船舶结构与设计过程

船舶结构与设计上海海事大学课件船舶设计过程2023/2/32现代船舶船舶是一种水上运载工具，纵观船舶近50年来发展的历史，其主要特点是专业化、大型化、复杂化船舶大型化可以降低单位造价，有利于降低运输成本。我国建造的30万吨海上生产储油船，船体由数十万零部件组成2023/2/33造船工程管理船舶设计的特点船舶设计是不断揭露矛盾和解决矛盾的过程船舶设计过程是逐步近似的过程船舶设计中广泛应用型船资料一般船舶的设计程序，首先是编制设计技术任务书，作为设计的依据，然后进行初步设计、详细设计、生产设计根据船舶设计工作的特点，船舶设计最常用的方法是型船设计法（母型船变换）自行设计法（数学船型设计法）计算机辅助设计（软件设计）船舶设计的方法瑞典KCS公司的Tribon船舶CAD软件美国PTC公司的Winchill软件法国达索公司CATIA

西班牙Foran澳大利亚

Maxsurf船舶设计软件加拿大ShipConstructor船舶建造软件芬兰纳帕有限公司NAPA船舶设计系统船舶设计软件功能齐全：船舶性能计算生产准备和材料管理建立三维船舶数字模型提高了设计质量，缩短了设计周期：在船舶设计建造的各个阶段实现了各专业之间的信息共享，通过网络初步实现并行设计，大大减少了设计和制造中的修改工作量开放性不好：TRIBON软件美国PTC公司的先进造船CAD软件CADDS5

该系统既有较强的三维建模功能和先进的图形技术及产品数据管理技术。整个系统使用统一的数字模型，具备进行异地并行设计和虚拟设计制造的功能。其中的很多规定只适合机械行业CADDS5软件可实现船舶可视化三维设计、贯穿分析、设计、建造、维护整个船舶产品生命周期船体结构模型的设计与导入；“制造”各类三维设备、部件，实现系列实体建模；利用软件的装配功能对三维舱室进行布置；二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位；各类统计汇总报表、加工单、布置图、安装图的输出；利用虚拟的数字化样船对设计进行评估。法国达索公司CATIA提供了在产品生命周期的各个阶段管理自己的产品的完整功能把产品开发和设计与它所使用的制造过程集成在一起。这一解决方案在两方面具有价值：集成的改进制造过程的高级过程工程工具；过程信息在企业一级的获取、管理及分发PTCWindchillFORAN是一款3D造船软件，FORAN软件由西班牙SENER集团开发FORAN是由船舶设计师开发、为船舶设计师使用的软件，符合船舶设计师、船厂的工作模式和生产特点；FORAN软件可以用于各种船型的设计建造，包括常规客轮、货船、非对称船、双体船等，各种军用舰船包括航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、潜艇等，也可用于FPSO、海洋平台等Foran适用于各种船舶设计、分析和建造的一套非常完整的计算机辅助船舶设计和建造软件动态三维船体模型生成模块船舶阻力及有效马力计算模块船舶水动力性能计算分析模块船体结构生产放样及CAD图形生成模块船舶耐波性能分析模块空间实体自动拟合模块帆船性能分析模块数据转换模块澳大利亚Maxsurf适用于各种船舶设计、分析和建造的一套非常完整的计算机辅助船舶设计和建造软件NAPA软件主要用于船舶初步设计和基本设计，特别擅长处理船舶设计早期阶段所必须的众多设计变量和不可避免的大量设计更改和多方案对比。NAPA软件也可以用来进行各种船舶性能计算并生成完工文件。利用NAPA软件生成的三维船型，可以在船舶设计全过程中使用芬兰NAPA德国GL、英国LR、美国ABS、法国BV、日本NK、中国CCS、挪威DNV1）挪威DNV船级社的SESAM

