《船舶技术设计》实训指导书

1、船舶技术设计课程实训指导书 主编：张金军 主审：蔡厚平目录一、设计目的及意义3二、设计原始资料31 333TEU集装箱船32 3000DWT油船43 6500T散货船4三、设计内容5四、提交成果5五、设计要求5六、分组安排6船舶技术设计课程设计指导书7一、结构设计的依据7二、结构设计的任务7三、结构设计要求7四、结构设计的方法8五、规范法设计的基本步骤9六、结构布置的一般原则9七、船体结构构件尺寸计算步骤11八、参考资料12附录：81.2江海直达集装箱船规范计算书13船舶结构规范设计实训任务书一、设计目的及意义本课程设计是船舶与海洋工程专业教学中综合性和实践性较强的教学环节，通过本课程设计，使

2、学生了解船舶设计的基本内容，同时对船舶规范设计方法及过程有一个清晰的认识，培养和训练学生耐心细致的工作作风，为学生毕业后从事船舶结构设计打下良好的基础。二、设计原始资料本课程设计共提供三艘船舶的原始资料，各组同学可根据教师要求选择其一作为设计对象。三艘船舶全部为全焊接钢质船舶，主航行于沿海航区，航速达到12节。1 333TEU集装箱船（1）主尺度及主要系数：总 长LOA 96.38 m两柱间长Lpp 90.27 m型 宽B 15.80 m型 深D 7.40 m 0.81 0.84 0.96 0.82（2）肋距600mm（3）总布置图及型线图（4）静水弯矩及翘曲应力船舶中部某剖面静水弯矩： =1

3、22560 kN·m船舶中部某剖面上最大翘曲应力 =22.5MPa2 3000DWT油船 （1）主尺度及主要系数：总 长Loa 89.50m垂线间长Lpp 84.50m型 宽B 13.20m型 深D 6.40m 077 0.78 0.99 0.88（2）肋距600mm（3）总布置图及型线图（4）静水弯矩船舶中部某剖面静水弯矩： =55200 kN·m3 6500T散货船（1）主尺度及主要系数：总 长Loa 112.8m两柱间长LPP 104.8m型 宽B 16.80m 型 深D 8.2m 0.79 0.84 0.94（2）肋距 600mm（3）总布置图及型线图（4）静水弯矩

4、船舶中部某剖面静水弯矩： =65128 三、设计内容在调研的基础上，根据设计任务书的具体要求，完成×××船结构规范设计工作：（1）确定结构设计原则；（2）×××船中部（货舱区域）结构规范设计：根据钢质海船入级与建造规范（2006）以及修改通报（2014）对船中部（货舱区域）主要结构进行具体结构设计；（3）强度校核：根据规范设计的结构尺寸进行总纵强度校核；（4）绘制中横剖面图：根据校核合格后的尺寸用A3图纸绘制中横剖面图（包括强肋位和普通肋位）；（5）绘制基本结构图（局部）：根据校核合格后的尺寸绘制基本结构图（局部）；（6）绘制肋骨型线

5、图；（6）整理完成结构规范计算书。四、提交成果（1）结构规范计算书；（2）中横剖面图（包括强肋位和普通肋位）；（3）基本结构图（局部）；（4）肋骨型线图。五、设计要求总要求：分组协作、独立完成。（1）对任务书进行分析，确定结构设计原则；（2）设计计算书书写工整有条理、计算正确无误，内容齐全；（3）用AUTOCAD或手工绘制皆可，图纸清晰、图面整洁、线型正确，图面文字符合标准；（4）学生应按时保质保量地独立完成全部课程设计任务。六、分组安排设计过程中，从船底肋板布置角度，将每一艘船分为每三档设置一实肋板和每四档设置一实肋板两种结构形式。因此，所有同学共可以分成32=6组。船舶结构规范设计实训指导

6、书一、结构设计的依据 船体结构设计通常是在船舶总体设计基本完成以后，根据已定的主要尺度、型线图、总布置图以及任务书(对船舶用途、航区、装载、建筑形式、甲板层数、主要设备，使用要求等等)的要求进行的。二、结构设计的任务 结构设计的基本任务是，选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。 船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计，在不同的阶段完成不同的工作： （1）初步设计，根据批准的技术任务书对整个结构的设计原则(例如，船体材料及结构型式的选择、重大技术措施的采取等)作出分析比

