50米水泥运输船的结构设计毕业论文

浙江海洋学院毕业生论文摘要I50米水泥运输船的结构设计黄建（浙江海洋学院船舶与建筑工程学院，舟山316000）摘要本次毕业设计是对50M水泥运输船的结构设计，主要分为以下几个方面来进行设计一、通过母型船的资料和新船的任务书来确定设计新船的型线图。因为新船任务书要求的主尺度除了船长和型深，其他都相同，而且两者的差距很小。又因为本船基本没有平行中体，所以通过型线比例的变换来改变型值是可行的，然后利用新的型值表来绘制新的型线图，并进行了光顺与协调。二、利用新的型线图和母型船的一些资料来做结构计算。结构计算主要是利用规范的计算选取外板、甲板、型材、上层建筑以及其他构件的规格。由于本船船长小于65米，不用进行总纵强度的计算，只需取材的剖面模数大于规范要求的最小剖面模数即可，当然为了满足强度，取材时尽量保守。三、通过型线图和结构计算书以及母型资料来绘制基本结构图、典型横剖面图和横舱壁图。以横舱壁图为例，利用型线图在量取该肋位上的高度和半宽值来确定该横舱壁的外轮廓，再利用结构计算关于舱壁的板厚和型材规格来绘制骨架，绘制过程中参考母型船资料。其他图也基本类似，不一一列举。四、总结设计过程中的一些经验和遇到的困难，以及解决这些问题的方法，为后续结构设计的提供经验。本次设计的新船满足任务书的要求，结构强度的校核也满足文献1的要求。【关键词】水泥运输船；结构设计；规范设计；尺寸确定浙江海洋学院毕业生论文摘要IISTRUCTUREDESIGNINGOF50METERSCEMENTCARRIERHUANGJIANSCHOOLOFCIVILENGINEERINGARCHITECTUREANDCIVILENGINEERING，ZHEJIANGOCEANUNIVERSITY，ZHOUSHAN，ZHEJIANG316000ABSTRACTTHEGRADUATIONDESIGNISASTRUCTUREDESIGNOF50MCEMENTCARRIER,WHICHISMAINLYDIVIDEDINTOTHEFOLLOWINGSEVERALASPECTSINDESIGNFIRST,CONFIRMTODESIGNTHELINESPLANOFTHENEWSHIPACCORDINGTOTHEPARENTSHIPSDATAANDNEWSHIPSTORBECAUSETHENEWSHIPSTORREQUIRESTHERESTOFTHEPRINCIPALDIMENSIONSARETHESAME,EXCEPTTHELENGTHANDDEPTH,WHICHAREALSOREQUIREDTOHAVEASMALLGAPBETWEENTHESETWOANDBECAUSETHISSHIPNEARLYHASNOPARALLELMIDDLEBODY,ITISFEASIBLETOCHANGELINESOFFSETSTHROUGHCOPYTYPETRANSFORMATION,ANDTHENDRAWLINESPLANUSINGNEWOFFSETSTABLESECOND,USENEWLINESPLANANDSOMEINFORMATIONOFPARENTSHIPTODOSTRUCTURALCALCULATIONSTRUCTURALCALCULATIONMAINLYTAKESADVANTAGESOFSTANDARDCALCULATIONTOSELECTSHELLPLATING,DECK,BAR,SUPERSTRUCTUREANDOTHERCONSTRUCTIONELEMENTSSPECIFICATIONSINCETHELENGTHOFTHISSHIPISLESSTHAN65METERS,LONGITUDINALSTRENGTHSCALCULATIONISNOTNECESSARY,JUSTMAKESURETHATTHESECTIONMODULUSFORDRAWINGMATERIALSISLARGERTHANTHESMALLESTSECTIONMODULUSOFCOURSE,INORDERTOSATISFYTHEINTENSITY,WHENYOUAREDRAWINGMATERIALS,ITSHOULDBEASLARGEASPOSSIBLETHIRD,DESIGNBASICCONSTRUCTIONPLAN,MODELBODYPLANANDTRANSVERSEBULKHEADPLAN,BYUSINGLINESPLAN,STRUCTURECALCULATIONSANDSOMEPARENTSHIPDATANOW,TAKEDRAWINGTRANSVERSEBULKHEADPLANASANEXAMPLE,ITUSESLINESPLANONTHEHEIGHTANDWIDTHOFLIFTINGTHISRIBBITTOENSURETHEPERIPHERYOFTRANSVERSEBULKHEADTHENITUSESSTRUCTURALCALCULATIONABOUTTHICKNESSOFPLATINGOFBULKHEADANDBARSTANDARDTODRAWSKELETON,WITHTHEREFERENCEOFPARENTSHIPDURINGTHISTIMEOTHERPLANSARESIMILARANDTHEYWILLNOTBELISTHEREONEBYONEFOURTH,SUMMARIZESOMEEXPERIENCEANDDIFFICULTIESMETDURINGTHEDESIGNPROCESS,ANDMETHODSTOSOLVETHESEPROBLEMS,INORDERTORISEEXPERIENCEINSTRUCTURALDESIGNTHEDESIGNOFANEWSHIPMEETCOMMITMENTSREQUIREMENTS,ANDPROFILESCHECKINGINTENSITYANDALSOSATISFYTHEDOCUMENT1REQUIREMENTS【KEYWORDS】CEMENTCARRIERSTRUCTUREDESIGNSTANDARDDESIGNSIZEDETERMINE浙江海洋学院毕业生论文目录1目录摘要I绪论11总体部分211设计要求和母型资料2111设计任务书2112母型船舱室分布情况3113母型船主尺度412型线生成42结构部分521结构规范设计计算5211外板5212甲板10213单层底12214舷侧骨架14215甲板骨架19216船端加强24217水密舱壁25218主机基座31219上层建筑3122主要构件汇总5123基本结构图5524典型横剖面图5525横舱壁图553总结与讨论56参考文献58外文翻译60浙江海洋学院毕业生论文正文1绪论我国是水泥生产大国，水泥产量多年居世界第一，运输水泥的方式也是各种各样，但是不外乎包装水泥和散装水泥2。包装水泥由于纸袋破损和纸袋内残留水泥每年的损失在百分之五以上，散装水泥有着运量大、损耗少、成本低、污染少等优点，所以现在水泥的运输是以散装运输为主。运输水泥主要是以船舶运输的，目前我国散装水泥运输系统总体落后，根本无法满足当今水泥运输发展的需要，因此发展散装水泥运输船就变得非常的重要，越来越多的港口相继兴建与不同水泥船相匹配的专用设施，也昭示着我国在散装水泥船运输方面的发展趋势，但是目前发展仍然较为缓慢3。水泥运输船的结构都是以中小型为主，目前的发展还处于比较初级的阶段。传统的水泥船传统的水泥船只能装运单一的散装水泥，一般为单向运输，以沿海或近洋运输为主，而且为全封闭型，没有舱口盖，货舱底是倾斜的水泥提升机械设备要安装在货舱底部，因此船舶装卸货设备投资大，货舱内设备占据有效舱容大，设备维护保养困难。目前水泥运输船的发展趋势是采用的是气力负压吸附式卸船设备。如果船舶设计成气力式散装水泥船，就既可以装散装水泥，又可装氧化铝等其他细小颗粒散货，以保证返航不会空放，提高经济效益。这种普通散货船和传统水泥船的结合，其显著的特点是平坦的货舱底，有货舱口和舱口盖，有水泥专用装卸设备；既有普通散货船适货性广的特点，清舱后可以装载其它散杂货，可大大降低经营风险，也有传统水泥船自装卸的能力，而无普通散货船适用码头少的限制及传统水泥船不能利用码头现有卸船设备的弊病4。总而言之，目前国际国内对建材的需求，发展水泥运输船是极其有必要的，而且水泥船的发展趋势是罐装的采用气力负压吸附式卸船设备，和本次毕业设计的课题非常吻合，因此这次设计是符合当今船型发展的需求的。