4900DWT近海原油船结构强度初步设计本科生毕业论文.doc

4900DWT近海原油船结构强度初步设计本科生毕业论文1.前 言本次毕业设计题目为：4900DWT近海原油船结构强度初步设计。众所周知，油船不仅仅是一种安全性要求很高的船舶，更是一种防污染要求极高的 船舶。当今的世界，油船的载重量两极分化很明显，远洋运输的大型油船，小型油船又以及方便快捷深受船东们的喜爱，小型油船主要用于分流，一般运输近海油田刚开采还未进行加工的原油。本次毕业设计的是一艘4900DWT近海原油船，航行的海区是近海航区，载重吨相对于大型油船来讲十分的不起眼，但在小型油船之中，其实用性还是很明显的。改革开放以来，中国经济建设已进入了一个平衡、持续和高速发展的阶段，经济的高速发展带来了对石油的快速增长，尽管20世纪末，中国原油生产已列入世界总排名的前八位，并成为世界第四大原油加工国和第三大能源消费国，但巨大的消费量仍使国产石油供不应求，中国石油进出口逐年有较大幅度的增加是不可避免的。发展国有油船的船队更显其必要性和重要性。发展小型油船也就是十分必要的了，充分利用小型油船的灵活性，作为配给之用是十分必要的，这也更加彰显此次设计的长远意义，更加的凸显出小型油船的设计建造是多么的重要。由于本人的设计生产经验和水平有限，本次设计中难免有一些失误和理解不当的地方，请同学和老师给予批评和指正。东海科学技术学院本科毕业论文 正文 2.总体部分 总体设计部分是新船设计过程中的一个总的基础的重要环节，是一项基础性的工作。它对设计工作顺利进行和保证新船设计的正确与合理，满足设计和使用要求具有决定性的作用。2.1设计船主尺度2.1.1设计任务书船名：4900DWT近海原油船航区：II 类（近海航区）船型特征：垂直首柱、方尾、单机、单桨、单舵、尾机型原油船用途：一般运输近海油田刚开采还未进行加工的原油主尺度： 总长LOA 95.00m垂线间长Lpp 90.00m型宽B 15.00m 型深D 7.80m吃水d 6.50m载重量 4900t排水量 6500t 船员 18人船级： 非 国 际续航力/自持力： 2000海里/12昼夜航速/功率储备： 12.0Kn/10%MCR主机型号： 6LU38 1台额定功率： 2200马力 额定转速：310r/min船体结构：钢质焊接、双层底纵骨架结构形式。 2.1.2母型船资料 总 长 Loa 93.60 m 两 柱间 长 Lpp 88.00 m 型 宽 B 13.60 m 型 深 D 7.65 m 设 计吃 水 d 6.60 m 排 水 量 6256 t 方 形系 数 0.75 载 重 量 4850 t2.1.3初步确定设计船主尺度已知母型船的载重量和排水量：， 。并且由设计船的任务书可知其载重量为。 可得到设计船排水量的初步估算 根据文献【5】中母型换算公式：当新船与母型船的航速和排水量相近时，可用下式估算船长： 根据文献【5】型船换算：从干舷考虑，D可用下式换算： 初步取设计船的主尺度：总 长 LOA 95.00 m垂 线间 长 LPP 89.32 m型 宽 B 15.00 m型 深 D 7.53 m设 计吃 水 d 6.50 m 载 重 量 4900t 排 水 量 6323t2.2重量、重心计算2.2.1 空船重量估算由母型船资料可得：，由于，则根据文献【5】表3.2.3：中小型油船船体钢料和舾装重量与空船重量之比取： ， 则 根据文献【5】公式（3.2.2）：取 根据文献【5】公式（3.2.24）： 根据文献【5】公式（3.2.26）： 系数，对于中速主机，MCR在10000KW以上时， ，MCR在10000KW以下时，因此： 2.2.2 载重量估算船员及行李： 食品及淡水: 总储备量=自持力（d）人员数定量（食品定量淡水定量） (出港) (到港)燃油: (出港) (到港)润滑油： 备用、供应品重量： (出港） (到港） 通过总布置图，计算货油舱舱容，各舱舱容如下：货油舱舱容(m3)1号货油舱836.1602号货油舱951.8003号货油舱998.4004号货油舱998.4005号货油舱951.8006号货油舱1064.800得到载货量为，（取货油的密度为，货舱折减系数0.98） 船舶的总重量为： 2.2.3重力与浮力的平衡校核船舶的总重量为： 船舶设计排水量：排水量裕度： 船舶排水量大于船体总重量，排水量有裕度，因此确定的主尺度基本符合要求。