（船舶与海洋工程专业论文）油船改装散货船方案设计及分析.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： l i i ii illll l ll lll ll li i y 18 0 8 8 6 5 ad is s e r t a ti o nf o r t h ed e g r e eo fm e n g a n a l y s i sa n dd e s i g no f o i lt a n k e rr e f i tt o b u l k c a r g o c a r r i e r c a n d i d a t e ：p a n gz i h u a s u p e r v i s o r ：p r o f s u nl i p i n g e n t e r p r i s es u p e r v i s o r ：w a n gz h ia n a c a d e m i cd e g r e ea p p li e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：d e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fn a v a la r c h i t e c t u r e a n do c e a ns t r u c t u r e d a t eo fs u b m i s s i o n ：o c t o b e r ，2 0 0 9 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：d e c e m b e r ，2 0 0 9 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y l - - l r i i i j i 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：仇埽 日期：- z , o 矿尸年汐月，口日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 硫授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口解 密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 鼎签7 o 舅0 绷i o e t 恐，翳矗e 卿t 日期：f 年，刀月m 7 年，乃月p v 1 77 ，0。一； ( 一 ，圭 爸 ， 釜 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 摘要 随着全球新兴国家散货进出口贸易的增长，特别是中国经济的快速增长， 对铁矿石等原材料的需求量会非常巨大。因而需要大量的散货船投入使用， 但大型散货船在最近十年建造数量极少。而且，依据m a r p o l 7 3 7 8 附则i 的1 3 g ( r e v i s e dr e g u l a t i o n1 3 g a n n e x io fm a r p o l ) 的修正案将强制性淘汰 单壳油轮方案，使得改装单壳油轮将成为一种趋势。 散货船市场火爆，单壳油船改装散货船周期短、可行性高、经济性好。 这样，将单壳油船改装成散货船势必成为一个很好的方案。 本文以一艘苏伊士型1 4 万吨原油单壳油船改装成敖货船为例，首先从单 壳油轮改装散货船存修船厂是否有足够的船台来改装油船和船舶配套设备短 缺等问题，还有改装的安全性和经济性的问题，以及改装后对原油运输和散 货运输市场的影响等几个方面问题，进行改装的可行性分析；其次，从甲板、 舷侧、船底结构三方面比较了散货船和单壳油船结构的异同点，并分析了改 装可能遇到的技术问题。然后从总布置、双层底结构、内壳结构和横剖面模 数计算等方面提出了改装方案；最后，为了验证改装后散货船是否符合船级 社规范的要求，用三舱段模型进行有限元分析。 通过详细的分析验证，可以看出改装后船体的结构强度满足船级社规范， 符合安全性要求。由此，单壳油船改装成散货船选定的改装方案是可行的。 本文提供的方案能为单壳油船改装成散货船提供参考，能产生良好的经济效 益。 