[硕士论文精品]基于solidworks的油船内壳交互式设计系统

大连理工大学硕士学位论文摘要油船作为三大主力货船之一，其船体结构方式随着海难事故的不断发生及对海洋造成的灾难性污染后果而不断改进。油船船体结构经历了由最初的单壳体到最近的双壳双底结构形式，双壳双底结构方式，虽然提高了油船的防污染能力，但是也随之降低了货舱舱容。据统计，油船设置了双壳双底以后，相对单壳体油船，空船重量将增加20左右，干舷增加，船体主尺度也会发生变化，双层底的设置使满载的重心提高，对稳性的要求亦将提高。在压载状态下，将会出现大的自由液面，还必须进行大的自由液面的修正工作。因此，如何在满足规范的前提下，兼顾造船工艺、结构强度等约束要素，尽可能大的提高舱容是设计所面临的主要问题，也是船东所关心的问题。目前，油船内壳设计主要是靠手工进行，凭经验在AUTOCAD中反复修改，直到满足要求。并且内壳生成以后，还要在此基础上手工形成分舱数据，再进行舱容计算与校核。如果不满足要求还要进行修改，工作量大且效率不高，设计结果严重依赖于设计人员的经验。为了解决这种状况，本文对以下四个方面做了研究1研究了与油船分舱设计有关的规范内容，MARPOL7378规范、油船结构体共同规范2006和钢质海船入级和建造规范2006；2结合设计经验，总结出了双壳双体油船内壳设计的设计准则。该准则分别从规范要求、结构强度、建造工艺和舱容最大化等方面加以概括；3开发了基于SOLIDWORKS的油船内壳定义的设计系统，以船体型线为出发点，快速交互式进行货油舱和压载水舱的舱室定义，在几何信息定义的基础上，对分舱进行三维可视化浏览，并可以快速得到舱容要素，为后续的配载及稳性计算提供方案；4实例结果表明，所开发的系统实现了预定的目的，为高质量快速开展船舶分舱设计提供了一个有力的工具。关键词分舱内壳设计；型值表；舱容；双壳体基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统THEINTERACTIVEDESIGNSYSTEMOFTHEINSIDESHELLOFTHEOILTANKERBASEONTHESOLIDWORKSABSTRACTOILTANKERSASONEOFTHETHREEMAINCARGOSHIP，THEHULLSTRUCTUREIMPROVESWITHTHECONTINUOUSSHIPWRECKANDDISASTROUSMARINEPOLLUTIONTOTHESEATHESTRUCTUREOFTHEHULLUNDERGOFROMTHEFIRSTSTYLEBYASINGLESHELLTOTHERECENTSTYLEBYDOUBLEBOTTOMANDDOUBLESHELL，ALTHOUGHITINCREASESTHECAPACITYOFPREVENTINGPOLLUTIONTOTHEENVIRONMENT，BUTITALSOREDUCESCAPACITYOFTHEHOLDITISREPORTEDTHATTHETANKERSLIGHTWEIGHTWILLBEINCREASEDBYABOUT20WITHDOUBLEHULLANDDOUBLEBOTTOMCOMPAREDTOSINGLESHELLTANKER,THEFREEBOARDWILLBEINCREASEDALSO，THEMAINMEASUREOFTHEHULLWILLALSOBECHANGED，THESERINGOFDOUBLEBOTTOMWILLINCREASETHEDEADWEIGHTSCENTEROFGRAVITY，ANDTHEREQUIREMENTSOFSTABILITYWILLBEUPGRADEDALSOINTHESTATEOFBALLAST，THEREWILLBEAGREATLEVELOFFREEDOM，SOITISNECESSARYTOCARRYOUTTHERECTIFICATIONWORKFORFREESURFACETHEREFORE，UNDERTHEPREMISEBOTHOFRULE，ITISAMAINPROBLEMTHATTHESHIPOWNERCONCERNSTOINCREASETHECAPACITYOFTHEHOLDASFARASPOSSIBLEBYATTENTIONTOTHETECHNOLOGYOFSHIPBUILDING，THESTRUCTURALINTENSITY，ANDOTHERRESTRICTELEMENTSATPRESENT，THEINSIDESHELLOFTHEOILTANKERSAREDESIGNEDBYHANDWORK，ANDBEREPEATEDMODIFIEDINAUTOCADUNTILMEETINGTHEREQUIREMENTS，WHICHDEPENDSONEXPERIENCEOFTHEDESIGNERAFTERTHEDESIGNOFTHEINSIDESHELL，ITALSOFORMSADATEOFTHESUBDIVISIONBYHANDWORK，ANDCALCULATECAPACITYOFTHEHOLDIFITISNOTSATISFIEDTHEREQUIREMENTS，WEHAVETOMODIFYITAGAINSOITISAHEAVYANDINEFFICIENTWORK，ANDTHEOUTCOMEOFTHEDESIGNMOSTLYDEPENDSONTHEDESIGNERSEXPERIENCETOSOLVINGTHISSITUATION，THISARTICLESTUDIESONTHEFOLLOWINGFOURASPECTS1STUDYTHERULESRELATIONTOTHESUBDIVISIONOFTHEOILTANKER，INCLUDINGMM冲0L7378，COMMONSTRUCTURALRULESFORDOUBLEHULLOILTANKERS，RULESANDREGULATIONSFORTHECONSTRUCTIONANDCLASSIFICATIONOFSEAGOINGSTEELSHIPS；2COMBININGWITHDESIGNEXPERIENCE，STUDYTHECRITERIONOFTHEINSIDESHELLDESIGN，WHICHFROMTHERULEREQUIREMENTS，STRUCTURALSTRENGTH，CONSTRUCTIONTECHNOLOGY，MAXIMIZINGTHECAPACITYOFTHECARGOOILHOLDANDSOON；3DEVELOPTHEDESIGNSYSTEMOFDEFINITIONTOTHEOILTANKERSINSIDESHELL，RAPIDLYDEFINECARGOTANKANDBALLASTTANKBASEONTHE1INESMAKETHREEDIMENSIONALVISUALIZATIONBROWSEROFTHESUBDIVISION，ANDCARLQUICKLYGETTHEDATEOFTHESUBDIVISION，WHICHMAKEPROGRESSFORTHEFOLLOWINGCALCULATIONS；一II大连理二亡大学硕士学位论文4THERESULTSSHOWTHATTHESYSTEMGETSTHECORRECTAIMS，ANDITPROVIDESAPOWERFULTOOLFORQUICKLYSUBDIVIDINGOFTHEOILTANKERKEYWORDSSUBDIVISION；INSIDESHELLDESIGN；MOULDLINE；SHIPOFFSETSTABLE；CAPACITY；DOUBLESHELLIII独创性说明作者郑重声明本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名辜圭孳日期2艘经L笸HTTP/WWWTONGZHUANGPIFAWANGCOM/童装牛仔韩版童装大连理I大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名导师签名墨翌191年L月上日大连理工火学硕士学位论文1绪论11选题的意义及论文背景随着世界经济的发展，世界各国对能源石油的需求也越来越大，而石油的运输主要是依靠油船。伴随油船的大量出现而来的是大量的油船海事事故，大量严重的海事灾难，对人类赖以生存的海洋环境造成了严重的损害，海洋生态环境受到极大的破坏。