2.2.4重心估算 在船舶的各个设计阶段，重量和重心的估算或计算都是一项必不可少的重要工作。它随着设计阶段的不断深入，逐步近似，由粗略到精确。设计船的重心有多种情况：计算时取满载出港，满载到港，半载，压载出港，压载到港5种典型状态。现列表11,12,13,14，15计算如下：6 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 表11 满载出港序号项目重量垂向纵向距基线距船中(前)距船中(后)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)1空船1395.575.2487323.9512.01516893.3752船员及行李2.169.79021.14631.85668.8093食品及淡水39.8523.357133.78345.3831808.6034燃油81.853 0.50040.92729.8802445.7685润滑油3.2740.5001.63740.372132.1786备品11.16511.13124.21130.175336.90471号货油舱688.3274.3502994.22230.53921020.81882号货油舱783.5204.2843356.60020.63016164.01893号货油舱821.8834.2843520.94710.4588595.252104号货油舱821.8834.2843520.9470.147120.817115号货油舱783.5224.2843356.60110.0947908.871126号货油舱876.5434.2843755.11021.62318953.489总计6309.5528150.0812647.092 船舶重心位置: 表12 满载到港序号项目重量垂向纵向距基线距船中(前)距船中(后)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)1空船1395.575.2487323.9512.01516893.3752船员及行李2.169.79021.14631.85668.8093食品及淡水3.9853.35713.37845.383180.8604燃油8.185 0.5004.09329.880244.5775润滑油3.2740.5001.63740.372132.1786备品1.11711.1312.42730.17533.70571号货油舱688.3274.3502994.22230.53921020.81882号货油舱783.5204.2843356.60020.63016164.01893号货油舱821.8834.2843520.94710.4588595.252104号货油舱821.8834.2843520.9470.147120.817115号货油舱783.5224.2843356.60110.0947908.871126号货油舱876.5434.2843755.11021.62318953.489总计6189.9727881.0581485.041 船舶重心位置: 表13 半载状态序号项目重量垂向纵向距基线距船中(前)距船中(后)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)1空船1395.575.2487323.9512.01516893.3752船员及行李2.169.79021.14631.85668.8093食品及淡水19.9263.35766.89245.383904.3024燃油40.9270.50020.46429.8801222.8995润滑油3.2740.5001.63740.372132.1786备品5.58311.1362.10630.175175.92071号货油舱688.3274.3502994.22230.53921020.81882号货油舱783.5204.2843356.60020.63016164.01893号货油舱821.8834.2843520.94710.4588595.252104号货油舱821.8834.2843520.9470.147120.817115号货油舱783.5224.2843356.60110.0947908.871126号货油舱876.5434.2843755.11021.62318953.489总计6243.11828000.62358.935 