关键词：改装；散货船；单壳油船；有限元；强度 m u s tb ee l i m i n a t e dw h i c hm e a n sr e f i tt h es i n g l eh u l lo i lt a n k e ri sv e r yu r g e n t n o wt h em a r k e to f b u l kc a r g oc a r r i e ri sv e r yp r o s p e r o u sa n dr e f i t t i n gs i n g l e h u l lo i lt a n k e rt ob u l kc a r g oc a r r i e rh a sal o to fa d v a n t a g e ss u c ha ss h o r tc y c l e ， g o o df e a s i b i l i t ya n de c o n o m i c s o b v i o u s l yr e f i t t i n gs i n g l eh u l lo i lt a n k e rt ob u l k c a r g oc a r r i e rw i l ld e f i n i t e l yb eav e r yg o o dp l a n i nt h i sp a p e ra14 0 0 0 0 d w ts u e zs i n g l eh u l lo i lt a n k e ri st a k e na sa l l e x a m p l ew h i c hw i l lb er e f i t t e dt ot h eb u l kc a r g oc a r t i e r f i r s t ，w es h o u l d i n v e s t i g a t et h ef e a s i b i l i t yo fr e f i t t i n gb a s e do nt h ew h e t h e rs h i p y a r dh a se n o u g h s h i p b u i l d i n gb e r t ha n ds u p p o r t i n gf a c i l i t i e s ，t h es a f e t ya n de c o n o m yd u r i n gt h e p r o c e s so fr e f i t t i n g ，a n dt h ei n f l u e n c et ot h eo i la n db u l kc a r g om a r k e ta f t e r r e f i t t i n g s e c o n d ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e ns i n g l eh u l lo i lt a n k e ra n db u l kc a r g o c a r r i e ri nd e c k ，s i d es h e l l ，d o u b l eb o t t o mi sc o m p a r e d i na d d i t i o nw ea l s od o s o m ea n a l y s i sa b o u tt h et e c h n o l o g i c a lp r o b l e mw h i c hm a y b eo c c u r r e dd u r i n gt h e r e f i t t i n g t h e n , w ep r o m o t e dt h er e f i t t i n gp l a n a c c o r d i n g t ot h e g e n e r a l a r r a n g e m e n t ，d o u b l eb o t t o mi n n e rs h e l l ，a n dt h ec a l c u l a t i o no fs e c t i o nm o d u l u so f t r a n s v e r s es e c t i o n a tl a s t ，w ec r e a t et h r e ec a r g oh o l df e mi no r d e rt oc h e c k 产1 0 蛩 一 严；0 6 - 荩 五 1 5 4 对v l o c 船队的影响1 0 1 6 结构有限元法发展简介11 1 7 本文研究内容与目的13 第2 章油船改装散货船方案设计1 5 2 1 油船和散货船结构比较1 5 2 1 1 船底结构的不同1 5 2 1 2 舷侧结构的不同1 6 2 1 - 3 甲板结构的不同1 9 2 2 苏伊士型1 4 万吨原油单壳油船改造成散货船方案设计2 0 2 2 1 船舶改装技术问题2 0 2 2 2 改造的总体思路2 1 2 3 本章小结2 6 第3 章改装散货船模型及边界条件2 7 3 1 船舶直接计算法简介2 7 3 2 改装后船体结构说明2 9 3 2 1 改装后船体结构型式2 9 3 2 2 中横剖面模数计算3 0 3 3 有限元模型3 2 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 