7、较，对主要构件的布置与尺寸作出理论的估算，并绘制横剖面图，给出钢料预估单。 （2）详细设计，根据确认的初步设计及审批初步设计时所作的各项决定进行。在这一阶段中，全面解决结构设计中的技术问题，最终确定构件的布置、尺寸及连接方式，提交送验船部门审查所需要的设计图纸及技术文件。（3）生产设计，主要绘制各部结构、构件连接的施工详图。三、结构设计要求 结构设计中会出现众多的矛盾，如何处理好这些矛盾，使设计的船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能，是设计者必须遵循的原则，也是对结构设计提出的要求。这些矛盾主要反映在如下几个方面： 1、强度与重量的矛盾 船体必须具有足够的强度，这是首要问题，否则会造成结构的

8、损坏，危及安全。要提高强度，一般需加大构件尺寸，尺寸过大，强度过剩以会造成船体自重增加，使成本提高，并减少船舶的运载能力，使经济性能欠佳。必须恰当地处理好这一对矛盾。 保证结构强度是矛盾的主要方面，在此前提下应力求减轻结构重量。 2、结构和工艺性的矛盾 船舶建造的方法对结构设计有重大影响，必须密切结合承造厂的实际情况进行结构设计，设计时应充分考虑结构的工艺性要求。 3、结构与使用性的矛盾 结构的布置和尺寸的选取应符合使用要求。例如：干货船货舱的结构布置便于货物的装卸，油舱的构件尺寸应合理地考虑油气的腐蚀余量等。 4、选材料与材料来源的矛盾 选用材料时不仅要考虑材料的机械性能与工艺性能，也要考虑

9、材料的来源及国家供应情况，立足国内，对内河中、小船舶及船舶的次要部位可以选用较低级别的材料或代用材料。总之，结构设计的过程是一个解决矛盾的过程，设计者应有全局观点。与总体轮机、电气、设备的设计密切配合，确保船舶在各方面都具有良好的性能。四、结构设计的方法 1、仿型设计 接母型船的结构形式，构件尺寸与航行经历，经分析处理设计出新的同类船舶。这种方法主要的模仿母型船进行结构设计，其优点是设计工作量少，便宜、强度可靠。但对目前船型、机型复杂的情况已不适应。 2、规范设计 目前民用船主要采用这种方法进行结构设计，即主要按船舶建造规范进行，辅以必要的强度计算。这种方法设计简便，一般强度能保证，但规范只能

10、包括一般的运输船舶和通用的结构形式，而对特种尺度的船、特种船舶与特殊型式的结构，仍然要用船舶结构力学的方法进行强度校核。且设计所能达到的水平取决于规范制订的水平，其设计主动权不在设计者手里。 3、直接计算法设计 对规范规定以外的船舶，只有采用直接计算的方法来决定设计船的构件尺寸，当然，对同类船的参考及经验的运用也是不可少的，因为计算方法目前还发展得不够完善。 近几年来，概率分析设计方法，结构优化设计方法正在应用到船舶设计中来，并必将逐步取代目前常规的设计方法。五、规范法设计的基本步骤 按规范进行结构设计的基本步骤如下：1、确定船舶设计的结构形式、肋骨间距、构件布置等。主要依据母型船及总布置图、

11、型线图和船舶的使用要求。2、在船舶中部0.4范围内选择24个具有代表性的剖面进行构件布置及构件尺寸的设计。再按规范计算船体主要构件的尺寸，绘制中剖面草图；采用边计算、边绘图、边完善的方法，最终确定中剖面图。3、设计基本结构图和肋骨线型图等，完成船体主要构件计算书（现代设计由计算机软件完成计算）。4、计算船体结构的质量重心，完成船体钢料的预估算。按规范进行结构设计的一般流程也可用图表示，具体如图1所示。图1 规范法设计流程六、结构布置的一般原则 结构布置的一般原则主要包括如下：1、各规范对结构布置都有一些规定，例如表1为关于干货船舶结构布置的一些规定，设计时供参考。2、骨架形式的选择船体结构有横

