端部舷侧外板厚度过渡,实取t=9mm冰区加强按规范4.5.1.1 冰带外板的加强, 其纵向范围从首柱向后至满载水线最大宽度处, 但不超过0.2L。0.2L=16.6 m垂向范围从LWL 以上500mm 至BWL 以下500mm。 h=(Lwl+500)-(Bwl-500)=3.3-2.5+1=1.8m按规范4.5.1.2 冰带外板厚度至少应为船中部外板厚度规范值的1.25 倍, 但不必大于25mm, 其厚度应逐渐过渡。t冰=1.25t t=8.98mm t冰=

23、11.23mm 实取t冰=12mm2.3.2.5 舷顶列板按规范2.3.5.1 舷顶列板的宽度应不小于：b = 800 + 5L mm，但也不必大于1800mm式中：L船长，83m。b=800+583=1215mm 实取b=1250mm按规范2.3.5.3 舷侧为纵骨架式时，船中0.4L 区域内的舷顶列板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值:t1=0.06s(L1+110) mmt2=0.9smm式中: s 纵骨间距,0.627m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;L 船长,83m;L1 = L, 其中L 为船长,m，但计算时取值不必大于200m;Fd折减系数1，见本章2.2.5.7t1=0

24、.060.627(83+110)=7.24mmt2=0.90.62712.57=7.1mm按规范2.3.5.4 在船中部0.4L 区域内的舷顶列板的厚度，在任何情况下均应不小于强力甲板边板厚度的0.8 倍，也不小于相邻舷侧外板的厚度。舷顶列板的厚度可逐渐向两端过渡到端部的舷侧外板厚度。t=0.8t甲板边板=0.816=12.8mm 实取t=14mm2.3.2.6 强力甲板按规范2.4.2.1 开口边线外强力甲板厚度t，除应符合中剖面模数要求外, 还应不小于按下列各式计算所得之值:纵骨架式:t1=0.06s(L1+110) mmt2=0.9smm式中:s纵骨间距,0.65m，计算时取值应不小于纵

25、骨的标准间距;L 船长,83m;L1 = L,m，但计算时取值不必大于200m;Fd折减系数，见本章2.2.5.7。t1=0.060.65(83+110)=7.53mmt2=0.90.6512.57=7.35mm实取t=8mm按规范2.4.2.2 在开口边线以内及离船端0.075L 区域内的强力甲板, 无论是纵骨架式或横骨架式, 其厚度t 应不小于按下式计算所得之值:t= 0.9s开口边线内：s=0.65m t=0.90.6512.57=7.35mm离船端0.075L区域：s=0.6m t=0.90.612.57=6.17mm实取t=8mm按规范2.4.3.1 在船中部0.4L 区域内的强力甲

26、板边板宽度，应不小于(6.8L+500) mm。其中L 为船长，但不必大于1800mm。 b=6.883+500=1064.4mm 实取b=1580mm强力甲板边板在端部的宽度，应不小于船中部宽度的65%。强力甲板边板厚度，应不小于强力甲板厚度。b边=0.65b=0.651064.4=691.9mm 实取b=700mm2.3.2.7 中内龙骨按规范2.5.2.1 在船舶中纵剖面处应设置中内龙骨。中内龙骨的高度应等于肋板的高度, 其腹板厚度t和面板剖面积A 应不小于按下列各式计算所得之值:在船中部0.4L 区域内：t = 0.06L + 6.2 mmt=0.0683+6.2=11.18mm 实取

27、 t=12mmA = 0.65L + 2 cm2A=0.6583=55.95 cm2 实取 A=56cm2在船端0.075L 区域内： t = 0.05L + 5.5 mmt=0.0583=9.65 mm 实取 10mmA = 0.52L cm2A=0.5283=43.16 cm2 实取A=44cm2式中: L船长,83m。2.3.2.8 旁内龙骨按规范2.5.3.1 旁内龙骨的高度与该处肋板高度相同。其腹板的厚度t 和面板的剖面积A, 应不小于按下列各式计算所得之值：t = 0.05L + 5 mmt=0.0583+5=9.15mm 实取t=10mmA = 0.25L + 5 cm2A=0.

28、2583=25.75cm2 实取A=26cm2实取 式中: L 船长,83m。2.3.2.9 中桁材按规范2.6.2.1 在船体中纵剖面处应设置中桁材。中桁材高度h0 应不小于：h0 = 25B + 42d + 300 mm，且不小于650mm式中: B船宽,13.8 m;d吃水,3.3 m。h0=2513.8+423.3+300=783.6mm 实取h0=900mm2.6.2.2 中桁材的厚度t 应不小于下述规定:船中部0.4L 区域内:t=0.0077h0 + 4 mmt=0.0077783.6=10.03mm 实取t=11mm式中: h0 双层底计算高度,783.6mm。2.3.2.10

29、 旁桁材按规范2.6.4.1 旁桁材的厚度可比本节2.6.2.2 规定的中桁材厚度减少3mm。t=t中-3=10.03-3=7.03mm 实取t=8mm水密旁桁材厚度应较旁桁材厚度增厚2mm。但旁桁材的厚度均应不小于相应的肋板厚度。t=t旁+2=9.03mm 实取t=10mm2.3.2.11 实肋板 横骨架区域（#24至#29）按规范2.6.5.1 货舱和机舱实肋板的厚度t 应不小于按下式计算所得之值，但不必超过15mm：t = 0.0077h0 + 1 mm式中:h0双层底计算高度,783.6mm。炉舱内实肋板和污水阱处的实肋板应较上式增加2.5mm。t=0.0077783.6+1=7.03

30、mm 实取 t=8mm纵骨架区域（#29至#114）按规范2.6.11.2 纵骨架式实肋板厚度应较本节2.6.5.1 要求的实肋板厚度增厚10%, 但不必大于15mm,t=1.1(0.0077h0 + 1)=7.73mm 实取 t=8mm按规范2.6.6.2 水密肋板的高度大于0.9m 而不超过2m 时, 应设置间距不大于0.9m 的垂直加强筋, 加强筋两端应削斜, 其剖面模数W 应不小于按下式计算所得之值:W = 5.5shl2 cm3式中:s加强筋间距,0.65m；h由内底板到溢流管顶的垂直距离,5.4m；l加强筋跨距,0.9m；即实取的双层底高度W=5.50.655.40.81=15.64cm3实取W=16cm3肋板上的每根纵骨处应设置垂直加强筋。非水密肋板垂直加强筋的厚度等于肋板厚度, 宽度应不小于150mm; 船长