船舶分析计算，从波浪运动到动力相应。2）英国LR船级社

PASS：规范计算直接计算评审计算

ShipRight:界面友好使用方便3）美国ABS船级社的SafeHull

规范计算，定结构尺寸，进行疲劳校核4）中国CCS：规范和强度校核“彩虹之星”船舶设计软件设计任务书，包括航区、用途、船级、布置、动力装置、结构、设备、性能、生活设施、尺度限制等确定新船排水量、尺度、系数型线设计总布置设计结构设计、性能舾装设计、设备清单船舶设计的内容设计技术任务书是船舶设计的依据，它全面地反映了对设计船技术性能的要求，并对船舶的主要技术要素做了具体规定，如船舶类型、用途、吨位、航速、航距、机电设备等设计任务书根据船东提出的技术要求或招标说明书进行设计其主要内容为：初步确定新船的技术条件和形状、提供总布置简图、主要设备清单、简要说明书、估算造价报价设计的目的是设计方向船东提出报价，力争中标，并使船东了解新船概貌及船价，挑选中标单位报价设计主要考虑因素1.运输类型的论证运输有五种形式：水运、铁路、公路、航空、管道等。要完成所需的运输任务，首先要研究采用哪一种运输形式或哪几种联运的形式、使得投资最少，经济效益最好。这一论证涉及的面比较广，一般由国家某部门或某地区才能完成主要考虑因素2.船型论证承担某一运输任务，如货运，可供选择的船型有：货舱、集装箱船、顶推分节驳、载驳船等。在具体选取时要进行技术经济论证如果确定用普通货船来承运，还要探讨船舶的大小、航速的高低。要以最适用最经济的方案作为制定任务书的基础主要考虑因素3.航区、航线这是指新船航行的区域。海船航区分为：无限、近海、沿海、迟蔽等航区。内河船舶常按水系来分，如我国长江水系根据风浪及水流情况，分为A、B、C级航区及J级航段。不固定航线的船，通常提出主要航行的航线或航区，定航线的船通常要给出停靠的港口等主要考虑因素4.用途这是指新船的装载数量与性质。

客船、客货船包括人数(各等级的分配数、舱室标准)、载货吨数以及舱容要求。货船包括货物的数量及理化性质。就数量来说，任务书中有时结出“载重量”，即包括货物、燃油、滑油、淡水、食品等的重量。有时给出“载货量”，即货物重量。货物有多种多样如液货、散货、杂货、集装箱等，对于一般货物，要给出载重吨数，而对于集装箱，则是给出箱数主要考虑因素5.船级这是指按什么规范、哪一级设计新船。要注意不同规范从不同角度提出的要求。走国际航线的船舶、还应符合有关的国际规则与公约，以及有关国家、地区、运河等颁布的待殊规则

英国劳氏船级社船舶、海洋工程、船用产品、信息工作、质量体系认证挪威船级社船舶、海洋工程检验与科学研究、软件开发、风险评估、质量体系审核、工业设施的质量保证德国劳氏船级社作为联邦政府专门的技术机构而得到重视法国船级社检验船用产品和海洋工程技术见长意大利船级社船舶检验业务，现有船状态评估与工业服务业务美国船级社美国海军中小型战斗舰及军辅舰的检验业务船舶、海洋工程、锅炉及压力容器、石油化工工业、电站动力设施、铁路与港口设施、船用设备与集装箱等检验业务船级社主要考虑因素6.动力装置主机的类型、功率、转速、台数等主要考虑因素7.航速、续航力、自持力(1)航速：民船的航速常分为试航航速与服务航速(2)续航力：在规定的航速和主机功率下，船上所带的燃油可供船连续航行的距离(n.mi1e/km)．或连续航行的时间(h)(3)自持力:这是指船上所带淡水、食品等能供人员在海上维持的天数，也有称自给力．以天(d)计主要考虑因素8.结构这是指船体与上层建筑材料、船体结构形式、甲板负荷、特殊加强等的要求主要考虑因素9.设备这是指起货设备的形式及能力．如锚和锚机、舵和舵机、减格装置、通风、空调、导航等方面的要求主要考虑因素10.性能这是指性能要求，如稳性要求、浮态要求、分舱及破舱稳性的要求、耐波性及操纵性的要求等主要考虑因素11.船员这是指船上编制人数，同时也有对生活设施提出具体要求主要考虑因素12.尺度限制船长：它受泊位长度、港域宽度、河道曲率、以及船闸、船坞等的限制吃水：它受航道与港区的水深限制船宽：它主要受运河、过船闸、进船坞等限制船的水上部分高度：它主要是考虑桥高的限制，如南京长江大桥高出水面28m、珠江大桥高出水面8m等限制初步设计-主尺度设计2023/2/331第二阶段：初步设计主尺度和排水量型线图和型值表分舱图和稳性计算总体结构设计第二阶段：初步设计重量估算