12、骨架式、纵骨架式和混合骨架式三种结构形式。横骨架式结构中大部分梁不能计入船体等值梁剖面，其总纵强度主要由甲板、船底板、纵舱壁、龙骨及甲板纵桁等来保证，相对而言，总纵强度较弱，稳定性也不理想。但其有利于船舶的横向强度和局部强度，而且制造工艺较简单，成本较低。适用于内河中、小型船舶，尤其是船长小于50的船舶。表1 结构布置的基本规定序号构件名称海船内河船1肋骨或纵骨间距标准间距 =1.6+500最大间距不超过1尾尖舱内不超过600防撞舱壁至距首垂线0.2区域不超过700离尾垂线0.15至尾尖舱壁间不超过850一般不大于6002内龙骨9两侧至少各一道916两侧至少各两道30,间距2.5；30,间距2

13、.03旁桁材横骨架式1018两侧至少各一道18两侧至少各两道在首0.2内间距3个肋距间距4纵骨架式1220两侧至少各一道20两侧至少各两道在首0.2内间距4个肋距间距4.54双层底高度任何情况下不得小于700,且不小于 =25+42+300,其中为船宽(), 为吃水()一般不小于800;平底船一般不小于700单底实肋板横骨架式每一肋位设置每一肋位设置纵骨架式一般间距2.5;在机舱间距1.255双底实肋板横骨架式至少每隔4档肋位设置，间距3.2机舱、锅炉座、推力轴承座下应每一肋位上设置横舱壁及支柱下应设置首部0.2以内应每一肋位设置一般间距2.5;在机舱间距1.25纵骨架式一般不大于3.6;在机

14、舱至少每隔1个肋位设置，在主机座、锅炉座、推力轴承座下每一肋位上应设置；横舱壁及支柱下应设置；在首0.2区域内应每隔1个肋位设置6防撞舱壁距首垂线不小于0.05对200的船舶,应不小于10但均不大于0.08L对球鼻首可适当减小30,在距首垂线0.05L0.1内设置; 30，距首垂线应不大于3.0纵骨架式结构的总纵强度及稳定性较好，而且能减轻自重，节省材料。但其横向强度较弱，节点复杂，制造工艺较复杂，且舱容、净空间损失较大。适用于海洋船舶、内河大型船舶以及军用船舶。混合骨架结构的船舶，一般舷侧以及首、尾采用横骨架式结构，以确保横向强度和局部强度。而在甲板及船底，则采用纵骨架式结构以保证总纵强度。

15、这样便形成了混合骨架式。3、保证结构的整体性。也即相关构件应布置在同一平面内，以形成封闭的整体框架结构来共同承载。例如，甲板纵桁-横舱壁竖桁-内龙骨或底纵桁在同一纵向平面内；肋板-肋骨-横梁在同一横向平面内，等等。4、结构设计必须考虑到构件的布置有利于构件之间载荷的有效传递，避免某一单独的结构件承受外力。例如，支柱的上下端应固定在纵、横强骨架交叉的节点上，并且上下支柱应尽可能布置在同一垂直线上；当甲板或船底为纵骨架式时，舷侧普通肋骨的端部应以肘板与邻近的甲板及船底纵骨相连等。5、保证结构的连续，减少应力集中。例如，尽量使可能多的主要纵向构件连续贯通至首、尾，如有困难，纵向强骨架应中断在横舱壁或

16、横向强骨架上，并在横舱壁的另一边，设置至少延伸二个肋距的肘板。所有船体构件的剖面形状应有平顺的过渡，以减少应力集中。6、注意规范中局部加强的规定，如受波浪砰击区域、桅杆与船体相连接处的结构等。七、船体结构构件尺寸计算步骤 确定结构尺寸的一般顺序是，首先选择合适的结构型式，确定肋骨间距(本设计已经给出)。然后，可按外板、甲板、船底骨架，舷侧骨架、甲板骨架、其他构件的顺序查规范公式进行结构规范设计，选取构件尺寸。然后按照如表2所示计算中剖面剖面模数，总纵强度校核，并最后选定结构尺寸。表2 中剖面剖面模数计算表格编 号构件名称构件尺寸 剖面积距假定中和轴距离静矩惯矩自身惯矩构件尺寸 (mm) (cm