3 - 3 1 几何模型建立3 2 3 3 2 单元”3 2 3 3 - 3 材料参数3 6 3 3 4 有限元网格划分及要求3 7 3 3 5 模型规模3 8 3 4 计算边界条件3 8 3 5 本章小结4 0 第4 章改装船载荷计算及许用应力4 1 4 1 计算工况4 1 4 2 舷外水压力4 3 4 3 舱内货物压力4 7 4 4 船体梁载荷计算4 8 4 4 1 静水载荷计算4 8 4 4 2 波浪载荷计算4 8 4 4 3 载荷计算结果汇总4 9 4 4 4 载荷施加方法介绍5 0 4 5 许用应力5 0 4 6 本章小结5 1 第5 章改装散货船有限元计算结果5 2 5 1 板单元中面应力计算结果5 2 5 2 最大位移值5 3 5 3 本章小结”5 9 结论“6 0 参考文献6 2 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 5 致谢“6 6 个人简历6 7 哈尔滨：r 稗大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 单壳油船改双壳发生背景 引发淘汰单壳油轮提议的是1 9 9 9 年的“埃丽卡”油轮沉没事件，当时法国 海岸遭遇了严重的污染。随后，比利时、法国、德国联合提出了一项油轮年 限使用方案，主张分期淘汰单壳油轮，但是他们的方案遭到了代表全球船东 利益的国际航运工会( i c s ) 的猛烈阻击，成为纸上谈兵。 近1 0 年世界上发生的5 起海上灾难石油泄漏事故为：( 1 ) 1 9 9 2 年1 2 月3 日，希腊油轮“爱琴海”号在西班牙西北海岸搁浅，泄漏7 4 万吨原油；( 2 ) 1 9 9 3 年6 月5 日“布雷尔”号在苏格兰东北搁浅，泄漏原油8 5 万吨；( 3 ) 1 9 9 6 年2 月1 5 日，“海洋女王”号的威尔士海岸搁浅，泄漏原油6 万吨；( 4 ) 1 9 9 9 年1 2 月1 2 日，“埃丽卡”号在法国西海岸断裂，泄漏1 3 万吨原油；( 5 ) 2 0 0 2 年1 1 月1 9 日，载有7 7 万吨燃料重石油的“威望”号被大风吹向葡萄牙海域方向， 在离葡萄牙海域约5 0 海里处断裂成两半，沉入到3 0 0 0 多米深的海底。1 1 月 2 0 日，沉没的油轮再次发生泄漏，大量的燃油继续向西班牙西北部的海岸边 漂去，截止到2 4 日，已经泄漏2 万多吨燃油。这些事故引发人们对海洋生态 环境的严重关注，其中“威望”号事故更是震惊全球。它使西班牙山河色变， 生态面临灭顶之灾。生态学家认为这可能是世界上最严重的燃油泄漏事故之 一。 对于已经泄漏到海面上的油，通常是先用围油栏分片围住，在进行处理， 这样耗时长，而且花费极其高昂。根据资料统计，单壳油轮的失事率比双壳 油轮要高5 倍，然而，当时在运的单壳油轮占到了6 0 ，因此，禁止单壳油 轮营运的议题再次提上议事日程。 总体来说，禁止单壳油轮营运计划引起了重视，根据1 9 7 3 年至1 9 7 8 年 制定的国际公约中的防止海洋污染( m a i 冲o l ) ，规则，允许单壳油轮使用 年期至船龄满2 5 年，不附带任何条件。而欧盟就禁止单壳油轮进入欧洲港口 - ， 6 一 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 一事单独规定了时间表从2 0 1 5 年起，禁止单壳旧油轮进入欧洲水域；从 2 0 2 6 年起全面禁止一切单壳油轮进出欧洲港口。 法国1 9 9 9 年开始强迫日本制的单壳油轮退役。美国早就明令禁止进口单 壳油轮。目前仍在全球运行的单壳油轮，成为威胁全球海洋生态的定时炸弹。 另据报道，国际海事组织已要求各国自1 9 9 6 年开始停止建造单壳油轮，且要 在2 0 2 6 年之前淘汰单壳油轮。 国际海事组织( i m o ) 已于2 0 0 1 年4 月2 3 2 7 目的伦敦年会上做出决定， 自2 0 1 5 年起，禁止2 万载重吨以上级单壳油轮在国际海域航行。i m o 同时 敦促各成员国和地区，加快老旧单壳油轮的拆解步伐，争取在i m o 规定的 2 0 2 1 年截止日期之前，实现在全球范围内全面淘汰单壳油轮的总目标。这一 决定得到了i m 0 15 8 个成员国和地区的广泛支持1 卜【3 】【3 4 1 。 1 2i m o 单壳油船淘汰计划 i m o 环保会在4 6 届会议上以e m p c 9 5 ( 4 6 ) 和m e p c 9 4 ( 4 6 ) 号决议分别通 过了m a r p o l 7 3 7 8 附则i 1 3 g 的修正案和相应的“船舶状况评估计 划”( c a s ) ，并于2 0 0 2 年9 月1 日生效。