船体结构与结构设计.ppt

船体结构与结构设计 多媒体课件 第一章船舶类型和结构的一般知识 第一节船舶类型第二节作用在船体上的力及强度概念 第一节船舶类型 船舶可按下列方式分类 航行区域海船和内河船 航行状态排水型船 潜水艇 滑行艇 水翼艇和气垫船 推进动力蒸汽机船 内燃机船 汽轮机船 燃气轮机船和核动力船 推进器螺旋桨船 喷水推进船 空气螺旋桨推进船和明轮船 建造材料钢船 木船 水泥船 铝合金船和玻璃钢船等 但通常按船舶的用途来分类 大致可以分为如下几种 运输船客船 客货船 杂货船 集装箱船 滚装船 散货船和油船等 工程船挖泥船 起重船 布设船 救捞船 打桩船和浮船等 渔业船网渔船 钓渔船 渔业指导船和调查船 捕鲸船等 港务船拖船 引航船 消防船 供应船 交通船和助航工作船等 海洋开发船海洋调查船 深潜器 勘探船和石油钻井船等 军用舰艇战斗舰艇和辅助舰艇 如巡洋舰 船等驱逐舰 护卫舰 航空母舰 登陆舰艇 扫雷舰艇 布雷舰艇 各种快艇和运输舰 修理舰等 水面舰艇 最常见的主要类型的船舶特点 一 杂货船普通货物船 载运包装 袋装 桶装和箱装的 多用途货船 除能运输一般杂货 散货外 还能兼运集装箱 结构特点 多用途货船有较大甲板开口 便于货物装御 并增大起重能力 以适应吊装集装箱的需要 有足够的稳性 以满足在甲板上堆放多层集装箱的要求 杂货船都为单螺旋桨船 具有2 3层甲板和双层底 根据机舱位置的布置 有所谓中机型船和尾机型船之分 近来趋向于建造尾机型船或中后机型船 图1 128000T多用处干货 集装箱船 主尺度 总长 型宽 型深 吃水 m 181 26 14 4 10 02 吨位 总吨位 GROSS 19354 净吨位 NET 9614 航速 15 5kn 主机 型号 功率 台数 MANB W5S50MC 6400 1 图1 230000吨多用途货船 本船型为单桨 柴油机驱动的多用途集装箱货船 船舶可装载干杂货 工程件 1 8类危险品和集装箱等 船舶设置两层连续甲板 纵中舱壁 重吊和首侧推 全船设5个货舱 第1货舱和第5货舱内设置20英尺集装箱导轨架 主要尺度及参数 总长192 90m垂线间长182 00m型宽27 80m型深15 50m设计吃水 结构吃水10 00m 11 20m载重量25015t 30538t集装箱数1841TEU 14t TEU装箱量1339TEU 主机型号MAN B W7S60MC C1setMCR15785kWx105rpmCSR14206 5kWx101 4rpm服务航速19 4kn atCSRwith10 S M 二 集装箱船集装箱船的特点 货舱内和甲板上堆装规格统一的标准货箱 货舱口宽而长 多数依靠港口专用的起货机装卸 少数的也有自带起货装置 装卸速度快 可大幅度缩短船舶在码头的停泊时间 从而增加航次 图1 37100TEU集装箱船 图1 43500箱集装箱船 本船型是单桨 柴油机驱动的全集装箱船 本船设计为无限航区 全船设7个货舱 货舱内设置20呎集装箱导轨架 甲板上和货舱内可装载危险品 第1货舱可装载除5 2类以外的危险品 第2 5货舱可装载1 9类危险品 本船设带球鼻的倾斜船首 方尾和首侧推器 机舱及居住舱室设在中后部 船舶设置单层连续甲板 货舱区域为双底 双壳结构 主要尺度及参数总长231 00m垂线间长214 20m型宽32 20m型深18 80m设计吃水 结构吃水12 00m载重量41000t集装箱数3534TEU 14吨 箱装箱量2250TEU 主机型号MAN B W7K90MC C1setMCR31920kWx104rpmCSR28728kWx100 4rpm服务航速22 2kn atCSRwith15 S M 三 散装货船散装货船是专门装运谷物 矿砂 煤炭等大宗散装的 普通散装货船多用途的散装船除了装运谷物 矿砂外 还能装载木材 板材 集装箱等各种货物 矿 油两用船或砂 油 散三用船 自卸式散货船货舱底部是W形 货物从下面的尖部开口漏到纵向传送带上作水平移动 