17、2) (m)(cm2 m)(cm2 m2)(cm2 m2)1234ABC八、参考资料（1）船体技术设计 哈尔滨工业出版社，蔡厚平编著，2014年。（2）船舶结构与识图 哈尔滨工业出版社，龚海燕编著，2014年。（3）钢质海船入级与建造规范 人民交通出版社，中国船级社，2009年。 （4）钢质海船入级与建造规范 人民交通出版社，中国船级社，2014年。 附录：81.2江海直达集装箱船规范计算书（供参考）1.1 概述本船结构强度计算按照中国船级社钢质海船入级与建造规范（2006）有关要求及相关参考标准进行校核设计。本船为钢质、单甲板、双底、双壳式、可容纳88个集装箱的江海直达集装箱船。整个货舱区域

18、的中部设置一道连续的横舱壁，把整个货舱区域分成两个大舱。甲板室及上层建筑主要放在首部，进而可以在机舱的上方屯出空间放置四个集装箱。船体的主要材料为ZCA。1.2 主尺度及主要参数 总长 81.2m 垂线间长 75.6m 型宽B 15.8m 型深D 6.1m 吃水d 3.8m 方形系数 0.827 肋距 S 0.6 每四档设一实肋板 1.3中横剖面图规范设计 1.3.1货舱区域船体结构构件规范 标准肋骨或纵骨间距：式中： L为船长 且不小于0.7 系数C值： 1.3.2 货舱区域船体外板1.3.2.1船体板厚度船体为纵骨架式，船舯部0.4区域船体板厚度应不小于下列两式计算值 §2.3.

19、1.3 mm mm 式中： 故取， t=12 满足要求1.3.2.2平板龙骨 平板龙骨的宽度§ 2.3.2.平板龙骨的宽度b应不小于按下列计算的值： 平板龙骨宽：b=900+3.5L 式中： L=78.5平板龙骨的厚度平板龙骨的厚度不应小于本节所要求船体板厚度2,且均应不小于相邻船体板厚度： 平板龙骨厚：综上： 满足要求1.3.2.3舭列板 当船底和舷侧纵骨架式时，厚度t应不小于如上1.2计算值: §2.3.3.1t=7.49 故取， t=10 满足要求1.3.2.4舷侧外板 舷侧为纵骨架式，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

20、度t应不小于按下列计算所得之值：§ 2.3.4.3. 式中：s=0.626 =1(暂取) d=3.8 L=78.5 故取 t=12 满足要求（2） 距基线D以上的舷侧外板厚度t应不小于按下列计算所得之值： 式中： s=0.626 d=3.8 L=78.5 故取 t=12 满足要求 （3） 取 t=121.3.2.5舷顶列板 1. 舷顶列板宽度应不小于： 但也不必大于1800式中：L=78.5 2. 舷侧为纵骨架式，船中部0.4L区域内的舷顶列板厚度应不小于按下列计算所得之值：§ 2.3.5.2. 式中： s=0.626 L=78.5 故取 b=1.8 t=14 满足要求。1

21、.3.2.6 舭龙骨 在船体上安装舭龙骨，其安装在一根连续的扁钢上，此扁钢可焊接在船体上，舭龙骨上的端接缝，扁钢上的端接缝与外板上的端接缝应相互错开。舭龙骨和扁钢不能突然中断，应逐渐减少。且在端点处的船体的船体内应有适当的内部支持。 1.3.3 货舱区域甲板1.3.3.1一般要求 在船中部0.4L区域内中断的平台甲板，应在中断处水平肘板延伸适当长度1.3.3.2强力甲板 开口边线外强力甲板厚度t，应不小于按下列各式计算所得之值：§2.4.2.1 纵骨架式：§ 2.4.1.2. 式中：s=0.626 L=78.5 故取 t=10 满足要求。 开口线外的强力甲板，无论是纵骨架式