Δ＝LW十DWLW＝Wh十Wf十Wm第二阶段：初步设计浮力估算

Δ＝ρV＝ρkLBTCb第二阶段：初步设计

第二阶段：初步设计

第二阶段：初步设计型深估算均采用母型船换算公式L/D=9.88初步设计---型线设计2023/2/338船体的外板表面有外表面和内表面之分，甲板也有上表面和下表面之分。对于金属船体而言，型线图所表达的形状是外板内表面和甲板下表面的形状。我们所绘制的型线图是船体型表面的形状。初步设计---型线设计内河船海洋运输船破冰船快艇渔船型线设计直线甲板水平龙骨线海船有舷甲板线艉倾值艉倾龙骨线拖船，渔船内河船倾斜式垂直式球鼻形首船首设计水线面（1）平行中体式水线面:中部一段水线为直线，并与船体中心线平行。利于装货和布置机器。（2）无平行中体式不线面：边缘为光顺曲线所组成。航行中阻力小。平行中体式无平行中体式型线图

为了能精确表示出船体的曲面变化情况，还必须用许多同上述三个平面相平行的，等距的平面来剖切船体。并将平面与船体的表面的交线画出来。才能构成完整的船体型线图。1.纵剖线图：反映了船体的侧面形状。因左右对称，一条纵剖线代表左右两舷。2.横剖线图：船中到船首的一半画在右边，船中到船尾的一增画在左边。3.半宽水线图：左右两舷对称，水线只画出一半。4.型值表：船体型线图中所列型值表。包括半宽值和高度值。要想准确表达船体表面形状，我们可以在三个平面同时剖切船体，形成三组截交线。纵剖面情况用一系列纵剖平面可以反映出船体型表面不同船宽处沿船长方向的变化。型线图横剖面情况横剖面可以反映出沿船长方向船舶横向形状尺寸的变化情况。用平行于中横剖面的一组平面切割船体时，与船体曲面相交得一组交线，称为横剖线，它们表示船体的横向外形。型线图水线剖面情况可以反映出不同高度处船体型表面的变化情况。型线图船舶型线图RHINO（犀牛）这是一款船舶制造业设计软件,它包括了从船只结构建模,分析,及优化分系统工程。FlagShip的结构设计能力就是基于此软件Rhino的建模能力、易学好用以及低价策略，已经成为船艇产业的标准工具了。拥有30年船艇软体开发经验的ProteusEngineering便将该司享有盛名的FastShip功能移植到Rhino后改名为RhinoMarine，并以四个分开的模组来加强Rhino在船艇设计与制作方面的功能

RhinoMarine拥有快速、精确的流体力学与稳定性计算能力，而且非常容易从船身产生任何型式的剖面线。RhinoMarine能将完整的流体力学与稳定性计算数值输出成Excel档在浏览器内观看结果。RhinoMarine可以管理与追踪船体的重量与估价，并以RhinoMarine自己的树状管理员整理。所有船体物件都能以拖放方式在树状管理员排列顺序RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）RHINO（犀牛）初步设计---船体曲面2023/2/362定义肋位肋位是肋骨位置的顺序编号，沿船的纵向长度隔一定距离进行排列以舵的轴系中心线为“0”号肋位，然后往艉部是负位，往船艏方向的为正位军品的肋位是从首向尾的，还有从中间开始排肋位的，民品的肋位是尾向首的

