船舶结构与强度设计报告书

1、5000 吨江海直达船 结构规范计算书 第 35 页 共 35 页船舶结构规范 设计书5000吨江海直达船 指导老师: 班级：船海1101班小组成员： 姓名： 学号： 姓名： 学号： 姓名： 学号： 姓名： 学号： 完成日期：2014/7/2目 录一小组成员分工及贡献度二小组设计任务三5000吨江海直达船说明四确定4800mm平台构件尺寸 （1）#5 #12区域 （2）#12#35区域 （3）#35#134区域 （4）#134船首区域五4800mm平台甲板结构图六有限元建模及强度计算七课程设计总结八附件一小组成员分工及贡献度1.成员分工按规范确定4800mm平台甲板构件尺寸： 绘制4800mm

2、平台甲板结构图： #134船首有限元建模及结构强度直接计算： Word制作及后期整理： PPT制作： 2.贡献度 xxx 1.0xxx 1.0xxx 1.0xxx 1.0二小组设计任务1.按照规范确定4800mm平台甲板构件尺寸，绘制甲板结构图2. #134船首区域有限元建模及结构强度直接计算三5000吨江海直达船说明一说明 本船主要运输矿石及钢材，兼顾煤碳及水泥熟料等货物。航行于长江武汉至宁波中国近海航区及长江 A、B 级航区。船舶结构首尾为横骨架形式，中部货舱区采用双底双舷、单甲板、纵骨架式形式，所有构件尺寸均按 CCS国内航行海船建造规范(2006)要求计算。1. 主要尺度设计水线长：

3、107.10米计算船长： 104.10米型宽： 17.5米型深： 7.6米结构计算吃水： 5.8米2.主要尺度比长深比：宽深比：2. 肋距及中剖面构件布置：尾#10以及#140首 肋距为#10#140 肋距为本船按规范要求的标准肋距为：1.2.8.1 肋骨、横梁或纵骨（船底、舷侧、甲板）的标准间距Sb应按下式计算： ,且不大于式中：L船长，m。 本船标准间距：1.2.8.2在首尾尖舱内，肋骨或舷侧纵骨的标准间距应为按本节1.2.8.1计算所得值和的较小者。本船首尾尖舱标准间距：四确定4800mm平台构件尺寸（1）#5 #12区域1.甲板且不小于平台甲板：2.实肋板在每个肋位处均应设置实肋板,其

4、腹板高度h、厚度t 和面板剖面积A ，应分别不小于按下列各式计算所得之值:,但不必大于 式中：船宽,;型深,;船长，计算时取值不必大于。3. 压载水舱舱壁上水平桁材桁材剖面模数应不小于按下式计算所得之值:式中:桁材支持面积的宽度, ；由桁材跨距中点处量至深舱顶的垂直距离,或量至溢流管顶垂直距离的一半, 取大者, ；桁材跨距, 。桁材的剖面惯性矩应不小于按下式计算所得之值:取 其 4. 纵向非水密支承舱壁,则舱壁板的最小厚度在下层货舱内应为,在甲板间舱内应为;（船长小于 时,最小厚度均应为。）5.支柱1.支柱负荷计算(2.10.1)对于支柱所受的载荷，应按下式计算: 本区域取#-3和#3甲板下首

5、平台支柱进行计算：支柱位置支持长度a(m)支持宽度b(m)压头h(m)P1 (kN)P0 (kN)P (kN)尾楼甲板下右舷#-33.12143.8 43.8主甲板下#3,#-32.72.11.248 482.支柱剖面积(2.10.2)及支柱壁厚(2.10.3)2.10.2.1支柱的剖面积应不小于按下式计算所得之值： 2.10.3.1管形支柱的壁厚t应不小于按下列两式计算所得之值： 管形支柱的最小壁厚：船长时为时为；时为。本船#-3和#3主甲板下首平台支柱进行计算如下：区 域负荷P(kN)长度l(m)拟取 r A IAt1t2实取 机舱平台上214.82108×143.3541.34