浙江海洋学院毕业生论文正文21总体部分11设计要求和母型资料111设计任务书主要参数船名50M水泥运输船航区类航区船型钢质、单甲板、单机、单桨、单舵、柴油机驱动的尾机型用途主要装载散装水泥，并带有装卸设备，装卸效率较高主尺度垂线间长LPP5000M型宽B900M设计吃水D320M型深D370M船级与船籍CCS中国主机6NSCM型船用柴油机1台，额定功率900PS，额定转速1000R/MIN航速/功率储备不低于100KN/15MCR船体结构材料结构形式等钢质焊接、横骨架结构形式设备要求按法规和规范要求配置设计内容结构规范设计根据规范计算外板、甲板、围板等板材的最小厚度，确定各个板材的厚度；计算各个型材的最小剖面模数确定各种型材的规格，以及各个部位的加强等。相关图纸绘制根据结构规范设计得到的板材的厚度和型材的规格，参考母型船来绘制性线图、基本结构图、横剖面图、横舱壁图。浙江海洋学院毕业生论文正文3112母型船舱室分布情况表11舱室划分序号舱室名称数量所在部位1驾驶室1驾驶甲板2船长室1艇甲板3轮机长室1艇甲板4储物舱1艉楼甲板5储物室1主甲板6餐厅1艉楼甲板7厨房1艉楼甲板8卫生间1艉楼甲板9浴室1艉楼甲板10一人船员室3艉楼甲板11舵机舱14000MM平台12锚链舱1主甲板13货舱6船底主甲板表12液体舱序号名称储存物位置容积M31艏尖舱F81艏16512第一压载舱PS海水F75F8142843第二压载舱PS海水F52F6840084第三压载舱PS海水F32F5254525艉尖舱淡水F1F54666燃油舱PS燃油F24F3216667淡水舱淡水F2F715568锅炉油舱燃油F11F14141浙江海洋学院毕业生论文正文4113母型船主尺度主要要素总长5150M两柱间长4750M型宽900M型深365M设计吃水320M海水排水量10172T方形系数0718梁拱（主甲板）005M肋距055M船员5P主甲板艉楼甲板205M艉楼甲板艇甲板200M艇甲板驾驶甲板200M驾驶甲板顶甲板220M12型线生成设计船的参数除了船长和型深，其他参数都和母型船相同，且船长和型深都变化很少，且和母型船的设计吃水相同，因此在船宽和船高方向型线可不做改变，只需改变船长方向的数值即可。又因为该船并没有明显的平行中体，不能用加平行中体的方法来增加船长。本设计采用放大船长的比例改变型值，每站位由母型船的475米变为设计船的5米，而由于设计吃水相同，而高度方向缩放的比例一般以设计吃水为准，因此设计船半宽和高度的型值保持不变，船长按比例放大。由于设计船和母型船的长度相差很小，因此新设计的船也能很好地保持母型船的良好的性能，型线图见附图（ZHC43310001）。浙江海洋学院毕业生论文正文52结构部分21结构规范设计计算本船为50米水泥运输船，为钢质单底尾机舱型船舶。本计算按文献1有关要求进行计算和校核。设计船舶主尺度总长5400M两柱间长5000M型宽900M型深370M设计吃水320M肋距055M船员5P主甲板艉楼甲板205M艉楼甲板艇甲板220M艇甲板驾驶甲板220M驾驶甲板顶甲板220M211外板根据文献5船长L为最小型深85处水线总长的96，或沿该水线从首柱前缘至舵杆中心线的长度，取其大者。前者的值L486M，后者L50M。因此计算船长取L50M。根据文献6C00412L460620,2601DCMINH02D064M360,502DCMINH036D1152MBS00016L05058M浙江海洋学院毕业生论文正文62111船底板（1）船中部04L区域根据文献12311、2312船底板是指由平板龙骨至舭列板之间的外板。本船船底为横骨架式时，船中部04L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计算时肋骨间距应不小于标准间距BFLSET1700720110072058（50170）/115799MMBFHDST07127005864023796MM实取T9MM式中S肋骨间距，055M，计算时取值应不小于肋骨的标准间距，肋骨标准间距为058M，故取S058M；D吃水，32M；L船长，50M；BF折减系数，取BF1；221SSE，其中，S为龙骨间距，150M；1H026C，计算时取不大于02D；C系数，见规范2231。取C606。（2）离船端0075L区域内根据文献12314离船端0075L区域内的船底板厚度T应不小于按下式计算所得之值BSSLT60350浙江海洋学院毕业生论文正文7（0035506）580580775MM实取T9MM式中S纵骨间距，055M，计算时取值应不小于纵骨的标准间距，取S058M；D吃水，32M；L船长，50M；BF折减系数，取BF1；1H026C，计算时取不大于02D。