船舶重心位置: 表14 压载出港序号项目重量垂向纵向距基线距船中(前)距船中(后)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)1空船1395.575.2487323.9512.01516893.3752船员及行李2.169.79021.14631.85668.8093食品及淡水39.8523.357133.78345.3831808.6034燃油81.853 0.50040.92729.8802445.7685润滑油3.2740.5001.63740.372132.1786备品11.16511.125124.21130.175336.90471号压载舱70.4000.50035.20033.3042344.60282号压载舱 168.960.50084.4819.1853241.49893号压载舱133.3380.50066.6694.764635.222104号压载舱133.2810.50066.64110.5171401.716115号压载舱70.4000.50035.20022.9992056.594总计2110.257933.8441329.15 船舶重心位置: 表15 压载到港序号项目重量垂向纵向距基线距船中(前)距船中(后)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)力臂(m)力矩(tm)1空船1395.575.2487323.9512.01516893.3752船员及行李2.169.79021.14631.85668.8093食品及淡水3.9853.35713.37845.383180.8604燃油8.185 0.5004.09329.880244.5775润滑油3.2740.5001.63740.372132.1786备品1.11711.12512.42730.17533.70571号压载舱70.4000.50035.20033.3042344.60282号压载舱 168.960.50084.4819.1853241.49893号压载舱133.3380.50066.6694.764635.222104号压载舱133.2810.50066.64110.5171401.716115号压载舱89.4210.50044.71122.9992056.594总计2009.6917674.342915.937 船舶重心位置: 63 2.3舱容的校核和计算货油舱舱容(m3)1号货油舱836.1602号货油舱951.8003号货油舱998.4004号货油舱998.4005号货油舱951.8006号货油舱1064.800得到载货量为，（取货油的密度为，货舱折减系数0.98），满足任务书要求的载重量，设计的舱容满足要求。最终确定主尺度： 总 长 LOA 95.00 m垂线 间长 Lpp 89.32 m型 宽 B 15.00 m型 深 D 7.53 m设计 吃水 d 6.50 m排 水 量 6323 t载 重 量 4900 t2.4型线设计 型线图是船舶设计、计算和建造的重要依据，因而是关系到船舶全局的一张图纸。船体型线设计的好坏，关系到船舶性能的优良。本船采用的是母型改造法设计船体型线。由于母型船型线图是PDF格式，所以先按照其型值表数据画出母型船型线图，然后按照设计船的主尺度和母型船的主尺度的比例进行缩放，最后三向光顺最终得到设计船的型线图。下图为母型船型值表和设计船型值表东海科学技术学院本科毕业论文 正文 2.5总布置设计总布置设计是船舶总体设计的重要内容之一，它不仅对船的使用效能和航行性能有十分重要的影响，而且是其他各项设计和计算的主要依据。总布置设计是总揽全局性的一项工作，它不仅涉及到各个方面，而且贯穿了一艘新船设计的各个阶段。总布置设计者不仅仅是一项据图的布置设计工作，更是一项解决各种矛盾、协调各部分设计的综合性工作。