武汉理工大学船舶与海洋工程专业毕业论文开题报告5000吨散货船基本结构与肿部分段结构设计.doc

本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名： 导师姓名、职称： 所属学院： 交通学院 专业班级： 船海 设计（论文）题目：5000吨散货船基本结构与肿部分段结构设计2015年 月 日武汉理工大学毕业论文（设计）开题报告姓 名司坤城院（系）交通学院专业船舶与海洋工程班级船舶1103学 号0121102090307联系方式电话邮箱：2289799316论文题目：5000吨散货船基本结构与肿部分段结构设计1.1 目前内河航运发展现状 至少有数据足以说明，“打造黄金水道，大力发展内河航运”的效果是显著的：2010年，长江航运干线货运量超过10亿吨，达到1502亿吨。规模以上港口吞吐量138亿吨，是30年前的29倍，是欧洲莱茵河的3倍、美国密西西比河的2倍。截至到2014年，已达到20.6亿吨，自2006年，连续9年成为世界上货运量最大的通航河流。自三峡大坝蓄水之后，川江及三峡库区水上运输呈现出快速发展的态势，川江及三峡库区船型随之发生了较大变化，船舶在标准化、大型化方向有了很大发展，提高了航道、船闸的通过能力和企业经济效益。截至到2011年，川江及三峡库区货运船舶主力由载重量大于2000吨的船舶组成，并承担着70以上的运输量，单船最大载重量以经达到8000吨。 全国内河水运企业超过4000家个体户约3 7万户，船舶保有量17.2万艘， 净载重吨为5517万吨。2Ol0年长江干线货运量近8O 由民间中小型航运企业承担，因此内河船舶平均吨位较小，与世界航运发达的国家相比有明显差距。例如，美国平均吨位为1149载重吨，德国为1395载重吨，俄罗斯为1383载重吨，而我国低于300载重吨（2010年数据）。目前长江流域规模大的航运企业中，都在大力发展集装箱运输，散货船虽依然占据重要比重，但已不是航运盈利重点。目前有代表性的散货航运企业主要有：（1）长航凤凰，长航凤凰目前拥有各类江海直达、沿海和远洋干散货运输船舶，自有运力超过180万载重吨，拥有和控制运力达300万载重吨，船舶运力居中国航运企业前列、内河航运企业之首。2008年，长航凤凰订购20艘5000吨级长江散货船，14艘4000吨川江散货船。（2）重庆轮船有限公司，有散货船目录下船名英文船名建造年份总吨型宽（米）航速（节）净吨船东重轮货50082011.0940822286重轮公司重轮货50072011.0940822286重轮公司重轮货50062011.0840822286重轮公司重轮货50052011.0840822286重轮公司重轮s50022010.0640822286重轮公司重轮s50012010.0540822286重轮公司重轮三峡8162004.0823191333重轮公司渝申25062005.0818881057重轮公司渝申25062005.0818881057重轮公司渝申25062005.0818881057重轮公司渝申25062005.0618881057重轮公司 此外，许多企业，如物流，公路运输企业等都有自己的散货船队。内河散货船大多由中小船厂建造，例如长航凤凰的5000吨长江散货船就是在重庆航道局下属的船长建造的。而且由于种种原因，内河散货船依旧处于一种船型杂乱，吨位偏小，设备落后，污染大的状态。1.2船型资料江海直达5000吨级I型川江标准船型近海5000吨级散货船I近海5000吨级散货船II浙江造5000吨沿海散货船总长（m）112.1108.896.999.8699.98水线长（m）107.192.62垂线间长（m）104.110289.8型宽（m）17.51915.816.215.8型深（m）7.6设计吃水（m）55.65结构吃水（m）5船员25181515载货量（t）4610吨(设计吃水4.5m)6830吨(结构吃水5.8m)55905295.253005000航速（km/h）20.371821.5321.29主机6230ZC2G6210ZLC2-12G8300ZC16B(无锡) G8300ZC18B（无锡）广柴8320ZCd-6主机功率（r/min） 810kW750441KW7501765KW525 1999.22800江海直达船：该船为双底、双舷、单甲板结构，双机双桨推进，球首双尾的节能船型。