22、还是横骨架式，其厚度t应不小于按下列计算所得之值： § 2.4.2.1. 式中：s=0.626 L=78.5 故取 t=10. 满足要求。 强力甲板的最小厚度t应.1.3.3.3甲板边板 在船中部0.4L区域内的强力甲板边板宽度： b 式中： L=78.5 强力甲板在端部的宽度： 强力甲板边板厚度： 故取 b=1800 t=14 满足要求。1.3.3.4横向甲板条宽度及厚度横向甲板条宽度b及厚度t应不小于按下列计算所得之值：§ 7.3.2. A宽度 b=1000+1.5L 式中： L=78.5 B. 厚度 t=10+0.01L 式中： L=78.5 故取 b=1150 t=

23、12 满足要求。 C 强力甲板以下的第二层甲板横向甲板条厚度应不小于按下列计算所得之值，但不应小于8: t=12s式中： s=0.626故取 t=81.3.3.5 舱口围板 围板厚度t应不小于按下列计算所得之值，且应不小于11。 式中： 取 t=6 满足要求1.3.4货舱区域的纵骨架式双层底架式1.3.4.1中桁材中桁材的高度在船体中纵剖面处应设置中桁材。中桁材的高度应不小于下列计算所得之值：§2.6.2.1 ,且不应小于650.式中： B船宽 B=15.8 d吃水 d=3.8 故取 . 满足要求。中桁材的厚度中桁材的厚度t应不小于下述规定：§2.6.2.2 （1） 船中部

24、0.4L区域： 式中： 故取 满足要求。（2） 船端0.075L区域内，中桁材厚度可比（1）中减少2: （3） 机舱内中桁材厚度应较船中部0.4L区域内的中桁材增厚2.5: 中桁材在船中部0.75L区域范围内应连接，并应尽量向首尾柱延伸。船中部0.75L区域内，中桁材上不应开入孔或减轻孔。船中部0.75L区域外，中桁材上可以开孔，但是开孔高度应不大于该处中桁材高度的40%。1.3.4.2旁桁材 中桁材两侧至少应各设一道旁桁材旁桁材的厚度： §2.6.10.2故取 t=10 满足要求。非水密旁桁材垂直加强筋，其间距不大于1.5,厚度与肋板相同，高度为肋板高度的。故取 满足要求。1.3.

25、4.3纵骨架式实肋板厚度应不小于按下列计算值。§2.6.11.2 式中： 故取 满足要求。非水密实肋板垂直加强筋 a） 厚度 b） 宽度 故取 加强筋为 满足要求。1.3.4.4水密肋板的厚度水密肋板比实肋板厚度增加2，但不必大于 §2.6.10.1 故取 t=12. 满足要求。1.3.4.5纵骨架式船底纵骨.船底纵骨的剖面模数应不小于按下列计算所得之值： 式中： L纵骨跨距， 但不大于1.5, l=2. d=3.8 f=1 故取 L 满足要求。内底纵骨剖面模数为船底纵骨的85%，§2.6.12.3 故取 L 满足要求。1.3.4.6纵骨架式内底板及内底边板内底板

26、的厚度内底板的厚度t应不小于按下列各式计算所得之值： 式中： L=78.5 s=0.626 故取 t=10 满足要求。 式中： L=78.5 故取 t=10 满足要求。内底边板的厚度：1.3.5货舱舷侧骨架1.3.5.1舷侧纵骨的剖面模数舷侧纵骨的剖面模数不小于下列计算值： §2.7.5.1第一根：s=0.65 l=2.4 Z=1.55 实取 L 满足要求。第二根：s=0.65 l=2.4 Z=2.2 实取 L 满足要求。第三根：s=0.65 l=2.4 Z=2.85 实取 L 满足要求。第四根：s=0.65 l=2.4 Z=4.15 实取 L 满足要求。第五根：s=0.65 l=2