2112平板龙骨根据文献12321平板龙骨的宽度B应不小于按下式计算所得之值B90035L90035501075MM式中L船长，50M。根据文献12122平板龙骨的厚度不应小于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。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，因此厚度取T11MM。实取111500MM2113舭列板根据文献12312，本船为横骨架式，舭列板厚度应不小于下列计算所得BFLSET1700720110072058（50170）/115799MMBFHDST07127005864023796MM浙江海洋学院毕业生论文正文8实取T9MM2114舷侧外板根据文献12141、2142舷侧外板系指从舭列板至舷顶列板之间的外板。本船舷侧为横骨架式，船中部04L区域内舷侧外板厚度T应符合下列规定1距基线3/4D距基线3/4D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D11110S0730FLET0073058（50110）/115590MMBFHDST24124205864023477MM实取T9MM2距基线1/4D以下距基线1/4D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BFLET110S0720110072058（50110）/115581MMBFHDST36126305864023716MM实取T9MM3距基线D/4至距基线4/3D区域内的舷侧外板厚度T，由上述计算所得之值用内插法求得。实取T9MM式中S纵骨间距，055M，计算时取值应不小于纵骨的标准间距，取S058M；浙江海洋学院毕业生论文正文9D吃水，32M；L船长，50M；F，DF折减系数，取BF1，DF1；221SSE，其中，S为舷侧纵桁间距，150M；1H026C，计算时取不大于02D，2H05C，计算时取不大于036D；C系数，见规范2231。取C606。2115舷顶列板根据文献12351舷顶列板的宽度应不小于B8005LMM，但也不必大于1800MMB8005501050MM根据文献12352本船舷侧为横骨架式，船中04L区域内舷顶列板厚度T应不小于按下列两式计算所得之值D11110S0850FLET0085058（50110）/115686MM750512LST105S7550681MM实取121200MM式中S肋骨间距，计算时取值应不小于纵骨的标准间距，取S058M；L船长，50M；221SSE，其中，S为舷侧纵桁间距，150M，E115；DF折减系数，DF1。2116首柱钢板焊接首柱在夏季载重线以上05M处以下区域的板厚T应不小于按下式计算所得浙江海洋学院毕业生论文正文10之值T008L55008505595MM本船首柱板厚实取T12MM式中L船长，50M，夏季载重线以上05M处以上区域的厚度可逐渐减小，至顶端可等于船端外板的厚度。212甲板2121强力甲板根据文献12421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（本船为横骨架式）D111100850FLSET0085058（50110）/1009782MM750512LST1050587550681MM实取T14MM式中S肋骨间距，055M，计算时取值应不小于纵骨的标准间距，取S058M；L船长，50M；DF折减系数，取DF1；221SSE，其中，S为甲板纵桁间距，70M；取E1009。离船端0075L区域根据文献12422在开口边线以内及离船端0075L区域内的强力甲板，其厚度T应不小于按下式计算所得之值浙江海洋学院毕业生论文正文117590LST090587550584MM式中S肋骨间距，055M，计算时取值应不小于纵骨的标准间距，取S058M；L船长，50M；强力甲板包括端部甲板的最小厚度T应不小于6MM。