6、66.823.38.42.7108×14（2）#12#35区域1. 甲板（2.4.5）甲板负荷不超过的下甲板和平台甲板2.4.5.2 第3甲板和平台甲板的厚度t，应不小于按下式计算所得之值： ，且不小于式中：骨材间距，m，计算时取值应不小于骨材的标准间距。 ：机舱平台横梁间距由上可知平台甲板厚度取是合适的。2. 甲板骨架（2.8）1. 机舱平台甲板的计算压头（2.8.1.1）由规范表2.8.1.1，可知机舱平台甲板计算压头取2. #12#35机舱平台甲板骨架（1）横梁（2.8.2）甲板横梁的剖面模数应不小于按下式计算所得之值： 式中：系数，根据横梁所在区域的甲板(包括桥楼和尾楼甲板)

7、总层数决定：对于层，对于层，对层，对于层及层以上，对于首楼甲板，；、 系数，见表 2.8.2.1；型深，；d吃水，；s横梁间距，；甲板计算压头， 见本节 2.8.1.1；横梁跨距, ，计算时取值应不小于。=由规范计算得到剖面模数：实际构件的剖面模数的计算： 计算时需要考虑附连带板，对于横梁，规范如下： 1.2.2.2次要构件的带板宽度，取为1个骨材间距。 所以，本船横梁附连带板宽度取为 实际构件的剖面模数为构件和附连带板的整体剖面模数钢材型号的选取：使用球扁钢型号选择器可以得到满足要求的球扁钢型号为：14a 又有规范如下： 2.8.2.3甲板横梁的腹板高度应不小于。综上所述，从安全方面考虑，将

8、此处球扁钢型号选为:14a 其，腹板高度。（2）横骨架式甲板纵桁（2.8.3）2.8.3.2 支持横梁的甲板纵桁的剖面模数应不小于按下式计算所得之值： 式中：b甲板纵桁所支承面积的平均宽度，； h甲板的计算压头，见本节2.8.1.1； 甲板纵桁的跨距，。 2.8.3.5 甲板纵桁的剖面惯性矩应不小于按下式计算所得之值： 式中：本节所要求的甲板纵桁剖面模数，cm3 甲板纵桁的跨距，m对于本船，其中，取#16，#23两处支柱之间的距离4.69m。 2.8.3.6 甲板纵桁的腹板高度应不小于横梁穿过处的切口高度的1.6倍。对切口的设计，应使腹板上的应力集中为最小。甲板纵桁腹板的厚度应不小于其高度的加

9、。 由规范，1.2.2.1 主要构件带板的有效剖面积A应按下列各式确定,但取值不小于面板剖面积: (1) 安装在平板上: 式中: 系数,等于,但不大于; 主要构件所支承的面积的平均宽度,; 主要构件的长度,; 带板的平均厚度,;根据上述规范，本船所以带板的有效剖面积为：综上，取 其参数为 （由1.2.4.2算得）（3）横骨架式强横梁（2.8.4）2.8.4.1 对于支持甲板纵桁的强横梁，其尺寸应由直接计算确定。计算时，假定强横梁两端为刚性固定，并承受由甲板纵桁传递的集中载荷，许用弯曲应力为。2.8.4.2 支持甲板纵桁的强横梁的剖面惯性矩应不小于按下式计算所得之值： 式中：按2.8.4.1计算

10、所得的强横梁剖面模数，；强横梁跨距 m。本船的强横梁不支持甲板纵桁，考虑制造方便，取与纵桁相同的尺寸，即：强横梁取 其参数为 显然该尺寸满足2.8.4.2要求，由于认为不支撑甲板纵骨，故按2.8.4.2得出的结果是偏于安全的。3. 支柱（2.10）1.支柱负荷计算(2.10.1)2.10.1.1对于支柱所受的载荷，应按下式计算: 式中: 支柱所支持的甲板面积的长度,，见图2.10.1.1; 支柱所支持的甲板面积的平均宽度,，见图2.10.1.1; 支柱所支持的甲板的计算压头,，见本章2.8.1.1; 上方支柱所传递的载荷, ,按简支梁支座反力计算。 本船取#23机舱甲板下首平台支柱进行计算：支