肋骨型线图初步设计---分舱设计2023/2/373分舱设计舱室划分舱容计算

舱容计算船舶相关企业与单位2023/2/383中船重工大连船舶重工集团有限公司、渤海船舶重工有限责任公司、武昌船舶重工集团有限公司、山海关船舶重工有限责任公司、青岛北海船舶重工有限责任公司、天津新港船舶重工有限责任公司、大连船用柴油机有限公司2023/2/384中国船舶工业集团公司广州广船国际股份有限公司、江南造船(集团)有限责任公司、沪东中华造船(集团)有限公司、上海船厂船舶有限公司、上海江南长兴重工有限责任公司、广州中船龙穴造船有限公司、上海外高桥造船有限公司2023/2/385其他船厂江苏新世纪造船股份有限公司、江苏扬子江船厂有限公司、南通中远川崎船舶工程有限公司、浙江造船有限公司、中国长江航运集团金陵船厂、扬州大洋造船有限公司、常石集团(舟山)造船有限公司、烟台来福士海洋工程有限公司2023/2/386军工厂中国人民解放军第4808厂、中国人民解放军第四八一零工厂、大连舰艇学院、武汉舰艇学院2023/2/387研究所中国舰船研究院、中国船舶科学研究中心、中船重工船舶设计研究中心中国船舶及海洋工程设计研究院、上海船舶研究设计院、广州船舶及海洋工程设计研究院2023/2/388中国船舶重工集团公司710研究所中国船舶重工集团公司第七一○研究所，是我国舰船科技、海洋工程重点骨干研究所，海军武器装备合格承制方，国家863、973高技术项目研究单位，国家一级保密资格单位。2023/2/389中国船舶重工集团公司704研究所704研究所（上海船舶设备研究所）隶属于中国船舶重工集团公司，总部位于衡山路10号。主要从事舰船特种机电设备与系统的应用研究、设计开发和总成。2023/2/390中国船舶重工集团公司702研究所七○二所主要从事舰船及水中兵器、海洋工程等水动力、结构、噪声等基础与应用基础研究，以及高性能船舶与水下工程研究开发。在服务经济建设方面，七○二所还研制开发了多项产品，如车客渡船Z型全回转推进器、高速游艇、水上游乐设施等。2023/2/391中国船舶重工集团公司708研究所是中国船舶行业成立早、规模大、成果多的研究开发机构，是中国船舶工业集团公司船舶与海洋工程研发中心、是船舶设计技术国家工程研究中心的依托单位，是国际拖曳水池会议（ITTC）、国际船舶结构会议（ISSC）的成员单位，是流体力学和船舶与海洋结构物设计与制造的硕士、博士研究生培养单位。2023/2/392中国船舶重工集团公司709研究所是我国最早融计算技术、自动控制和数学理论研究为一体的国家重点工程研究所，主要从事大型系统集成与控制、计算机加固技术、容错技术、并行处理技术以及网络技术与软件工程、图形图像处理、工业过程控制、印制电路等专业的研究和开发工作2023/2/393中国船舶重工集团公司第十二研究所该所是船舶行业唯一的热加工工艺研究所，设有铸造、锻造、热处理、理化检测、化工等研究室及生产试验车间。主办的《热加工工艺》杂志面向国内外发行。负责船舶行业的和铸锻技术指导组的工作。并负责全国船舶行业的热加工技术基础研究、铸锻技术指导组和热加工信息网的工作；2023/2/394中国船舶重工集团公司第七二五研究所该所是国家级重点军工科研单位，拥有包括海洋腐蚀与防护国防科技重点实验室在内的一流科研、生产设施3000多台（套），设有4个国家级材料试验中心、检测中心；承担着舰船新型材料和新工艺、减振降噪材料、腐蚀与防护技术、船舶设备与结构的破损失效分析等领域和关键零部件的研究开发，拥有材料学博士、硕士授予权。2023/2/395上海船舶设计研究院该院隶属于中国船舶工业集团公司,是一家以研究设计现代民用船舶为主的综合性研究设计单位,成立于1964年8月.现有3个船舶设计室,1个船舶机械设计室,1个船舶生产设计室,国家船舶舱大容积计量站,国防容量计量专业站和中国船舶工业基础船舶舱容计量检测中心落。2023/2/396交通部长江船舶设计院长江船舶设计院（简称CSDI）是交通系统最大的船舶设计研究单位，，主要从事各类海洋及内河的民用船舶、军辅船舶和港口起重机械的研究与设计，以及水运工程大型设备制造安装的监理、船舶自动化控制设备的开发与生产，并从事船舶通用机械、环保工程及设备、计算机应用技术的开发与研究。2023/2/397船舶工艺研究所该所是中国船舶工业集团公司所属的船舶行业唯一的工艺研究开发机构，创建于一九六四年，设有六个专业研究室，研究的专业领域涉及各类船舶和海上、陆地各种钢结构物的建造工艺和方法；船舶机电管系安装工艺；焊接、切割、无损检测技术；防腐涂装、金属表面处理和测试技术；自动化装备的设计与制造；非金属材料的应用与测试；计算机应用软件系统的开发、网络工程；软科学的研究以及建设工程监理等。2023/2/398广州船舶及海洋工程研究设计院是中国船舶工业集团公司(CSSC)在华南地区最大的科研设计单位。主要从事海洋工程、船舶产品、机电产品、钢结构工程设计、工程总承包和项目管理以及船厂技术改造、技术咨询等业务，具有国家颁发的船舶工程及海洋工程勘察设计甲级资质证书。2023/2/399船级社中国船级社CCS，挪威船级社DNV，美国船级社ABS，法国船级社BV，英国劳氏船级社LR，德国劳氏船级社GL，日本海事协会NK，韩国船级社KR，印度船级社IRS