27、.4 Z=4.80 实取 L 满足要求。第六根：s=0.65 l=2.4 Z=5.45 实取 L 满足要求。 1.3.5.2 强肋骨的剖面模数纵骨架式强肋骨的剖面模数应不小于按下列计算之值：§2.7.6.2式中： s=2.4 h=1.6 l=2.6 实取 满足要求。1.3.5.3双层舷侧内的横框架及平台厚度双层舷侧内的横框架及平台厚度t应不小于下列计算值：§ 7.5.1 式中： L=78.5 实取 扶强材 L 1.3.5.4内层壳纵壁内层壳纵壁的构件尺寸按下列计算式： §7.7.1.1 §2.12.3.1 纵壁板厚度： 式中： s=0.65 h=6.1

28、舱壁扶强材的剖面模数： 式中： C=3 h=6.1-10-0.3=4.8 l=2.4 s=0.65 实取 扶强材 L 满足要求。 1.3.6货舱区域甲板骨架1.3.6.1甲板计算压头甲板计算压头应不小于按下列计算所得之值： §2.8.1.1 可取 =1.31.3.6.2主甲板纵骨剖面模数主甲板纵骨剖面模数应不小于下列计算值： §2.8.5.1 式中： l=2.4 L=78.5 在船中部： 开口线外： 开口线内： 实取 L 满足要求。1.3.6.3 货舱甲板纵骨剖面模数货舱甲板纵骨剖面模数应不小于下列计算值： §2.8.5.2 式中：l=2.4 L=78.5 h=1

29、.3 s=0.6 实取 L 满足要求。1.3.6.4强横梁剖面模数支持甲板纵骨的强横梁剖面模数应不小于按下列计算值：§2.8.7.3 式中： s=2.4 h=1.3 l=1.8 实取 L 满足要求。1.3.7货舱平面横舱壁1.3.7.1舱壁板厚度舱壁板厚度t应不小于下列计算值： §2.12.3.1 式中：s=0.5 h=3.5 最下列板厚度较计算增厚1. 实取 t=10 满足要求。1.3.7.2舱壁扶强材的剖面模数舱壁扶强材的剖面模数应不小于下列计算值： §2.12.4.1 式中： C=3 s=0.5 h=3.5 l=1.8 实取 L 满足要求 垂直桁材 取 满足

30、要求。1.4船中剖面模数计算1. 船长大于60米的船舶中基本剖面模数应不小于下列计算之值：式中： C=7.234 L=78.5 B=15.8 =0.8272. 船中剖面对水平中和轴的惯性矩：3. 根据计算：中和轴假定中和轴距离：4. （1）水平中和轴距强力甲板的剖面模数： （2）水平中和轴距船底板的剖面模数：1.5总纵强度的校核1.5.1波浪弯矩1.5.1.1垂向波浪弯矩垂向波浪弯矩应按下列计算：§ 7.2.2.1 式中: L=78.5 B=15.8 M=1 1.5.1.2水平波浪弯矩在船体中剖面处的水平波浪弯矩应按下式计算：§ 7.2.2.2式中： L=78.5 B=15

31、.8 1.5.2扭矩1.5.2.1水动力扭矩在船体中剖面处的水动力扭矩应按下式计算：§ 7.2.3.1 式中： L=78.5 B=15.8 D=6.1 e自然对数底 =2.7 x=39.25 所以：1.5.2.2货物扭矩在船体中剖面处的货物扭矩按下式计算： § 7.2.3.2其中： B=15.8 1.5.3应力计算及衡准1.5.3.1静水弯曲应力静水弯曲应力应按下式计算： § 7.2.4.1 其中： 静水弯矩， 甲板处或船底处的垂向弯曲剖面模数， 甲板处： 船底处： 满足要求。1.5.3.2垂向合成弯曲应力船舶处于迎浪状态时的垂向合成弯曲应力应按下式计算：§ 7.2.4.1 其中： 甲板处： 船底处： 满足要求。1.5.3.3 垂向弯曲合成应力垂向弯曲合成应力应按下式计算： § 7.2.4.3 其中： 甲板处： 船底处： 满足要求。1.5.3.4 总的合成应力由水动力扭矩及货物扭矩等产生的翘曲正应力：§ 7.2.4.3 甲板处： 船底板： 满