新1 3 g 的出台源于1 9 9 9 年1 2 月在 法国西海岸发生的“e 缺a ，号油船污染事故，促成i m o 在m e p c4 5 届会议上 开始讨论并寻求加速淘汰单壳油船的解决方案，最终形成了m a r p o l 7 3 7 8 附则i 的1 3 g ( r e v i s e dr e g u l a t i o n1 3 g a n n e x io f m a r p o l ) i 拘修正案【制。 新1 3 g 规定了单壳油船的强制性淘汰时间表，将现有油船按附则i 第 1 ( 2 6 ) 条关于新油船的定义、装载货油种类及载重量的大小分为三个类别，对 于分别要求在2 0 0 5 年和2 0 1 0 年以后继续营运的第1 类和第2 类单壳油船， 必须通过c a s 检验。 新1 3g 条规定了其适用范围、油船种类划分、淘汰时间表以及必须满足 c a s 的要求和其他要求。 ( 一) 1 3 g 条的适用范围 ( 1 ) 适用于：5 0 0 0 载重吨及以上的且在附则i 第1 3 f 条所述日期之前签 2 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 订合同、安放龙骨或交船的现有油船； ( 2 ) 不适用于： 符合上述日期但已满足第1 3 f 条规定的油船，即所谓的“双壳双底”油船； 符合上述日期，除边舱宽度和双层底高度最小距离不满足要求外，符合1 3 f 双壳双底的要求，在这种情况下，双层底保护距离为b 1 5 或2 m ，边舱保护 距离为7 6 0 m m ；采用静压平衡装载的油船；经i m o 环保会批准的其他替代 方法。 ( 二) 油船种类划分 新1 3g 条按新油船定义、装载货物种类及载重量大小对油船的种类作了 划分，如表1 1 所示。 表1 1 油船种类划分 种类载重吨( d w t )货物种类 2 0 0 0 0原油、燃油、重柴油、润滑油 第1 类 3 0 0 0 0除上述油类以外的油d _ 2 0 0 0 0原油、燃油、重柴油、润滑油 第2 类 3 0 0 0 0除上述油类以外的油d 5 0 0 0 9 w t 2 0 0 0 0原油、燃油、重柴油、润滑油 第3 类 5 0 0 0 t )仅对于载荷工况a 取不小于0 1 5 l ( 1 ) 载荷工况“b ，波谷”时的波浪压力仅用于结构零件疲劳校核( 见第7 章第4 节) 注1 ：h = c f l 扛 c f ，：组合因子，取值如下： - g t = 1 0 对于载荷工况a - c f = o 5 ，对于载荷工况b h 1 - _ t 1 n e g a t i v eh 1 图4 4 工况a 波浪压力分布 ：茗 ：鼍l 、 e 图4 5 工况b 波浪压力分布 露天甲板上的波浪压力仅在载荷工况a ，波峰和b 时考虑，取l o k p a 。 叠加了静水压力和波浪压力后，具体加载情况如下图： 图4 6 工况a 中拱时波浪压力( k p a ) 4 5 苴l 商酗灌t 暑 p m s - 娥 0 c t92 0 0 8 1 6 ：0 7 ：1 2 9 2 2 图4 7 工况a 中垂时波浪压力( k p a ) l 丽嘎i 睇# 朝融鬈嚣* 嚣簪撒i e 妤g2 0 0 8 l 誊：4 0 ：5 5 2 。7 5 ， 图4 8 工况b 波浪压力( k p a ) 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 4 3 舱内货物压力 舱内货物压力主要包括压载水压力和货物压力，下面分别介绍它们如何 计算： ( 1 ) 压载水压力 = p l g ( z l z ) ( 4 - 1 ) 在这里我们取z ，= 2 4 8 5i l m ( 2 ) 货物压力 静水和惯性压力( 不包括作用在顶边舱斜板的压力，其值可取0 ) ，k n m 2 ， 由下式给出： 只= p b g ( z b z ) ( ( s i n 口) 2 4 5 。一q , 2 2 + ( c o s 口) 2 ) ( 4 2 ) 其中矽= 3 5 。， 几是货物密度，口是计算压力表面与水平面夹角，是散货标称上表面坐标。 具体加载情况如下图。 图4 9 货物压力( k e a ) 4 7 哈尔滨工程大学硕士学何论文 4 4 船体梁载荷计算 船体梁载荷是指局部载荷作用在整个船体作为梁考虑时产生的力和弯 矩( 包括静水、波浪和动力) 。 根据法国船级社b v t 2 1 】规范的要求： 4 4 1 静水载荷计算 ( 1 ) 静水弯矩 静水载荷是作用于静水中静止状态船舶上的载荷。 任意船体横剖面上设计静水弯矩坞聊，日和鸭聊，s 是在各种装载状态下 在该船横剖面处，分别处于中拱和中垂状态下算得的最大静水弯矩，k n m 。 中拱状态： 靠蹦。日= 17 5 n l c l 2 b ( c b + 0 7 ) 10 q 一。h = 3 3 0 8 4 5 9 2 8 6 ( 4 - 3 ) 中垂状态： 靠脚。