2023/2/3100上海船舶设计公司常石上海船舶设计有限公司，上海佳豪船舶工程设计股份有限公司，上海宏冠船舶设计有限公司，上海润吉船舶设计有限公司，上海恒高船舶设计有限公司……

2023/2/31012023/2/3102大连造船厂

30万吨船坞——大连船舶重工集团

2023/2/3造船工程管理104龙门吊2023/2/3造船工程管理105大连造船厂2023/2/3造船工程管理1062023/2/3造船工程管理1072023/2/3造船工程管理1082023/2/3造船工程管理1092023/2/3造船工程管理1102023/2/3造船工程管理1112023/2/3造船工程管理1122023/2/3造船工程管理1132023/2/3造船工程管理114大连造船厂2023/2/3造船工程管理115大连造船厂职能部门介绍2023/2/3116职能部门介绍设计部、生产部、物资部、综合部、质量部、安全部、分段车间、运营管理层、船台、船坞部门、后勤部门等设计部、生产部、物资部、质量部、分段转运部、运营部2023/2/3117详细设计---结构设计2023/2/3118结构设计结构构件构件装配分段结构外板结构设计肋骨肋板纵骨甲板结构设计横梁围板纵桁特征结构设计扶强材开孔肘板舱室结构设计舱壁双层底边舱斜板折边舱口围板扶强材特殊形状孔普通孔孔的加强筋开孔补板型材开孔梁肘板舭肘板纵舱壁横舱壁舱壁纵骨舱底板槽型舱壁装配仿真设计平面分段总装大组立小组立结构信息管理分段信息外板信息焊缝信息构件信息