再由垂直的链斗提升机或多级倾斜皮带等装置提升到舱面上 最后用悬臂式输送带运送到码头上 图1 517 5万吨好望角型散货船 本船型是单桨 柴油机驱动的超大型单壳散货船 主要承担铁矿石 煤炭等散货的海上远程运输 本船设球首 方尾和连续的上甲板 尾部设6层尾甲板室 不设首楼 全船设9个货舱 货舱为带有顶边舱和底边舱的常规散货船型式 结构进行重货加强并可间隔舱装矿 No 2 4 6 8货舱可以是空舱 本船No 6货舱可兼作压载舱 同时No 2 4 8舱也可在码头部分装载压载水 货舱舱口盖为齿轮齿条液压驱动的侧滚式舱盖 全船不设起货设备 主要尺度及参数总长288 92m垂线间长279 00m型宽45 00m型深24 50m设计吃水 结构吃水16 50m 18 10m载重量156093t 175080t主机型号MAN B W6S70MC1set服务航速15 0kn atCSRwith15 S M 图1 6174000吨散货船 总长 289 00米两柱间长 278 20米型宽 45 00米型深 24 65米设计吃水 16 50米结构吃水 18 19米续航力 22000N MILES载重吨 174000吨服务航速 15 00节定员 29人 图1 7自卸式散装货船卸货过程 1 纵向传送皮带 2 提升装置 3 悬臂输送皮带 4 W形货舱底 四 油船目前世界上大型油船都在20 30万吨左右 超大型的油船达50万吨以上 除了装石油外 还有成品油船 吨位一般在6万吨左右 以2 4万吨居多 石油的装卸是利用船上的油泵和管路 为防止油船对海洋的污染 国际海事组织 IMO 决定在2015年前停止使用单壳油船 今后建造的油船 尤其是大中型油船 都应为双壳体结构 结构特点 尾机型 单层甲板单层底 除机舱除外 油舱区按规范要求设置横舱壁 并在纵向设置1 3道纵舱壁干舷较小 满载时甲板贴近水面 设有从尾楼至桥楼或首楼的步桥供船员安全通行 大型的油船可在甲板下面设置封闭的通道代替步桥 船上的蒸汽 消防 海水等管系和电缆可装在步桥下 上甲板上布置纵贯全船的输油管 甲板上不设舱口 只设圆筒形的油气膨胀阱 舱口盖的油密性能良好 图1 830万吨油船 主尺度 总长 型宽 型深 吃水 m 333 58 31 22 2 图1 937300吨成品油 化学品船 本船是低速柴油机驱动的单桨 双底 双壳结构的远洋航行成品油 化学品船 可航行于冰区 符合1B级冰区加强 主要装运各种成品油和化学品 IMOtype2 本船设有9对货油舱和1对污油水舱 Sloptank 加1个残油舱 可同时装载9种不同货品 每一货油舱和污油水舱设1台液压深井泵 货油舱内涂敷酚醛环氧特涂漆 货舱内外的货油管系和阀门均为不锈钢 本船设倾斜式船首带球鼻 方尾 可调螺距螺旋桨带1250千瓦軸带发电机 贝克舵 可左右旋转450 1200千瓦电动可调桨首側推装置 机舱 起居处所和驾驶室设于尾部 主要尺度及参数总长185 00m垂线间长176 00m型宽31 00m型深17 00m设计吃水 结构吃水10 50m载重量37300t主机型号MANB W6S50MC C1setMCR9480kWx127rpmCSR8058kWX127rpm服务航速16 3kn 五 客船和客货船客船是以载客 按规定载客超过12人 为主兼运货物的船舶 一般的客船都兼带少量货物和邮件 纯粹载客不装货的客船是很少的 对客船的要求是更加严格的安全性和舒适性 航速通常高于一般货船 沿海客船为16 20kn 远洋客船为20 30kn 客船必须满足一系列有关分舱 稳性 救生 消防 无线电通讯等方面的国际公约 规范的要求 客船具有良好的稳性 抗沉性 耐波性和足够的强度 客船上房舱的布置应合理 舒适 美观 具有良好的通风 采光 照明 空调设施和卫生设备 并为旅客提供宽敞的游步甲板和休息 文化娱乐 体育活动场所 客船上有二个或二个以上的推进器 甲板层数多达7 8层 一般长江客船也有5层甲板 图1 10东方皇后 图1 111688高速客船 主尺度 