在总布置设计过程中，应遵循以下原则：最大限度地满足和提高船的使用效能，这是考虑问题的基本出发点。保证船舶具有良好的航海性能。注意船体结构的合理性和工艺性。满足法规和规范的要求。尽力搞好外部造型和内部装潢。总布置说明书：一、船舶概况（一）船型特征： 垂直首柱、方尾、单机、单桨、单舵、尾机型原油船（二）用途：一般运输近海油田刚开采还未进行加工的原油。（三）航行海域：II 类（近海航区）（四）航速：12.0Kn/10%MCR续航力：2000海里自持力：12昼夜（五）主尺度总 长 LOA 95.00 m垂线 间长 Lpp 89.32 m型 宽 B 15.00 m 型 深 D 7.53 m设计 吃水 d 6.50 m排 水 量 6323 t载 重 量 4900 t船员 定额 18 人二、总体布置（一）双层底高度： 对于油船，从防污染考虑，MARPOL公约规定：载重量600t以上的油船，必须在货油舱区域设置双层底舱予以保护；当载重量在5000t及以上时，规定双层底高度小于B/15或2.0m，取小者，最小值为1m（当载重量5000T以下的油船双层底高度为B/15，最小值为0.76m)。本船载重量为4900T，但是考虑到施工和舱容等方面，所以取双层底的高度为1.0m。（二）首尖舱长度：船舶与海上设施法定检验规则中规定：货船的防撞舱壁距艏垂线的距离应不小于0.05L或10m，取较小者。实取距首垂线4.47m，舱壁在132#肋位处。尾尖舱长度：一般取为0.035LP0.045LPP，由尾轴管长度、尾轴管安装和密封所需的地位决定。实取长度为3.72m，舱壁在6号肋位处。油船货油舱区的划分：舱室划分：本船设有纵通连续的主甲板，主甲板上尾部设有艉楼,艉楼上设有艉楼甲板、艇甲板、储藏甲板、驾驶甲板和罗经甲板四层甲板室。艏艉楼甲板用步桥连接。（1）双层底以上、主甲板以下，共设有十二道横舱壁(分别在#3、#6、#20、#26、#46、#62、#78、#94、#110、#125、#129、#132),它们把主船体划分成如下各区域:尾#3 舵机舱，位于主甲板以下，下甲板以上；尾#6 艉尖舱，#6设水密舱壁；#15#20 淡水舱（左、右）；#6#20 机舱，#20设水密舱壁；#20#22 隔离舱；#22#26 货泵舱； #26#46 No.6货油舱（左、右）；#46#62 No.5货油舱（左、右）；#62#78 No.4货油舱（左、右）；#78#94 No.3货油舱（左、右）；#94#110 No.2货油舱（左、右）；#110#125 No.1货油舱（左、右）；#125#129 隔离舱；#129#132 锚链舱；#132艏 艏尖舱，#132设水密舱壁。（2）双层底：#6#8 滑油舱；#22#88 燃油舱（左、右），只位于船中区域；#22#44 No.5压载舱（左、右）；#44#66 No.4压载舱（左、右）；#66#88 No.3压载舱（左、右）；#88#110 No.2压载舱（左、右）；#110#133 No.1压载舱（左、右）。（3）上层建筑:#128艏:艏楼艏楼甲板下设：储物间、油漆间、索具间；艏楼甲板上设：锚机、带缆桩。#20艉:艉楼 尾楼甲板下设：船员室、餐厅、卫生间、厨房、CO2间、泡沫间； 艇甲板下设：船员室、卫生间、会议室； 储藏甲板下设：船员室； 驾驶甲板下设：储藏室； 罗经甲板下设：驾驶室、海图室、报务室、电池间； 罗经甲板上设：信号桅、探照灯； 艏楼甲板下设：储物间、油漆间、索具间； 艏楼甲板上设：锚机、带缆桩； 艏艉楼甲板用步桥连接。（4）通道与梯口的布置：通道的布置，除了要满足人员平时出入需要外还须满足法规关于脱险通道和起居处所的脱险通道、机器处所布置的要求。通道分为室内通道与室外通道，对于室内水平通道的布置应尽量直通，不要迂回曲折；垂直通道中的梯道布置应尽可能上下对齐，扶梯的位置要明显、易寻。通道要分主次，主要通道应宽敞。室内扶梯的布置应根据具体情况本着使用方便、占地面积小的原则来确定。船舶室外的通道布置主要考虑船员到达各甲板和操作的方便。室外梯子的布置除了要考虑甲板之间设置斜梯外还要设置进入各舱以及空舱、深舱的梯子。到货舱、空舱及深舱的梯子一般用直梯。三、船体结构 船体结构是按中国船级社钢质海船入级与建造规范（2006）进行计算（1）本船结构为钢质焊接、双层底纵骨架结构形式。