近年来大量的油船海事事故让我们触目惊心1989年3月24日“EXXONVALDEZ号油轮在美国阿拉斯加的布莱礁搁浅，造成1080万加仑油全部泄露。这次巨大的影响促使美国政府布什通过了“1999年防油污污染法”，而这次漏油事故在当时的油船漏油排行榜上仅排名第53位，可见在当时世界大型油船事故发生的频率和破坏性。2001年11月，一艘悬挂巴哈马国旗作为方便旗，船龄已经达26年的老单壳体油轮“威望”号，在西班牙西北海域断裂沉没，造成了严重的油污事故。2002年的“PRESTIGE”号油船海损事件，以及2006年的东莞油船漏油引起千米河面大火，河边村民近300人紧急撤离，造成重大的经济损失，并对生态环境产生了极其恶劣的影响。这么多油船海事事故的频繁发生，使得拥有163个正式成员的国际海事组织蹦O做出了加速淘汰单壳体油船速度的新法令，他们将在2010年之前全部退役，而不是原先规定的2015年。同时也使人们不断探索新的分舱方式、舱室布置以及油船内壳设计新形式，相应的规范也日益完善。MARPOL7378公约92年修正案已于1993年7月6日生效，规定其完整性的97年修正案也于1999年2月1日生效。规范严格的规定了要设定专用压载舱等对分舱和破舱稳性密切相关的规定。2006年钢质海船入级与建造规范和油船结构共同规范也正式生效，因此在新规范基础上对油船分舱设计进行研究就显得十分必要了。在分舱设计过程中，传统的方法是船体型线产生以后，开始船舶分舱，设计货油舱内壳，计算舱容要素，得到满足要求的分舱方案，为后面的配载，稳性计算等提供基础数据。在方案设计阶段，由于其他因素交互影响型线或总布置，为了得到合适的方案，往往要反复修改很多次。分舱变化后，舱容要素就随之发生变化，载况也相应变化，完整稳性与破舱稳性也随之发生变化。为了对设计方案进行有效把握，需要及时对发生变化后的方案进行舱容要素计算、配载计算、完整稳性及破舱稳性计算。每次都是人工来进行，繁琐费时费力，严重制约设计质量与设计进度。因此，开发一个基于船体型线的基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统油船分舱设计系统是非常迫切的需求。在分舱设计的过程中，一般总是希望在满足规范要求的前提下舱容能尽可能大，从而提高所设计船舶的经济性。而当船体主尺度及型线给定后，舱容的大小就只和内壳有关，内壳设计的合理程度，直接关系到油船的舱容，关系到以后的营运费用，这样对油船的内壳设计做深入的研究，并制定油船内壳设计准则，就显得十分必要了。本论文以船舶CAD中心承担的研究课题辽油大工研究院“成品油船项目一一高经济型5万吨成品油船设计关键技术研究”中子课题“分舱布置优化及稳性研究“为工程背景进行深入研究。12油船内壳研究的国内外状况由于油船在世界经济中具有极其重要的作用，同时由于其对环境以及其他方面带来的一系列的影响，从很早就已经引起了世界各国的重视。双壳体油船从上世纪90年代才开始提出，但对双壳体油船的研究也已经取得重大突破。121国外双壳体油船的研究现状当代油船的发展除其本身技术经济性能指标日益提高之外，在很大程度上受制于一些国家和国际海事组织聊O从环境保护和提高安全角度出发而制定的法律和法规的新要求，这些要求对油船体结构的选择施加很大影响。要研究油船的发展状况，不得不结合油船规范和世界对环保要求的发展来研究。1990年8月15日美国总统布什签署了“1990美国污染法案”USOPA90OILPOLLUTIONACT90。条例规定1990年6月30日以后订货新建或1994年1月1日后交付的5000总吨以上的油船，如果进入美国水域必须设有双层壳体。并且公布了一个从19952010年使现有单壳体油船逐步退役的计划附表1【。典型的双壳体油船是日立造船公司1993年2月1日为希腊AROSAMARITIME航运公司完工的VLCC“AROSA号。该船的最大特点是【23】压载舱内装有可燃气体检测系统，可自动供给惰性气体防爆。此外，考虑到便于防爆、急救、抽检和维修等，在双壳体内备有可从上甲板直接入内的通道。