s = 1 7 5 惕c l 2 b ( c b + o 7 ) 1 0 q + 。s = 2 9 6 6 2 0 4 8 7 7 ( 4 4 ) ( 2 ) 静水剪力 任意船体横剖面上的设计静水剪力鳓是对各装载状态在该船横剖面处 算得的最大正的或负的剪力。因为模型位于船舯，近似认为静水弯矩为零。 4 4 2 波浪载荷计算 波浪载荷是指由于海水压力和船舶运动引起，并假定与诱导波浪有相同 周期的载荷。 ( 1 ) 垂向波浪弯矩 任意船体横剖面上垂向波浪弯矩，k n m ，由下式得出： 中拱状态： m 孵= 19 0 f m n c l 2 b c b 10 一= 4 6 7 7 4 7 6 9 2 2( 4 5 ) 中垂状态： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 m 缈s = - 1 1 0 f m n c l 2 b ( c b + o 7 ) 1 0 。3 = - 5 0 1 9 7 3 1 3 3 1 ( 2 ) 垂向波浪剪力 鳓= 3 0 f o n c l b ( g + 0 7 ) 1 0 。2 = 3 7 6 9 7 9 6 1 7 1 符号根据实际情况而定。垂向波浪剪力单位是k n 。 4 4 3 载荷计算结果汇总 ( 4 6 ) ( 4 7 ) 需要加载的船体梁载荷汇总成下表，因为建立的是一半船体的有限元模 型，所以受到的船体梁载荷都取一半，这些载荷应单独施加于以下两种情况： 最大弯矩在中心舱中部：施加在前端面上的船体梁载荷由表4 3 得出。 表4 3 最大弯矩在中心舱中部 船中心舱中部 中心舱中部垂向剪 舶载荷中心舱中部垂向弯矩水 力 状工况平波浪弯矩 态静水波浪 0静水波浪 迎a波 y s i m 湃0 6 2 5 y w l 000 浪蝰 a 波谷 y s l m 湃0 6 2 5 y w l 鸩阿s 00o b y s i ms w o 6 2 5 y w l m 品s 000 最大剪力在中心舱后端舱壁处：施加在前端面上的船体梁载荷由表4 4 得出。 表4 4 最大剪力在中心舱后端舱壁处 船舶载荷中心舱艉舱壁处垂向弯矩中心舱艉舱壁处垂向剪力 状态工况静水波浪静水波浪 a 波峰 y s l m 哪0 4 0 y w l m 品始l g 矿0 6 2 5 y w l 迎浪a 波谷 y s l m 洲0 4 0 y w t m w以l g 矿0 6 2 5 y w l b y s i ms wo 4 0 y w l m 矿矿y s i q s w0 6 2 5 y w l 计算得到工况a 波峰：最大弯矩在中心舱中部时，在前端面施加弯矩 3 2 6 2 1 1 2 3 3 5k n m ，剪力为零。最大剪力在中心舱后端舱壁处时，在前端面施 4 9 哈尔滨下程大学硕士学侍论文 加弯矩2 6 8 3 2 7 4 5 6 6k n m ，剪力一2 5 9 17 3 5 k n 。 计算得到工况a 波谷：最大弯矩在中心舱中部时，在前端面施加弯矩 3 2 0 8 6 3 5 0 8 4k n m ，剪力为零。最大剪力在中心舱后端舱壁处时，在前端面施 加弯矩2 5 8 7 4 4 3 3 3lk n m ，剪力2 5 9 17 3 4 9k n 。 计算得到工况b ：最大弯矩在中心舱中部时，在前端面施加弯矩 3 2 0 8 6 3 5 0 8 4k n m ，剪力为零。最大剪力在中心舱后端舱壁处时，在前端面施 加弯矩2 5 8 7 4 4 3 3 31k n m ，剪力2 5 9 1 7 3 4 9k n 。 在计算工况b 时还要计算加速度参照值口， a z l = 2 + 口p 2 如口= 2 1 5 x 1 0 3 m m s 2 ( 4 8 ) 4 4 4 载荷施加方法介绍 施加船体梁弯矩时，首先在前端面形心位置处创建一个节点，在节点上 生成m a s s 2 1 单元用于加载，然后给它赋予实常数，各参数都设置为1 ，接着 将施加载荷节点与船体前端面建立刚性连接，是通过c o u p l i n g c e q n 选项中 的r i g i dr e g i o n 工具将施加载荷节点设为主节点，将船体前端面上所有节点 设为从节点，把他们联系起来，最后把弯矩加载在主节点上。 4 5 许用应力 对于所有类型的分析计算的等效应力，应满足下式： r 上q 甜 j l0 m 基于细化有限元模型分析的附加准则规定，正应力q 和呸及剪力乃：校 核，应满足下式： 土m a x ( q ，) q ，r f v m 哈尔滨 _ 程大学硕十学位论文 0 5 生瓦， y r y m “ 其中、分别是阻抗的部分安全因子和材料的安全因子，其中= 1 0 2 ， = 1 0 5 。所以对于a h 钢， 2 1 9 4 2 m p a , m a x ( a l ，0 2 ) 2 1 9 4 2 m p a , r 1 2 1 0 9 7 1 m p a 。