实取T8MM2122甲板边板根据文献12431在船中部04L区域内的强力甲板边板宽度，应不小于（但不必大于1800MM）68L500840MML船长，50M。实取141500MM2123甲板开口根据文献12441、2442当强力甲板上货舱开口的角隅是抛物线形或椭圆形时，角隅处的甲板不需加厚板，但应符合规范中图1的规定。舱口宽度7000图1当强力甲板上的货舱开口的角隅是圆形时，角隅处要求加厚板，且角隅半径与舱口宽度之比不小于1/20，但对于舱口围板处未设置甲板纵桁者不小于1/10。如甲板伸进舱口围板浙江海洋学院毕业生论文正文12内，圆形角隅的最小半径为300MM。R20/B206000300MM，角隅处加厚板厚度应较强力甲板增加4MM，即T78241182MM。实取R350，T12MM213单层底2131中内龙骨根据文献12521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1在船中部04L区域内T006L62006506696MMA065L2065502345CM2式中L船长，50M。2在船端0075L区域内T005L55005505580MMA052L05250260CM2式中L船长，50M。3根据文献12521、2521在机舱内，中内龙骨腹板厚度如下计算T006L621106MMA065L20655023452CM实船货舱段为4001250012A480CM2（满足）机舱段为25020105014A500CM2（满足）船端为250128008A300CM2（满足）2132旁内龙骨根据文献12531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T005L500550575MMA025L5025505175CM2浙江海洋学院毕业生论文正文13货舱区200129A240CM2（满足）式中L船长，50M。当船宽等于或小于9M时，应在中内龙骨两侧至少各设1道旁内龙骨，规范没有对旁内龙骨在机舱区域有特殊要求，故在货舱和机舱区域取值相同。机舱区200129A240CM2（满足）2132肋板根据文献12541每个肋位处应设置实肋板，其中纵剖面处腹板高度H、厚度T及面板剖面积A应不小于按下列各式计算所得之值H42BD7042（932）704424MMT001H300144243742MMA48D34832312362CM货舱区120129A144CM2（满足）式中B船宽，90M；D吃水，320M。根据文献12542、2544肋板面板的厚度应不小于肋板腹板的厚度，面板宽度应不小于其厚度的10倍，但亦不必大于15倍。在机舱区域内，肋板腹板的厚度应不小于2521所要求的中内龙骨腹板的厚度。T006L62006506696MM式中L船长，M。机舱区1001210A120CM2（满足）浙江海洋学院毕业生论文正文14214舷侧骨架2141主肋骨根据文献1271、2721要求肋骨或舷侧纵骨的最大间距应不大于10M，本船的肋骨间距是055M，符合要求。除首尾尖舱外，主肋骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得值21SDLCCW36091050583226264754CM3式中S肋骨间距，055M；D吃水，320M；L肋骨跨距，26M，但无论如何应不小于DD为型深，在从尾尖舱舱壁至距首垂线02L之间的区域内，应取用船中的肋骨跨距，在从距首垂线02L至防撞舱壁之间的区域内，应取用该区中最大的肋骨跨距，L取26M；LDDDC451650262734517323650236091C系数，当L90M时，1C105，当L90M时，1C1。该船L为50M，故1C105。根据文献12727主肋骨的剖面惯性矩I应不小于按下式计算所得之值I32WL3247542639553CM4式中W前文计算的的主肋骨剖面模数，4754CM3；L肋骨跨距，26M。实船主肋骨L125757W9356CM3I10220CM42142首尾尖舱肋骨首、尾尖舱内的肋骨剖面模数W和剖面惯性矩I应分别不小于按下列两式计算所得浙江海洋学院毕业生论文正文15之值W46SDD4605832373159CM3I35WL3531592628747CM4式中S肋骨间距，055M；D吃水，320M；D型深，370M；L肋骨的实际跨距，26M。