11、柱位置支持长度a(m)支持宽度b(m)压头h(m)P1 (kN)P0 (kN)P (kN)#23主甲板下机舱平上4.453.41.2128.1876.9205.1#23主甲板下机舱平下4.453.42.6277.7205.1482.82.支柱剖面积(2.10.2)及支柱壁厚(2.10.3)2.10.2.1支柱的剖面积应不小于按下式计算所得之值： 式中：支柱所受的载荷， 见本节2.10.1.1； 支柱的有效长度，为支柱全长的0.8倍； 支柱剖面的最小惯性半径，, 2.10.3.1管形支柱的壁厚t应不小于按下列两式计算所得之值： 式中：支柱所受的载荷，,见本节2.10.1.1； 见本节2.10.2

12、.1； 管形支柱的平均直径，。 管形支柱的最小壁厚：船长时为；时为；时为。本船#23主甲板下首平台支柱进行计算如下：区 域负荷P(kN)长度l(m)拟取 r A IAt1t2实取 机舱平台上203.82.2108×143.3541.3466.822.97.82.35102×12 机舱平台下365.62.3146×144.8258.1139037.29.033.3108×14（3）#35#134区域1.甲板本船#35#134平台甲板厚度：本船#35#134实取平台甲板厚度：2.甲板骨架1.计算压头（2.8.1.1）此处平台为储物仓平台，计算压头2.甲板纵骨

13、2.8.5.2货物甲板纵骨剖面模数应不小于按下列两式计算所得之值： ,对 ； ,对 。式中：s纵骨间距，；甲板的计算压头，；按本节2.8.1.1的规定，但在船中部区域内的甲板开口线以外，；l纵骨跨距，,计算时取值应不小于；船长，计算时取值不必大于。对于本船，4800平台为储物仓平台；船长；在#35#134间，纵骨可分为四段，分别是#35#83、#83#86、#86#130以及#130#134，为了节约建造成本，选其中最长的一段纵骨即#35#83段纵骨来计算，其余各段均选用与该段相同规格的骨材，计算如下： 纵骨间距，甲板的计算压头，纵骨跨距，船长。所以本船#35#83的甲板纵骨所需的最小剖面模数

14、为： 实际构件的剖面模数的计算：本船纵骨附连带板宽度取为实际构件的剖面模数为构件和附连带板的整体剖面模数钢材型号的选取：使用球扁钢型号选择器可以得到满足要求的球扁钢型号为：143.甲板强横梁2.8.7.3支持甲板纵骨的强横梁剖面模数应不小于按下式计算所得之值： 式中：强横梁间距，；甲板的计算压头，按本节2.8.1.1的规定；强横梁跨距，。2.8.7.6支持甲板纵骨的强横梁剖面模数惯性矩 应不小于按下式计算所得之值： 式中：本节所规定的强横梁剖面模数，；强横梁跨距，。对于本船，强横梁间距沿船长方向略有不同，为了节约建造成本，选间距最长的一段来计算，其余各段均选用与该段规格相同的桁材，计算如下：强

15、横梁间距，甲板计算压头，强横梁跨距。 带板的有效剖面积为： 综上，取其 (由1.2.4.2算得）3.舱壁骨架本船#83、#86、#130处的横舱壁均为水密平面舱壁。1.舱壁板规范中有：平面舱壁板的厚度t应不小于按下式计算所得之值，但应不小于： 式中：扶强材间距，; 在舷侧处由列板下缘量到舱壁甲板的垂直距离，但取值应不小于。对于本船：所以，2.舱壁扶强材规范中有：舱壁扶强材的剖面模数应不小于按下式计算所得之值： 式中：扶强材间距，； 在舷侧处由扶强材跨距中点量到舱壁甲板的垂直距离，,但取值不小于; 扶强材跨距，； 系数，按下面情况选取： ，扶强材端部不连接或与无扶强的板直接连接； ，扶强材端部用