（2）全船采取钢质焊接结构，肋距：640mm。四、舾装设备（一）消防、救生设备（1）防火设备a. 本船设有一套符合规范要求的水灭火系统，CO2灭火系统。消防水带 10 根水雾两用型标准水枪 10 只国际通岸接头 2 套消防栓 10 只水龙带箱 10 只b. 消防用品 20人救生艇2具，20人气胀式救生筏2具，CO2灭火器2具、手提式泡沫灭火器12具、干粉灭火器12具，大型舟车式灭火器60L2具，砂箱10只，太平斧、铁钎、铁钩各2把、消防员装备2套。（2）救生设备配备如下：序号救生设备名称规格型号数量存放位置1救生艇20人2艇甲板2气帐式救生筏20人2艇甲板 3救生圈4个带自亮式灯，4个带烟雾信号，2个带有可浮救生索30M10上甲板，艇甲板，驾驶甲板4救生衣20件各层舱室5紧急报警系统1套驾驶甲板那6火箭伞降落信号12驾驶甲板（3）航行设备配备：1）磁罗经(标准) 1只2）磁罗经(备用) 1只3）操舵磁罗经 1只4）舵角指示器 1只5）推进器转速指示器 1只6）雷达 1只7) 电子定位设备 1只8）回声测探仪 1只9）秒表 1只10）船钟 3只11）温度计 2只12）自动气压记录器 1只13）干湿温度计 2只14）气温传真接收机 1只15）水温法 1只16) 风向风速或手提风速计 1只17）F50双筒望远镜 2只18）看图放大镜 2只19）量角器 1只20）三杆定位仪 1只21）两脚规 1只22）三角板 1只23）倾斜仪 1只同时应备有航线所必需的足够和最新的海图、航路指南、灯塔表、航线通告、潮汐表。（4）信号设备本船在首楼甲板、罗经甲经上各设一根信号桅，信号灯配备如下：桅灯 2盏舷灯 2盏尾灯 1盏白环照灯（锚灯） 2盏红环照灯（失控灯） 2盏白昼通信闪光灯 1盏大号球体 3只中国国旗4号 3面国际信号旗 1面中型号笛 1只大型号钟 1只（二）锚系泊设备舾装数N=672首锚(短杆霍尔锚) 2100Kg3只（其中一只备用）锚链直径(有档电焊锚链) 40（AM2）锚链长度 440M（左8节、右8节）锚机 34电动卧式2台拖索 24-624镀锌钢丝绳1根，每根长度180m（破断负荷141.7KN）系船索 15-624镀锌钢丝绳4根，每根长度140m电动液压绞盘 30KN1台双柱带缆桩 12只双滚轮导缆钳 4只三滚轮导缆钳 4只钢索卷车 2台（三）舵设备舵型式及数量 双支点流线型平衡舵1门舵面积 7.5M2舵机 60KN-m电动液压1台（四）栏杆楼梯舱口盖人孔盖详见总布置图。五、船舶上层建筑造型上层建筑各层舱室的划分与布置：首楼及尾楼有长首（尾）楼和短首（尾）楼之分。首楼的设置主要考虑船舶迎浪或斜迎浪航行时减少甲板上浪。船首的最小高度、首楼甲板的宽度和长度应满足载重线法规、锚泊和系泊设备布置地位的需要。甲板室是指侧壁从船两舷向内缩进，船侧留有外走道的上层建筑。满足规范,法规和任务书要求,特别注重了人,物及空间之间的相互关系,在有限的空间内作出合理的布局。干舷与首尾舷弧的考虑与确定：根据国际载重线公约，并按照中华人民共和国船舶检验局颁发的有关法规对最小干舷和完整稳性的要求。选取符合要求的最小干舷主要是为了保证船舶具有一定的储备浮力，减少甲板上浪，提高抗淹湿性能。另外，设置首尾舷弧对增加露天甲板在首尾处的干舷高度，减少甲板上浪，提高抗淹湿性能也有重要作用，同时，船舶首尾上翘也比较符合人们审美的要求。在本船设计中，首尾舷弧的值主要根据母型船参考来选取，又因一般船舶舷弧达不到标准舷弧值，需要增加型深来满足舷弧不足对干舷的修正。3.结构部分3.1设计船船体结构规范设计计算 本船为垂直首柱、方尾、单机、单桨、单舵、尾机型原油船。 本船主要构件系根据“钢质海船入级与建造规范”（2006）第二分册的有关要求进行校核。 