该船主要航行于武汉至宁波，装运矿石及钢材，兼顾运输煤炭及水泥熟料等货物，不装运散装谷物和危险货物。该船设置两个货舱，货舱舱口盖采用滚翻式轻型舱口盖；该船设有首尾楼，机舱棚及居住舱室、驾驶室等均设置于尾部，共设三层甲板。5000吨级I型川江标准船型：是一种适合在三峡库区及川江较宽阔江面航行的船舶。近海5000吨级散货船I ：钢质、单甲板、单机单桨、柴油机驱动的尾机型散装货船，全船设有二个货舱。该船设有首楼，尾部主甲板上设四层甲板室。该船主要航行近海航区,用于装载散装货物（危险货物和重货等除外），装载时应均匀装载。船体结构和稳性满足近海航区规范的要求。该船对船体结构作“B”级冰区加强。对搜集的船型资料进行分析后可以看到，内河船的吃水较小，船长、船宽较大，近海散货船受吃水影响较小，因此吃水、型深较大，船宽、船长较内河船小。对比几艘船的主机功率，近海散货船明显大，航速近海船也大很多。江海直达船则明显具有前两者的特点。长江干散货船受通航条件的限制，其吃水相对较小，B/T3.5，因此，在确定的船舶主尺度基础上，为尽可能提高载量，必须适度加大方型系数。目前长江干散货船一般方形系数 Cb0.75，付氏数 Fn0.2，属超浅吃水肥大型运输长江船舶设计院设计江海直达船总布置图船型。目前，我国每年都有大量矿石、化石燃料从外国进口，同时这些货物有很多要运输至长江中上游地区，过多转运流程将增加冶金、能源企业的成本。发展江海直达运输船是解决这一问题的重要途径。江海直达散货船将是未来内河散货船的重要发展方向之一。江海直达散货船发展趋势：1）大型化并充分采用变吃水技术。目前最大的江海直达矿石运输船，其载货量已超过 1 万吨。2）船舶线型优化。普遍采用优化后的球鼻艏、双尾船型或双尾鳍船型和节能附体，快速性得以提高，适航性能更好。3）结构进一步优化。除了江海直达散货船之外，内河运输船标准化也是未来重要发展方向之一。目前内河运输船正在大力开展标准化，京杭运河，长江水系都在进行标准化工作。交通部于2001年正式开始颁布内河船舶标准化文件。 2004 年发布的第 30 号关于发布及有关规定的公告，川江及三峡库区干散货船主尺度必须满足该规定要求。公告的颁布与执行，推动了长江上游船型标准化建设。除此之外还有京杭运河运输船舶标准船型主尺度系列等文件。 河南船是在实际营运中表现优异的浅吃水肥大型船，是由非专业人员自行摸索出的船型。刚开始排水量为300500t，目前排水量达到20006000t 甚至更大。这种船型在长江河道大概有近千只之多。河南船L/B 在6 左右，B/T 在3.54 之间，方形系数Cb 在0.80.88 之间，傅汝德数Fn 在0.220.25 之间。因为L/B小、造价低、平行中体长、施工简便，推进性能高经济性好，在长期实践中摸索出适宜于其装载特点的结构。虽然是双底双壳结构，但因为内河一些港口装卸条件限制，使他们经常有重载货的不均匀装载的情况发生。因此如果按规定设计，局部结构强度将很难满足。同时主要构件的尺寸将会很大，会降低有效舱容。河南船的骨架，尤其是货舱区域的骨架非常密集。在每个肋位均设置强构件，类似于高速船密加筋结构。这种结构无论是总纵强度还是局部强度都能很好的满足，而且施工工艺简单，保证了焊接质量，减小了残余应力，也降低了成本。同时由于骨架强度足够大，可以减小板厚。这不仅减少了船体质量，同时也给他们的施工带来了极大的便利。因为许多小船厂能实现型材切割而板弯曲成形是较难实现的。舷侧结构每个肋位均设置强构件，而且每隔十个肋位左右就会设置横隔板。这种横隔板不仅增加了河南船在破损后的抗沉性，而且增强了大开口河南船的抗扭能力。有的吨位大一点的河南船还会设置双甲板以增强河南船的总纵强度。1.3散货船的常见结构形式 为了方便卸货，提高经济效益，新建内河散货船大都为大开口货舱，这就为船的结构强度提出了更高的要求。为了保证散货船总体强度，散货船一般都设有双层底，并且设有顶边舱和底边舱。由于受装运的货物种类，航线的影响，散货船的船型及其货舱剖面形状也有所不同，如图l所示为目前常见的散货船的货舱剖面。图1(1)是典型的单壳体散货船结构，具有双层底、底边舱和顶边舱，舷侧为单壳结构。图1(2)是双壳体散货船，它除了具有双层底、底边舱和顶边舱外，舷侧为双壳结构。图1(3)是矿砂船的货船剖面形状，因矿砂密度大，所需的舱容小，其结构要求与普通散货船不一样。 