M 17 25 3 52 1 48乘员 人 52 58功率 HP 245 280 2时速 KM 42 48 本船是一种减阻 节能 抗燥 消波的新型单底 单甲板 双桨 双舵的消波滑行艇 配备国产高速柴油机作动力 马力强劲 性能稳定 经久耐用 船体选用进口优质纤维增强材料 上层建筑仿国外游艇设计 造型优美 内装考究 通过镜面阴模成型工艺 表面光洁 使航行时风 水与船体的磨擦阻力降至最低 该艇具有尾浪小 飞溅少 起滑快 吃水浅 航速高的特点 是一种理想的水上高速交通工具 主要设备 主机 台 齿轮箱 台 轴系 套 螺旋桨 片 液压舵机 套 舵系 套 燃油箱 只 机油箱 只 DC24V蓄电池 组 电动抽水泵 台 手摇污水泵 台 油水分离器 台 5KW发电机组 台 主配电板 台 充放电板 台 船用空调 台 扩音机 台 收放机 台 雨刮器 台 搜索灯 盏 汽笛 只 高频电话 部 适航灯具 套 不锈钢栏杆 套 不锈钢扶手 套 不锈钢缆桩 只 不锈钢旗杆 根 洗手间 个 沙发座椅 座 天花 套 船用地板 套 护舷材 套 挡风玻璃 块 耐击玻璃舷窗 只 救生衣 件 救生圈 只 MF2灭火机 只 太平斧 把 太平桶 只 黄砂箱 只 锚 支 缆绳 根 国旗 面 图1 12青海湖旅游船 本船为青海湖三星级豪华旅游船 钢质 双机 双桨 双舵 中后机舱 两层纵通甲板 4层上层建筑 供中外游客在湖上观光 度假 娱乐 会议之用 全船设旅客房88间 其中 总统套间2套 豪华套间2套 单人房4间 商务房4间 标准客房76间 公共娱乐处所有 棋牌游戏中心 健身房 桑拿 美容 影视厅 儿童游戏室 氧吧 医务室 小超市 阅览室兼商务中心 首 尾 观光酒吧 顶层观光厅 多功能会议厅 进厅 中西餐厅 大餐厅 露天咖啡座 高级接待厅等 主要尺度及参数总长79 98m垂线间长69 00m型宽18 00m型深4 70m 7 40m设计吃水 结构吃水3 00m 3 20m载客量180P主机型号6L23 302setsMCR2x810kWx825rpm服务航速18 0km h 六 滚装船滚装船的装卸效率比集装箱更高 是普通货船的10倍 它是车辆或用拖车进行的水平装卸 它便于组织水陆联运实现从厂门到厂门的快捷运输 广义上讲 集装箱拖车滚装船 车辆运输船 火车汽车渡船和客货滚装船都属于滚装范围 结构特点 首尾设有尖舱 机舱位于尾部 近于封闭式 自动化程度较高 机舱上面为主要的车辆通道 在主甲板两舷设双层船壳 货舱作水平分隔 大都不设或少设横隔壁 便于车辆通过 主甲板以上露天甲板以下 为纵通无横隔壁的甲板间舱 车辆的上下过渡通过斜坡道或升降机 上下通道开口处根据抗沉性要求配置水密或非水密盖板 一般在尾部 也有在首部或舷侧设有供车辆通过的开口 配置水密门和活动的连接码头的跳板 滚装船的缺点是空船重量大 压载量大 舱容利用率低 造价高 此外 滚装船的航行安全也是一个比较突出的问题 滚装船有多层甲板 型深大 上层建筑多 受风面积大 不利于稳性和操纵 船首尾或船舷处设置跳板的大开口 虽航行时收起关闭 船舶大横摇时仍容易进水 货舱纵通 无水密横隔壁 进水时造成危害更大 过大的横摇加速度对船体及车辆绑扎装置都产生较大的动力负荷 若车辆挣脱绑扎索具的束缚将造成十分危险的结果 此外 车辆及油箱内燃料排出的可燃气体都是造成火灾的隐患 所以 现代滚装船都采取相应的措施以确保航行的安全 图1 13豪华客 车滚装船 棒槌岛 号 图1 1412300dwt滚装船 主尺度 总长 型宽 型深 吃水 m 195 3 25 6 16 62 6 6 航速 22 3kn 总吨位 23819 主机 型号 台数 功率 WARTSILANSD8ZAL40S 4 6000 4 图1 1516000总吨客滚船 本船型为双机 双可调桨 双舵 中速柴油机驱动的现代化客 车滚装船 短程国际和国内近海航行 以载客为主 兼运轿车 载重汽车和集装箱拖车 船型为前倾首柱 球鼻首 方尾和流线型挂舵 并设有首侧推 减摇鳍和防横倾装置 