对于a h 3 2 钢， 2 9 4 1 2 m p a , m a x ( o 1 ，c r 2 ) 2 9 4 1 2 m p a , r 1 2 1 4 7 0 6 m p a 。对于a h 3 6 钢， 3 1 1 4 7 m p a , m a x ( a 1 ，吒) 3 1 1 4 7 m p a , r 1 2 1 6 5 7 3 m p a 。 4 6 本章小结 本章主要是施加载荷，校核的是满载a 、b 工况。根据法国船级社规范要 求首先施加局部载荷，包括静水压力载荷、波浪压力载荷、货物压力载荷， 因为载荷是随坐标变化的压力载荷，所以采用a p d l 宏命令实现。然后施加 船体梁载荷，包括弯矩、剪力。最后讨论了校核椎则。 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 第5 章改装散货船有限元计算结果 5 1 板单元中面应力计算结果 根据规范的要求，当有限元模型至少为三个舱长度时，局部和船体梁载荷 直接施加到模型上。在此情况下，由有限元程序计算得出的应力包含局部和 船体梁载荷两者的贡献。应力分量通常由单元坐标系统确定，以下是在单元 中心处计算的应力分量： 1 在单元坐标系方向的正应力q 和 2 相对于单元坐标系轴的剪应力 3 由下式得出的v o nm i s e s 等效应力： 盯聊= 缸i 再瓦i 丽 ( 5 1 ) 通常由计算机程序计算每个单元的应力。这些应力值应用于进行所有要 求的校核。 各种工况下板单元中面应力计算结果汇总于表5 1 ( 单位m p a ) 表5 1 各种工况下板单元中最大v o nm i s e s 等效应力 工 q mq吒五2 工况名 况m a xm i nm a xm i i lm a xm a x 1工况a 中拱情况2 3 3 6 46 0 0 41 8 2 6 62 3 6 7 62 1 1 2 45 6 2 6 2工况a 中垂情况2 9 0 3 81 5 5 2 51 2 6 3 82 3 6 2 11 9 0 6 77 6 7 0 3工况b 中拱情况 2 3 9 6 11 0 2 5 51 6 5 5 92 4 5 7 71 8 3 6 49 4 3 8 4工况b 中垂情况 3 0 8 7 71 0 8 4 92 0 3 2 33 2 3 4 92 2 8 5 01 3 6 2 4 a h 钢许用应力 2 1 9 4 22 1 9 4 22 1 9 4 22 1 9 4 22 1 9 4 21 0 9 7 1 a h 3 2 钢许用应 力 2 9 4 1 22 9 4 1 22 9 4 1 22 9 4 1 22 9 4 1 21 4 7 0 6 a h 3 6 钢许用应 3 1 1 4 7 3 1 1 4 73 1 1 4 73 1 1 4 73 1 1 4 71 6 5 7 3 力 5 2 哈尔滨- t 程大学硕十学位论文 由表可见各种工况下，板单元中面应力有超出许用应力的情况。但由v o n m i s e s 应力的分布截图可以看出，各种工况应力最大值都在靠近刚性固定边 界的边舱，而需要关注的中舱的v o nm i s e s 应力都小于许用应力。 图5 1 图5 4 给出了各种工况下板单元形心处中面v o nm i s e s 应力的分布 图，以及最大应力所在的大概位置。 5 2 最大位移值 对应于各种工况下的位移变形最大值汇总于表5 2 ( 单位m m ) ，图5 1 图5 1 0 给出了各种工况下本船的应力和形变云图。 表5 2 位移计算结果 工况1234 位移值 2 4 5 4 87 6 8 21 7 9 0 82 7 7 3 3 图5 1 工况a 中拱时板单元中面v o nm i s e s 应力云图 哈尔滨工程大学硕十学位论文 图5 2 工况a 中垂时板单元中面v o nm i s e s 应力云图 图5 3 工况b 中拱时板单元中面v o nm i s e s 应力云图 ， 、 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 誓0 d - 工s o l 叽0 i 淝p - 1 s u b = l t i 理m l $ e q 7 c w ， d 默- 1 7 9 0 7 9 础3 02 0 0 i 1 7 ：2 7 ：l 上 麴嬲曩黝翻结鏊滋；：瀚琵邈誊誊渤缀删：= = = = = = ：麓鍪警鍪绂穰嘲嬲暖 3 6 8 1 35 3 5 3 31 0 6 6 9 71 5 9 8 6 22 1 3 0 2 7 2 6 9 5 08 0 1 1 51 3 3 2 8 01 8 6 4 4 42 3 9 6 0 9 图5 4 工况b 中垂时板单元中面v o nm i s e s 应力云图 图5 5 工况a 中拱时变形图( m m ) 5 5 ， 