为有效提高船体的总纵强度，散货船的顶边舱和底边舱都是很强的三角形箱形结构，并且还有一个很强的双层底结构及一个很强的甲板结构散货船双层底结构多为纵骨架式，在机舱区域，至少每隔1个肋位上应设置实肋板，但在主机座、锅炉座、推力轴承座下的每个肋位上均应设置实肋板。 散货船的底边舱由斜顶板、旁桁材及舭部外板构成。斜顶板相当于上倾式内底边板，要求也与内底边板相同。底边舱的旁桁材通常做成水密的，作为双层底内的水密隔板，形式如图2所示。货舱区域内底边舱的斜顶板应为纵骨架式，其底部和舷侧一般也为纵骨架式，其舭部区域可为纵骨架式，也可为横骨架式，但多数设计成横骨架式。底边舱的斜顶板与内底板之间的倾斜角一般在45。50。之间。单壳体散货船货舱舷侧通常采用横骨架式，每个肋位设主肋骨，上下两端应用肘板与底边舱和顶边舱相连接。图3顶边舱无横向强框架处的结构形式 图4箱型中桁材 图5箱型中桁材的结构形式1.4散货船结构计算的发展 人们通过长期的生产实践，分析了船体受力和变形的主要特征，在考虑船体强度问题时，把整个船体当作一根梁来研究。将“船体梁”(Ship HullGirder)静置于静水中或波浪上，船体主要受到水压力和重力的作用。除此之外，由于受力不均，船舶还受剪力作用， 横向构件或局部构件的强度问题，通常称为“横强度”和“局部强度”问题等。以往船舶结构的尺寸主要是根据验船部门以长期经验积累为基础编制的建造规范来确定。只要船舶的主尺度确定了，就可依据规范进行计算确定各构件的尺寸。一般也能保证结构的强度，但却不一定合理，也不一定经济。70年代后期，由于船舶尺度的大型化以及新船型的开发，世界各国的船级社都在寻找既先进科学又合理可靠的新的设计校核方法，于是出现了船舶结构强度直接计算法，各国船级社纷纷制定了有关的结构强度直接计算指南或指导手册。散货船船体结构强度直接计算的目的是验证散货船船体结构在指定的装载条件下船体结构的应力在允许的限值范围之内。 长期以来，民船的结构设计主要以各船级社颁布的有关规范为依据。现有的规范仍以船舶建造经验为基础，是基于许用应力的传统设计方法，但在目前已不能满足实际需要，因此，各国的船舶建造规范不断的更新，对结构的分析越来越强调有限元方法的重要性。2.1设计（论文）主要内容 1 散货船的发展现状与趋势分析 2 根据总布置图、型线图进行基本结构和主要横截面和分段设计 3 进行结构强度规范计算 4 采用直接计算方法与规范计算进行对比分析，完成部分结构优化设计 5 提交设计论文报告2.2完成的主要任务及要求：散货船作为一种常用的高效运输船，应用较为广泛。在我国货物运输中占有重要的地位。由于快速装载要求，对船体的结构形式和强度有特殊的要求。为了保证船体具有足够的强度储备，在结构重量和强度的保证方面需要较为精确的设计和计算。本设计的具体内容与要求分以下几个部分：必备的基础知识。了解船体结构的基本组成，船体外力的计算，掌握钢质船舶的设计方法和设计规范。设计内容： （1）查阅有关资料，进行设计调研，完成开题报告。 （2）根据散船规范进行结构外载荷计算，完成一份设计说明书的编写。 （3）完成一份结构计算书的编写。 （4）绘制结构设计图纸5张（1号图纸）。 （5）对结构进行核算分析，根据计算结果对设计图纸进行优化。 （6）绘制出单体钢质散货船结构设计图纸。（7）完成英文文献的翻译。2.3完成任务的时间节点： （1） 2015年3月1日-2015年3月10日查阅有关资料，进行设计调研，完成开题报告。（2）2015年3月10日-2015年3月16日 根据散船规范进行结构外载荷计算，完成一份设计说明书的编写。（3）2015年3月14日-2015年3月27日完成一份结构计算书的编写。（4）2015年3月28日-2015年4月29日绘制结构设计图纸5张（1号图纸）。（5）2015年4月30日-2015年5月10日对结构进行核算分析，根据计算结果对设计图纸进行优化。（6）2015年5月10日-2015年5月20日绘制出单体钢质散货船结构设计图纸。（7）2015年5月21日-2015年5月26日完成英文文献的翻译。 （8） 2015年5月27日-2015年6月12日完成毕业设计论文。3参考文献 【1】雷海 世界内河航运现状及中国发展力度 2011年苏浙闽沪航海学会学术研讨会论文集 【2】唐冠军 挖掘长江航运潜力要守住生态底线 中新网 2015-03-04【3】刘潇 “草根”船企的内河生活 中国船检 2011年第5期 33-35页【4】翟志