本船具有两层连续甲板 机舱位于尾部 本船设两层车辆甲板 旅客和船员区域布置在第5 6 7 8甲板 布置旅客进厅 总服务台 小超市 旅客船员餐厅 酒吧和多功能娱乐厅等公共舱室 旅客定额1428人 船员72人 主要尺度及参数总长137 50m垂线间长127 50m型宽23 40m型深14 00 8 60m设计吃水 结构吃水5 40m 5 80m载重量2770t 3750t载客量1428人车道长度835m 小车车道94m主机型号WARTSILA8L38B2setsMCR2x5800kWx600rpmCSR2x4930kWx600rpm服务航速19 0kn 七 渔业船舶渔船是从事渔业工作船舶的总称 可分为以下四类 1 直接从事捕捞作业的船舶 按其捕捞方式又分网式 钓式和猎捕式三种 2 从事渔获物的冷藏和加工的船舶 3 从事渔获物或渔品的收购 运输的船舶 4 从事渔政 救助 试捕 实习和渔业调查的船舶 图1 1696总吨钢质拖网渔船 图1 17日本 爱媛丸 号拖网渔船 实习船 船长约55米 图1 1879m豪华游艇 八 其它船舶图片欣赏 图1 19小水线面双体交通艇 图1 20高速水翼艇 图1 211600米车道客滚船 图1 2218000吨化学品船 图1 23LNG船 图1 2418000吨多用途重吊货船 图1 251万马力拖轮 图1 26耙吸式挖泥船 图1 272600吨双臂杆起重船 图1 2818000吨半潜船 图1 29船体变形的趋势 第二节作用在船体上的力及强度概念 一 作用在船体上的力船体在静水中的总纵弯曲船舶在静水中受到的外力有船舶及其装载的重力和水的浮力 二者大小相等方向相反作用在一条铅垂线上 此时 船舶处于平衡状态 设想将船体从长度方向分割成若干段 并假设段与段之间可以上下自由移动 由于重力与浮力沿船长方向分布不一致 故作用在每一段上的重力和浮力并不相等 如果将段与段之间的约束解除 每一段为了重新取得平衡 必然会产生上下移动的趋势 直到取得静力平衡为止 见图1 29 事实上船体是一个整体结构 当然不可能发生如图所示的那样变动 不让它们自由变动 在船体结构内部就会有内力产生 使船体发生弯曲 船体各段重力与浮力的不平衡总是存在的 因为船上各种重量除了固定的结构和机械设备外 常随着装载的情况而变动 而浮力的大小和分布则是按照船体浸水部分的形状决定的 长度方向上重力与浮力的差值即为作用在船体上的外力载荷 船体受到外力载荷会发生弯曲变形 在船体内产生弯曲力矩 图1 30是船长方向的弯矩曲线图 弯矩的最大值在船体的中部 向首尾端逐渐减小 图1 30弯矩曲线 船体在波浪中的受力在波浪状况下 船体内产生的弯矩会较静水时为大 波浪长度等于船长时 船体的弯曲最为严重 当波峰在船中时 会使船体中部向上弯曲 称为中拱弯曲 当波谷在船中时 会使船体中部向下弯曲 称为中垂弯曲 中拱弯曲时 船体的甲板受拉伸 底部受压缩 中垂弯曲时 船体的甲板受压缩 底部受拉伸 图1 31 图1 31中拱弯曲和中垂弯曲 图1 32船体肋骨的歪斜 此外 船舶在波浪状态下航行 还会产生升降 俯仰和摇摆等运动 这对船体结构会产生不利的影响 例如船舶横摇时会引起肋骨的歪斜和船体的扭曲 图1 32 作用在船体上的局部力和其他受力情况船体在静水或波浪中除了产生总纵弯曲外 它的各部分结构还受到局部的水压力和货物等横向载荷 也会产生局部的弯曲 此外 舰船上还有机器和螺旋桨运转时的振动力 发射火炮时的反作用力 及爆炸物的冲击波和碰撞时的冲击力等局部的外力 船舶进坞或搁浅时受到船底下墩木或河床的反力作用等 图1 33 图1 33船体的横向载荷和变形 二 总强度和局部强度概念船体的总纵强度船舶在下水 进坞和航行过程中都会产生总纵弯曲 船舶在波浪中产生的总纵弯矩较静水时为大 船体的结构如强度和刚性不足 就有可能使船体总的或局部的结构断裂或变形 船体结构抵抗纵向弯曲不使整体结构遭受破坏或严重变形的能力称为总纵强度 通常可以将船体看作为变断面的空心梁 简称为船梁 