16、肘板连接，扶强材端部直接通纵向构件搭接。对于本船：。所以， 计算时需要考虑附连带板，本船扶强材附连带板宽度取为。使用球扁钢型号选择器可以得到满足要求的球扁钢型号为：22（4）#134船首区域1.甲板 ，且不小于式中：骨材间距，计算时计算时取值应不小于骨材的标准间距。本船平台甲板厚度：其中船首骨材标准间距为 本船实取首部平台甲板厚度： 2.甲板骨架1.计算压头（2.8.1.1）此处平台为储物仓平台，计算压头2.甲板横梁甲板横梁的剖面模数 应不小于按下式计算所得之值： 对于本船，4800平台为储物仓平台，横梁所在区域甲板总层数为3层，取(取结构吃水)，(跨距点并非按规范确定，偏于保守)，所以本船#

17、140船首的甲板横梁所需的最小剖面模数为：实际构件的剖面模数的计算：计算时需要考虑附连带板，本船横梁附连带板宽度取为实际构件的剖面模数为构件和附连带板的整体剖面模数使用球扁钢型号选择器可以得到满足要求的球扁钢型号为：12 又有规范如下： 甲板横梁的腹板高度应不小于。综上所述，从安全方面考虑，将此处球扁钢型号选为:12 其。3.甲板纵桁 支持横梁的甲板纵桁的剖面模数应不小于按下式计算所得之值： 甲板纵桁的剖面惯性矩 应不小于按下式计算所得之值： 对于本船，其中， 取#142#146两处支柱之间的距离。 主要构件带板的有效剖面积A应按下列各式确定,但取值不小于面板剖面积: 根据上述规范，本船所以带

18、板的有效剖面积为：综上，取 其 （由1.2.4.2算得）4.甲板强横梁 强横梁尺寸和纵桁取为一样 即，取 5.横梁为了制造方便，该处的横梁和#134船首的横梁取为一样的尺寸，即12。3.水密舱壁 #134#140为深舱，采用下列规范。1.#140舱壁（防撞舱壁）2.12.2.1计算防撞舱壁构件时,其值应为相应规定高度的倍。 2.13.2.1平面舱壁板厚度t应不小于按下式计算所得之值: 式中: 扶强材间距,； 由舱壁板列下缘量至深舱顶的垂直距离,或量至溢流管顶垂直距离的一半,取较大者,。 板的厚度应不小于:当时为；当时为；当时为。 对于本船，所以防撞舱壁厚度为：实取2.#134 舱壁 ，所以舱壁

19、厚度为：实取 3.舱壁水平桁 2.13.5.1桁材剖面模数应不小于按下式计算所得之值: 式中: 桁材支持面积的宽度, ； 由桁材跨距中点处量至深舱顶的垂直距离,或量至溢流管顶垂直距离的一半, 取大者, ； 桁材跨距, 。 2.13.5.2桁材的剖面惯性矩应不小于按下式计算所得之值: 式中: 同本节2.13.5.1。 2.13.5.3桁材腹板高度应不小于被支持的舱壁扶强材腹板高度的2.5倍,腹板的厚度应不小于在桁材平面处舱壁板的厚度,面板的宽度应不大于腹板高度或面板厚度的35倍。 2.13.5.4桁材的末端应用肘板连接。肘板应延伸至邻近的肋骨或舱壁扶强材,肘板的尺寸应符合本篇1.2.7的有关规定

20、。 对于本船，所以带板面积为：综上，取 其 4.舷侧纵桁（深舱）2.13.6.2支持肋骨的舷侧纵桁除应符合本节2.13.5.32.13.5.5的要求外,其剖面模数和惯性矩应不小于按下列两式计算所得之值: 式中:桁材支持面积的宽度, ； 由桁材跨距中点量至深舱顶的垂直距离,或量至溢流管顶垂直距离的一半,取较大者,但不小于由桁材跨距中点量至上甲板的垂直距离或量至平板龙骨以上( 为吃水)处的垂直距离的较小者，; 桁材跨距, 。对于本船，所以带板面积为：综上，取 其 5.制荡舱壁水平桁2.13.2.1平面舱壁板厚度t应不小于按下式计算所得之值: 式中: 扶强材间距, ； 由舱壁板列下缘量至深舱顶的垂直