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 图5 6 工况a 中垂时变形t 蛩( m m ) 图5 7 工况b 中拱变形图( m m ) 5 7 、 ， 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 图5 97j 增加甲板板厚之前甲板板单元中面v o nm i s e s 应力分布图 图5 1 0 增加甲板板厚之后甲板板单元中面v o nm i s e s 应力分布图 5 8 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 5 3 本章小结 本章主要是根据规范要求，对三舱段模型进行有限元分析，对计算结果 进行分析。提取的计算结果主要包括各种工况下结构的最大v o nm i s e s 应力 值、最大( 最小) c r 2 值、最大( 最小) q 值、最大( 最小) 1 z 值和最大位 移值，并且用应力云图显示了最大( 最小) 值出现的大概位置。从截图可以 看出中舱处的v o nm i s e s 应力值小于许用应力值。 5 9 哈尔滨：r 稗大学硕士学位论文 结论 本文研究来自工程实践，在分析了单壳油船改装散货船的可行性、必要性、 经济性之后，提出了改装的方案设计，并依据法国船级( b v ) 规范对改装船 三维有限元舱段分析，得出以下结论： 1 船体结构改造 根据法国船级社( b v ) 规范要求对改装散货船进行三维有限元舱段分析， 做了多种工况校核，由有限元分析计算结果可以看出，排除刚性固定边界条 件的影响，在各种工况下板单元形心处中面应力最大值并没有超出许用值， 符合规范要求。 2 横剖面模数计算 在原船中油舱处的上甲板增开货舱开口，甲板处因开口损失的模数，通 过增加两个顶边空舱以及加厚舱口围板附近甲板来补偿。对比图5 1 3 与图5 1 4 表明这种方案减小了货舱上甲板处的应力值。 3 增加双层底结构 在中油舱增加双层底结构，并满足重货加强及卸货抓斗加强要求。因为 散货船的内底负荷比较大，肋板在两边靠近纵舱壁区域剪力很大，所以散货 船的双层底高度一般比较高。考虑充分利用原船中舱的实肋，也有利于内底 板在边舱内能够很好过渡。原船的横向强框的间距较大，无船底纵桁，考虑 到改造船的特殊性，只在原船的中舱的实肋板之间增加一道肋板，纵向增加 一道中纵桁，两道旁纵桁。大的肋板间距带来的影响是肋板厚度和内底纵骨 尺寸较大，但改造的难度大大降低。在三维有限元舱段分析中可以看出，双 层底部分没有超出许用应力。 由于改装方案中大量保留了原来油船的结构，如外板、纵桁、骨材、纵 舱壁、横舱壁等，只是加装了双层底、边舱、货舱舱口等，从有限元分析计 算结果看，局部有需要改进的地方具体如下： 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 u 1 减少高强度钢用量 后加装的双层底、边舱等都是用了a h 3 2 、a h 3 6 高强度钢，结果有限元 分析计算结果显示在这些区域板形心处中面应力没有超出a h 钢的屈服极 限，在这些区域的结构设计略显保守，造成了一定的浪费。 2 修改局部结构减少应力集中 在有些工况下最大应力常常发生在舱口围板与甲板连接的角隅处( 见图 5 1 、图5 2 ) ，虽然此处舱口围板采用了a h 3 6 高强度钢，但与这个区域相 连的甲板都用的是a h 钢，这样也存在结构强度不足的问题，应该完善舱口 围板结构，消除应力集中。 6 1 哈尔滨t 程大学硕+ 学何论文 参考文献 【1 】i m o s i n g l e - h u l lo i lt a n k e rp h a s e - o u t e b h t t p ：w w w i m o o r g s a f e t y m a i n f r a m e a s p ? t o p i c i d = 1 0 4 3 ，2 0 0 2 2 】i m om e p c5 0 3 ”r e p o r to ft h em a r i n ee n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nc o m m i t t e e o ni t sf i f t i e t hs e s s i o n ” 【3 】“t h ep h a s e o u to f t h es i n g l e h u l lt a n k e r ：c o n s e q u e n c e sa n di m p l i c a t i o n si t 9 a l a nb u c k l a n d ，d i r e c t o r ，m a r i n eb u s i n e s s ，l l o y d sr e g i s t e ra s i a 【4 】王慧芳，杨忠民i m o 单壳油船淘汰计j z l j a 上海造船n o 2 ，2 0 0 3 5 】盛敬东加速单壳油船淘汰新规则的研究 a 】船舶设计通讯2 0 0 4 6 】赵阳浅谈内河船舶改装问题 a 】广东造船，n o 4 ，2 0 0 3 7 】f e a m l e y sr e v i e w 2 0 0 2 【8 】李升江单壳v l c c 赶朝“整容” a 冲国船检2 0 0 7 ，1 2 。 