船体骨材的两种结构形式纵向——纵剖线方向，叫纵向构件，如纵骨，纵桁、纵舱壁等。根据位置分为船底纵骨、舷侧纵骨、甲板纵骨等。横向——位于各个肋位处的构件（横剖线方向），叫横向构件，如肋骨，肋板，肘板、横舱壁。处于甲板肋位上的构件是横梁。

船体骨架的两种布置形式横骨架式——如果船体结构的某一部分（如船底、舷侧、甲板等）横向构件布置的密，间距小，而纵向构件布置的希，间距大，该布置方式称为横骨架式。（Transversalsystemofframing）纵骨架式——如果船体结构的某一部分纵向构件布置的密，间距小，而横向构件布置的希，间距大，该布置方式称为纵骨架式。（Longitudinalsystemofframing）典型船体结构不同船体部位：中剖面整船外板船底结构舷侧结构甲板结构舱壁结构首尾端结构上层建筑结构其它结构船底结构甲板结构舷侧结构舱壁结构船底结构单底（singlebottom）横骨架式纵骨架式双底（doublebottom）横骨架式纵骨架式横骨架式单底中内龙骨旁内龙骨肋板舭肘板流水孔纵骨架式单底横骨架式双底内底板中底桁旁底桁主肋板框架肋板水密肋板主肋板水密肋板框架（组合）肋板横向双层底肋板纵骨架式双底中底桁旁底桁内底板船底纵骨内底纵骨主肋板水密肋板舷侧结构横骨架式纵骨架式横骨架式舷侧结构根据肋骨布置方式不同，有三种形式：单一肋骨形式强肋骨、舷侧纵桁和主肋骨组成双层壳舷侧结构形式单一肋骨形式单壳横骨架式舷侧结构横骨架式双壳舷侧结构纵骨架式舷侧结构纵骨架式双壳舷侧结构散货船舷侧甲板结构横骨架式纵骨架式纵骨架式横骨架式甲板纵骨强横梁甲板横梁舱口围板横骨架式甲板纵骨架式甲板舱壁结构

船上有许多横向和纵向布置的舱壁，它们将船体内部空间分隔成若干舱室，供居住、工作、载货等。横舱壁：保证船体的横向强度和刚性，作为纵向构件的支撑结构纵舱壁：长纵舱壁提供船体总纵强度，分隔自由液面舱壁的种类按用途分类：水密舱壁液体舱壁轻舱壁防火舱壁按结构形式分：平面舱壁（planebulkhead）槽形舱壁（corrugatedbulkhead）槽形舱壁（corrugatedbulkhead）

槽形舱壁的结构三角形矩形梯形弧形

其中以梯形应用较广。下墩上墩槽体槽形舱壁的剖面形状1-船底板；2-内底板；3-底边舱；4-内底纵骨；5-中底桁；6-旁底桁；7-肋板；8-船底纵骨；9-舷侧外板；10-肋骨；11-舷侧纵骨；12-肘板；13-甲板；14-甲板纵桁；15-甲板纵骨；16-舱口围板；17-顶边舱；18-横舱壁1-船底板；2-中底桁；3-旁底桁；4-内底边板；5-船底纵骨；6-内底板；7-肋板；8-内底纵骨；9-加强筋；10-减轻孔；11-上甲板；12-强横梁；13-横梁；14-甲板纵骨；15-甲板纵桁；16-支柱；17-下甲板；18-梁肘板；19-舱内肋骨；20-甲板间肋骨；21-强肋骨；22-舷侧外板；23-舭肘板；24-舱口端横梁；25-横舱壁；26-舱口围板；27-肘板；28-舷墙；29-扶强肘板；30-舭龙骨集装箱船横剖面结构1-中底桁;2-纵桁；3-集装箱；4-舱口围板；5-甲板纵骨；6-纵舱壁；7-围绕扁钢；8-人孔；9-桁板肋骨；10-平台甲板；11-加强筋；12-舭龙骨；