21、距离,或量至溢流管顶垂直距离的一半,取较大者, 。 板的厚度应不小于:当时为；当时为；当时为。对于本船，,实取。2.13.5.1桁材剖面模数W应不小于按下式计算所得之值: 式中: 桁材支持面积的宽度, ； 由桁材跨距中点处量至深舱顶的垂直距离,或量至溢流管顶垂直距离的一半, 取大者； 桁材跨距, 。 2.13.5.2桁材的剖面惯性矩应不小于按下式计算所得之值: 式中: 同本节2.13.5.1。 对于本船， ，带板面积为：综上，取 其 6.支柱1.本船取#146主甲板下首平台支柱进行计算：支柱位置支持长度a(m)支持宽度b(m)压头h(m)P1 (kN)P0 (kN)P (kN)#146主甲板下

22、首平上2.12.61.246.3129.1175.4#146主甲板下首平下2.12.62.6100.2175.4275.62.支柱剖面积(2.10.2)及支柱壁厚(2.10.3)本船#146主甲板下首平台支柱进行计算如下：区 域负荷P(kN)长度l(m)拟取 r A IAt1t2实取 首平台上175.42.0102×123.2133.9349.619.35.82.55102×12 首平台下275.62.8108×143.3541.3466.834.59.62.7108×14五4800mm平台甲板结构图4800mm平台甲板结构图见附件一（注：其中的总纵剖面

23、没有标注，仅供对照）六有限元建模及强度计算1.计算前的分析由基本结构图可知，有限元分析对象为4800mm平台#134船首区域，模型主要有平台板、横梁、强横梁、纵桁、支柱等等，为了边界处理，在建模时可以将该区域舱壁建到模型中。建模时，以船长方向为x轴,船宽方向为y轴,吃水方向为z轴。由于分析区域位于储物仓，所以可将载荷近似为均布载荷，并可取得偏大，使结果偏于安全。具体有限元计算过程如下所示。2.模型建立模型采用SolidWorks实体建模，所建模型如下图所示。将建好的几何模型保存成.lges格式，导入到ansys中。对导入结果进行修改，所得结果如下：3.分析前处理1.材料：由于本船为钢质船舶，所

24、以采用材料均采用钢，杨氏模量E=2.1×105Mpa,泊松比=0.3。2.单元：分析中所用单元及其实常数如下所示：编号单元名称单元参数所用对象1Shell181（参数为板厚）5mm锚链舱围壁27mm平台板、纵舱壁38mm纵桁、强横梁腹板410mm#134橫舱壁512mm#140橫舱壁6Beam188（参数为截面类型）12#球扁钢横梁7Link180（参数为截面积）100mm2纵桁、强横梁面板8223213mm2支柱3.网格划分依次用上面所给单元进行单元划分，单元数量参考了散货船结构直接计算指南，考虑到本区域边界不规整，所以在单元划分时，单元大小小于规范要求。具体数据如下表所示：区域船

25、宽方向吃水方向船长方向舱壁平台上方2210-平台下方2215-锚链舱围壁3105支柱平台上方-10-平台下方-15-平台板设置element edge size为300纵桁、强横梁、横梁划分网格大小与平台板相一致局部无法采用映射网格的地方使用了自由网格划分或者三角形单元。划分单元总数为：6540个划分结果如下图所示：4.加载与求解1.约束处理本区域的约束处理主要在于舱壁、锚链舱围壁以及舷侧和支柱处。为了便于对比，设置约束是分别在舱壁、锚链舱围壁以及舷侧处设置了简支和固支两种边界条件。支柱处则处理为刚固。2.载荷设置根据前述分析，此处采用均布载荷，压力大小取按规范计算时所取水头:h=2.0m。压

26、载水舱处的水平桁由于上下压力抵消，所以载荷为零。由于本次任务主要为分析平台板，所以不考虑舱壁处的静水压力。根据前述规定，此处所用单位体系为：长度mm，压力Mpa。3.求解及结果显示简支约束结果如下：z方向变形从上图可以看出,结构的最大竖向变形约为4mm。vonMises Stress从上图看出，结构的最大应力为93.5Mpa简支约束结果如下：z方向变形从上图看出，结构的最大竖向位移约为3.5mm，比简支约束时要小，但差别不是很明显，所以近似计算时就可以取为简支约束。vonMises Stress从上图看出，结构的最大应力约为89Mpa，比两端简支时小，所得结论与竖向位移得出的结论一样。5.强度