设计船主要尺度：总 长 LOA 95.00 m垂线 间长 Lpp 89.32 m型 宽 B 15.00 m型 深 D 7.53 m设计 吃水 d 6.50 m排 水 量 6323 t载 重 量 4900 t船员 定额 18 人 设计水线长 91.97 m3.2结构计算3.2.1 外板：3.2.1.1船底板 船底为纵骨架式时，船中部0.4区域内的船底厚度t应不小于 按下列两式计算所得之值： 式中：s肋骨间距，m，实际0.64，计算时，取0.65m d吃水，6.5m L1=L，其中L为船长，89.19m 97%Lwl=91.9597%=89.19但计算时取不大于200m fbsqrt(Fb)见规范（2.2.1.4），取1.0 取： t=11mm 离船端0.075L区域内的船底板厚度t应不小于按下式计算所得 之值： = 式中:L1=L，其中L为船长，89.19m ；但计算时取不大于 200m s肋骨间距，计算时，取0.65m 取：t=10mm3.2.1.2 平板龙骨 平板龙骨的宽度b应不小于按下式计算所得之值： 取b=1800mm 平板龙骨的厚度t 应不得小于本节所要求的船底板厚度加2mm.且均应不小于相邻船底板厚度： 式中：L1=L，其中L为船长，89.19m ；但计算时取不大 于200m 取：131800mm3.2.1.3舭列板 舭列板的厚度: 当舭列板处为纵骨架式时，应不小于按以下算式所得之值： 式中：s肋骨间距，m，计算时，取0.65m d吃水，6.5m L1=L，其中L为船长，89.19m ；但计算时取不大于 200m fbsqrt(Fb)见规范（2.2.1.4），取1.0 E=1+s2/S2 S船底桁材间距，3.35m 取：t=11mm3.2.1.4舷侧外板 舷侧为纵骨架式,船舯0.4L区域内的舷侧外板厚度： 距基线D/2以上的舷侧外板的厚度 式中：s肋骨间距，m，计算时，取0.65m d吃水，6.5m L1=L，其中L为船长，89.19m ；但计算时取不大于 200m fbsqrt(Fb)见规范（2.2.1.4），取1.0 取：t=10mm距基线D/4以下的舷侧外板厚度: 式中：s肋骨间距，m，计算时，取0.65m d吃水，6.5m L1=L，其中L为船长，89.19m ；但计算时取不大于 200m fd见规范（2.3.5.5），取0.9 取：t=10mm 离船端0.075L区域内的舷侧外板厚度: 式中：（L1=89.19m, s=0.65m,sb=0.64m） 取： t=10mm3.2.1.5舷顶列板： 舷顶列板的宽度: 舷顶列板的厚度: 式中：L1=89.19m,s=0.65m,fd=0.9, D=7.53m取：10800mm3.2.2 甲板3.2.2.1强力甲板 船舯部0.4L区域内厚度： 式中：L1=89.19 m s=0.65m fd=0.9 D=7.53m 取：t=8mm 开口边线内及离船端0.075L区域内： 式中： L=89.19m , s=0.65m 取：t=8mm3.2.2.2甲板边板 甲板边板的宽度: 甲板边板的厚度: 式中： L=89.19m 取: 101200mm3.2.3首尾楼甲板3.2.3.1 在舱口边线以内及离船端0.075L区域内的厚度: 式中:s横梁间距 取: t=8 mm3.2.4驾驶甲板3.2.4.1 在舱口边线以内及离船端0.075L区域内的厚度: 式中:s横梁间距 取:t=7 mm3.2.5罗经甲板3.2.5.1 在舱口边线以内及离船端0.075L区域内的厚度: 式中:s横梁间距 取:t=6mm3.2.6船底骨架3.2.6.1中桁材 船舯部0.4L区域内中桁材的厚度: 实取: t=12mmh0为双层的计算高度1000mm取: 1000mm 旁桁材 取: t=9mm 船底纵骨的标准间距sb 船底纵骨的剖面模数W应不小于下式计算所得之值: 式中:s 为纵骨间距m d 为吃水 l 为纵骨跨距,但不小于1.95m3.2.6.2 实肋板的剖面面积: 应在中桁材两侧设2道旁桁材. 3.2.7 肋板 肋板厚度：实取 t=10mm h0为双层的计算高度实肋板的高度3.2.7.2舭肘板: 舭肘板的厚度: 舭肘板的高度: 取 102600 3.2.7.3舷侧骨架 肋骨或舷侧纵骨标准间距： 式中：L船长，89.19m 取： s= 650mm3.2.7.4主肋骨 主肋骨的剖面模数W 式中：s肋骨间距，m，计算时，取0.65m d吃水，6.5m c1系数，当L90m时，c1取1.05 当L90m时，c1取1.0 c=(2+0.65d/D)/(1.45-/l)=4.13 l肋骨跨距，3.30m 主肋骨的剖面惯性矩I 式中：（W=99.76 cm3，l=3.30m） 确定带板10650，选L15010012 列表校核如下：构件尺寸Ai(cm2)Zi(cm)AiZi(cm3)AiZi2(cm4)i0