它对总纵弯曲的抵抗能力是由船梁的横剖面剖面模数决定的 船梁内产生的弯曲正应力为 式中 总纵弯曲正应力 M 总纵弯曲力矩 W 剖面模数 I 船梁横剖面对中和轴的主惯性矩 Z 纵向连续构件离中和轴的距离 船体上最大的总纵弯曲正应力通常出现在上甲板和船底部 见图1 34 图1 34弯曲正应力在船梁上的分布 横向强度和局部强度除了总纵弯曲之外 船舶在使用过程中也会产生横向弯曲 横向强度是指横向构件 如肋骨框架和横舱壁等 抵抗横向载荷的能力 船舶在进坞时 容易发生横向变形 这时横舱壁的作用很重要 船体的局部强度是指个别构件对局部载荷的抵抗能力 有时 船体的总强度虽能保证 但局部强度不一定能保证 如船舱破损时的水压力和超过构件承担能力的外力作用下 局部构件也可能发生破坏或严重变形 扭转强度当船舶斜置于波浪上造成浮力不对称或者在装卸过程中造成首尾区域两舷的货物分布不对称于中纵剖面时 都会引起扭矩的作用 使船体产生如图1 32所示扭转变形 船体结构抵抗扭转变形 使之不遭受严重破坏的能力称为扭转强度 对于一般甲板开口不大的船舶 扭转变形较小 在总纵强度满足的情况 扭转强度基本上能保证 但是 对于具有甲板大开口的船舶 如集装箱船 则必须考虑扭转强度 除了强度之外 船体上的板和骨架还必须保证有足够的刚性 使其变形不超过允许的范围 对于受平面压缩力的薄板 应保证其平面的稳定性 不使其产生皱折而降低其强度 第一节船体结构的骨架型式船体是由钢板和骨架组成的长箱结构 整个船的主体可分为若干板架结构 如甲板结构 舷侧结构 船底结构和舱壁结构等 各个板架相互支持 使整个主船体构成坚固的空心的水密建筑物 图1 35为板架结构的一种形式 1 纵骨架式 板格的长边沿船长方向 短边沿船宽方向 纵向骨架的数目多而横向骨架的数目少 2 横骨架式 板格的长边沿船宽方向 短边沿船长方向 横向骨架的数目多而纵向骨架的数目少 3 混合骨架式 纵横方向的骨架间距相差不多 板格的形状接近正方形 图1 35板架结构 纵骨架式和横骨架式的结构各有优缺点 纵骨架式结构的优点是多数骨架纵向布置 骨架参与船梁的有效面积 提高了船梁的抗弯能力 增加了船体的总纵强度 并且由于纵向骨架布置较密 可以提高板对总纵弯曲压缩应力的稳定性 因而相应地可以减小板的厚度 减轻结构的重量 缺点是施工比较麻烦 横骨架式结构的优点是多数骨架横向布置 横向强度较好 施工比较方便 建造成本低 缺点是同样受力情况下 外板和甲板的厚度比纵骨架式的大 结构重量较大 根据强度和使用要求 船舶某些结构可采用纵骨架式板架和横骨架式板架的组合形式 例如有的货船的上甲板和船底采用纵骨架式 舷侧和下层甲板采用横骨架式 首尾端全部用横骨架式 根据弯矩和弯曲正应力在船体上的分布特点 这样是合理的 第二节典型横剖面结构1 杂货船的横剖面结构图1 36是杂货船的货舱横剖面结构 上甲板和双层底是纵骨架式结构 下甲板和舷侧是横骨架式结构 上甲板和下甲板上开有货舱口 舱口角隅有支柱支撑 近来一些船上为了理货方便改在中线面设置支柱或半纵舱壁 结构构件的名称都在图中标出 2 散货船横剖面结构散货船只有一层全通甲板和双层船底 甲板下面有二个三角形的顶边舱 其作用是防止散货向一侧移动使船倾斜 影响船的稳性 双层底舭部处有向上倾斜的内底边板与舷侧 下部构成的底边舱 其作用是使散货堆放于货舱中央 便于用抓斗装卸 倾斜的底边舱对船舶的安全比普通的双层底更可靠 顶边舱和底边舱可作为压载水舱以改善船舶的适航性 图1 37是装运谷物和煤的散货船结构图 甲板和舷顶部 双层底和舷侧下部是纵骨架式 舷侧中部式横骨架式 矿砂船也属散货船类型 用于装载铁矿砂和比重较大的矿砂 其结构要求与普通散货船不一样 重矿砂对货舱的容积要求不大 有富裕的舱容 其结构特点是双层底很高 这样可以提高船舶的重心 增大摇摆周期 有利于适航性 专线航行的矿砂船可利用舷边的空舱装载石油 设计成矿砂 石油两用船 出港时装运矿砂 回港时装运石油 可以避免单程运货 提高船舶营运的经济性 图1 38是矿