27、衡准通过有限元计算可以得到结构的应力为：1=74.36Mpa，而规范要求如下表所示。对于Q235钢，材料系数取K=1，所以1<=210Mpa，符合规范要求。综上所述，通过有限元计算得出，所设计的平台结构强度符合要求。七课程设计总结个人总结这次课程设计我们主要负责船体4800mm甲板构建的尺寸确定和计算校核，在这个过程中我们学会了很多总体性的知识，它是各个知识有机的组合，可以让我对整个船舶结构有个整体的把握。刚开始很多都不懂， 后来看了很多遍规范书，才开始明白怎么根据规范进行计算。确定纵骨，横梁，纵桁，强横梁的间距和跨距，最复杂的是甲板水头的计算，不同的位置有不同的取值，然后是根据图纸确定

28、计算公式的系数。在选取合适的型材型号时，要计入附连翼板的面积。计算和校核过程中犯了很多错误，也走了很多弯路，但还是经过努力克服了。尤其是甲板各个不同区域有不同的规范标准，要分部分进行计算，然后得到整体的结构尺寸。这次课程设计虽然只是个小小的实践， 但是对于以后的船舶强度设计具有很好的指导和启蒙意义！ xxx本次课程设计中，组长分配给我的任务是包括编制中期报告，需要对前半段的课程设计有一个总结和概括，并且对后半段的设计任务提出各任务进行思路；编写中期汇报的过程中，我对本次课程设计有了一个总体的认识，并且让我对本次船舶强度与结构设计课程设计有了总体性的了解；参与设计方面，我的任务是确定#5-#12

29、的船舶结构各构件的尺寸，在此过程当中，需要对基本结构图有较为清楚的识别，但是由于自己的疏忽，有很多构件被遗漏了，而且自己对规范不熟悉，因此在这过程当中遇到很多问题和读图错误，但是都在组员的发现下得到解答和改正，最后完整的确定出了各个构件的合理尺寸；在最后的总结中，参照所得出的船舶结构课程设计报告，我将本组的所有计算结果以ppt的形式陈述出来，让我再次回顾了一遍整个课程设计的过程，在此当中组长也在里面发现了很多问题，因此在最后的总结中，课设的报告再次得到完善；这次课程设计主要得益于我们组组长系统合理的任务分配和时间安排，以及组长细心的问题发现以及耐心的指导，组长能力很强，因此，我被分配到的任务并

30、不多，但每次都在预定时间之前完成，而且在发现问题后都及时改正了；此外，有限元建模部分主要是组长自己包揽的，因此我对有限元建模部分主要的设计过程并不清楚，这也是我需要改进的地方，希望以后对有限元部分加强学习；总之，这次课程设计让我学会了如何按照船舶参数查取规范确定构件尺寸，也培养了我独立思考以及分析问题寻求帮助并解决问题的能力，也培养了我团队分工协作的能力，然而，我要学习的地方还有很多，并不能就此止步而满足于此，希望在以后的课程设计中能做的更好。xxx这次课程设计，再加上上半学期的大作业，让我透过书本上的文字，对船舶强度与结构设计这门课有了更深的认识和了解。虽然我们组只是完成4800mm平台，而

31、且还是4个人分工，虽然我们只是参照原船做一些依样画葫芦的工作，但也确实学到了很多。首先是让我对船舶的骨架结构有了一个更深了了解，这其中我还犯过一个错误：认为纵骨的支座只是舱壁，因此在算剖面系数的时候把纵骨跨距取成了30几米，导致算得的剖面模数太大，而后面才知道纵骨跨距是算强横梁之间的距离。然后因为这次课设也让我更了解了对各个构件进行选择、校核，而这是在其他课程中不曾接触到的。另外，这次课设也让我对autocad的掌握程度有了很大提高。在最后，谢谢程老师这学期的教诲！ xxx本次课程设计时间相当紧，我们小组在要在准备考试的前提下还要提前答辩。我们整整做了接近2周时间，中间会遇到很多问题不言而喻，虽然历经艰辛，但在组员们齐心协力下，我们还是成功完成了课设。这次课设任务多，难度大，明确合理的分工是关键，团结合作是