首尾尖舱主肋骨L125757W9356CM3I10220CM42143甲板间肋骨甲板间肋骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值DSDLCCW173622358011643861CM3式中S肋骨间距，055M；D吃水，320M；L肋骨跨距，M，即为在舷侧量得的甲板间高，且对于甲板间肋骨，当其实际距跨距小于26M时，应取L26M，该船甲板间实际距离为205M，因此取L26M；D型深，370M；C系数，取C074D/D416；1C系数，按肋骨所在位置确定对于上甲板以下第一层甲板间，1C10，此处取1C10。浙江海洋学院毕业生论文正文16甲板间肋骨L125757W9356CM3I10220CM42144舷侧纵桁根据文献12731支持主肋骨的舷侧纵桁的剖面模数W和剖面惯性矩I，应分别不小于按下列两式计算所得之值W78BHL278210521217223M3I25WL25202137921CM4式中B舷侧纵桁支持面积的宽度，2M；H从舷侧纵桁跨距中点至上甲板边线的垂直距离，105M；L舷侧纵桁的跨距，21M。实船舷侧纵桁12594007W80234M3，I2939771CM4根据文献12734由于该船为横骨架形式，机舱区域内，纵桁腹板高度与主肋骨的高度相同，其腹板厚度T和面板的剖面积A，应分别不小于按下列两式计算所得之值T0023L60023506715MMA014L10145018CM2式中L船长，50M。2145横骨架式强肋骨根据文献12741对于支持舷侧纵桁的强肋骨，其尺寸应由直接计算予以确定，计算时，假定强肋骨两端为刚性固定，强肋骨承受由舷侧纵桁传递的集中载荷舷侧纵桁的计算水压头，应为舷侧纵桁的跨距中点至上甲板边线的垂直距离M的作用，取许用弯曲应力为932N/2MM，许用剪切应力为834N/2MM。受力如图2浙江海洋学院毕业生论文正文17图2许用弯矩应力932N/MM2许用剪力应力834N/MM2式中S383M，H085M，B220M经计算PSBH716T70104N322222221MAXCM93951029310336899MN336899415385070000MWLLPLM实取强肋骨12594007W80457CM3（满足）I2976677CM4。同时根据所选强肋骨，校核强肋骨12594007的剪切强度根据剖面模数计算得IZ2976677CM4E370CM查梁的弯曲要素表，切力如图3中和轴图3浙江海洋学院毕业生论文正文18222122MAX485024153700002LLLPLQ2827913N056165183790MAXSCM3MAXTISQZMAXMAX2109077297660561632827916503N/MM2按规范要求，MAX0INTHESAFEDOMAINF（X）0ONTHELIMITSURFACE（2）F（X）0在安全区域F（X）0在限制表面上（2）F（X）0在不安全区域两个独立的随机变量，它的极限状态方程F（X）通常表示船体破坏时被看作是船体极限强度UM和弯矩总和TM的差，如下F（X）UMTM（3）其中UM和TM是方程的设计变量。可靠性分析的方法结构可靠性分析方法通常被分成4类，就是一级、二级、三级、四级。一级水平方法相当于是确定局部安全因素的方法，对每个变量运用唯一的特征平均值。有关对每个变量允许的使用因素可能取决于更高水平可靠性分析方法的校核标准，应用在一级水平的可靠性分析方法可能是与不确定因素有关的补充。二级水平方法是使用两个标准，即均值和标准偏差，描述每个随机变量的特征。可靠性指数方法，例如一阶、二阶力矩法是二级水平方法中一种典型的例子。二级水平方法采用联合概率密度函数的特征来描述随机变量。运用三级水平的可靠性分析方法要么采用近似分析法（例如一阶或二阶的可靠性分析方法），要么采用数值模拟方法（例如蒙特卡罗模拟或者方向取样分析都被应用）。四级水平方法是通过工程经济分析比较目标结构和参考结构的完整性和前景，考虑到结构失效和维护与花费和获利有关。四级水平方法被用在目标的可靠性上。这艘船结构可靠性分析通常用三级水平方法，理论分析在很多的文献中被研究，例如曼苏尔和麦迪森，三级方法仅是在这里有非常简短的描述。一般失效的概率FP的计算方式如下FP0F）