【9 】9 李可船舶总强度分析及开孔板受力特性研究 d 】大连：大连理工大 学2 0 0 6 1 0 】王利永船舶结构强度全船有限元计算研究 d 】武汉：武汉理工大学2 0 0 6 1 1 】博嘉科技有限元分析软件一a n s y s 融会与贯通【m 】北京：中国水利水 电出版社，2 0 0 2 ：1 3 页 【1 2 】吴仁元船体结构 m 北京：高等教育出版社，1 9 9 4 【1 3 】林华船舶改装类型分析及技术要点 a 】中国修船，n o 2 ，2 0 0 5 【1 4 】陆利平，陆红干“河北创新”矿砂船改装项目简介【a 船舶设计通 讯n o 2 ，2 0 0 4 【15 】何光伟大型矿砂船综合介绍【a 】广东造船n o 4 2 0 0 7 1 6 】孙丽萍船舶结构有限元分析【m 】哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2 0 0 4 ： 8 9 9 0 页 17 】a m m a da h m a ds h a r a f s h i ps t r u c t u r ed e s i g na n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o n d 】 6 2 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 h a r b i n ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y ，2 0 0 4 【1 8 郝文化a n s y s 土木工程应用实例 m 】北京：中国水利水电出版社， 2 0 0 5 ：1 - 3 ，3 3 4 0 页 【1 9 】博弈创作室a n s y s 9 0 经典产品基础教程与实例详解【m 】北京：中国水 利水电出版社，2 0 0 6 ：4 1 3 4 1 6 页 2 0 博弈创作室a p d l 参数化有限元分析技术及其应用实例【m 北京：中国 水利水电出版社，2 0 0 4 ：1 0 8 1 2 6 ，1 5 7 1 6 0 页 21 】b v r u l e sf o rt h ec l a s s i f i c a t i o no fs t e e ls h i p s - o c t o b e r2 0 0 6 2 2 中国船级社散货船结构强度直接计算分析指南2 0 0 3 0 5 【2 3 】张少雄，关保新1 5 00 0 0d w t 散货船结构强度直接计算【a 】船海工程( 增 刊) 2 0 0 3 2 4 】张少雄，李雪良船舶结构强度直接计算中板单元应力的取法【a 】船舶工 程n 0 3 ，2 0 0 4 【2 5 】张少雄，杨永谦惯性释放油船结构强度直接计算中的应用 a 】船海工 程n 0 3 ，2 0 0 4 【2 6 】朱胜昌，陈庆强，郭列，江南船舶强度直接计算中的有限元分析模块和 在整部分析中的应用 a 】船舶力学1 9 9 8 【2 7 】刘唬，张波，陆红艳a n s y s 在船舶有限元分析中的应用技巧板单元 a 】广东造船2 0 0 4 【2 8 】刘唬，陆红艳a n s y s 在船舶有限元分析中的应用技巧梁单元 a 广 东造船2 0 0 4 【2 9 】s h i g e m i ，t o s h i y u k i ，z h u t i n g y a o e x t e n s i v es t u d yo nt h ed e s i g nl o a d su s e d f o rs t r e n g t ha s s e s s m e n to ft a n k e ra n db u l kc a r r i e rs t r u c t u r e s j o u r n a lo f m a r i n es c i e n c ea n dt e c h n o l o g y o c t 2 0 0 4 ，v 9 ：9 5 - 1 0 8 p 3 0 】j a n g ，c d ，y o o n , g j o p t i m u ms t r u c t u r a ld e s i g no fd o u b l eh u l lb u l kc a r r i e r s i nc o m p a r i s o n 谢