主机采用微机遥控，可从桥楼操纵，并装有自动化监测装置，无人机舱。货舱区全部采用双层底和双舷侧压载水舱，船体结构为纵骨架式，货舱区设2道纵舱壁和6道全船宽横舱壁见图11。大连理工大学硕士学位论文图1L“AROSA”号货舱段分舱图FIG11THECHARTOFMEHOLDSDIVISIONOFMEAROSA全船船体外板的厚度比德国劳氏船级社规范要求加厚1毫米。另外，内底板、甲板纵桁、甲板强横梁、货舱区段最上层纵舱壁板和最上层横舱壁板比规范要求加厚1毫米。IMO海洋环境保护委员会第32次会议正式规定，1993年7月6日以后签约的5000DWT以上的油船必须采用双壳体结构双舷侧双层底，或带中高甲板的双舷侧结构，或IMO海洋环境保护委员会认可的其他等效结构。由于该规范的实施，在此之后签约的新船出现了一系列的问题，如船体重量、构件数量和涂料面积大幅度增加，工期加长等。为此，川崎重工决定从减少与纵骨连接的大量小扶强材着手，开发了新的结构方式，即在船体结构约2万处的桁材与肋骨连接部位采取特殊的苹果状开口，从而省去了许多小骨材，使原来双壳体结构VLCC的小骨材减少25。同时采用了自动化焊接，从而大大提高了效率。川崎重工把这一结构方式称之为“川崎苹果槽”。F23】中高甲板设计是日本三菱重工业公司建议的一种等效的替代方案，其舷侧位双壳体，同时将内底板提高到舷侧的一半左右，但是低于满载水线，形成中高甲板见图1。2。甲板上下仍可作为储油舱。万一发生海损船底破裂时，由于船体外部压力大于船体内部中高甲板下油舱的压力，从而避免货油外流。中高甲板克服了双壳体结构的主要缺点，但德国劳氏船级社谨慎地指出，在现阶段它对中高甲板的支持不会超过双壳体，然而该船级社也注意到中高甲板在大能量碰撞时有更好的性能。【2Q】美国的OPA90颁布后引起了国际海事界的激烈争论，纷纷认为双壳体结构仅仅在冲击能量小的事故中具有良好的保护作用。在能量大的事故中，美国提出的双壳体结构就难以起到保护作用，而这类事故又特别会导致严重事故。为了减少油的外流量，波兰格丁尼亚船厂推出了双壳体油船的新设计。设计人员认为，船舶发生碰撞时穿透船舶的基于SOIDWORKS的油船内壳交互式设计系统最危险区域是船首和球鼻首的上部，油船采用这一新设计后，可有效减少碰撞时的外流量。见图13图12油船中高甲板简图H1FIG12THEMIDDLEHI【曲DECKDIAGRAMOFTHEOILTANKER图13减少舷侧受损的货油舱形式FIG13THEFORMOFOILTANKERTOPREVENTTHEDAMAGEOFTHEBROADSIDE尽管对双壳体油船设计提出了种种方案，但双壳体油船结构存在着下列缺点1使外壳板的纵向、横向和侧向均受力，且受静力和动力两种外载荷，因此计算板的复合应力和屈曲强度是一项非常复杂的任务；2双壳体内空间狭小，不便于施工、通道通风、清除沉淀物和检查维修等；3双壳体内用作压载舱降低了整个船内容积的利用率，使受海水侵蚀的表面积增大，增加了涂装、维修费用。九十年代初，建造一艘船舶的决定因素是资金。据日本造船界对双壳体油船建造成本的估算表明，一艘258000DWT的VLCC若建成双舷侧，则建造成本比单舷侧单底型高HTTP/WWW517ARTCOM/包装设计大连理工人学硕士学位论文57，若为双层底型则高1320，若为双壳体型则高1520。对150000DWT油船来说，成本增加比率与258000DWT的相同，对80000DWT油船来说，若以双舷侧型油船的成本为标准，则双层底型要高911，双壳体型高1416T41。1995年起，针对新建油船双壳化的要求延伸到现役油船。MARPOL公约附则I第13G条规定，单壳油船达到30年船龄，必须改造或退出航运市场。但这项决议执行不力，直到1999年12月12日ERIKA号在法国海岸出事，造成14000T重燃油泄漏污染，污染附近LOOKM海岸，IMO成员国才开始讨论加速单壳船体油船退出市场的时间问题。经协商，2001年IMO制定了单壳油船退出市场的时间表，要求2003年9月1日起，强制实施MARPOL7378公约2001年修改案例附则I第13G条规定的时间表。2003年12月，IMO再次修订附则I第13G条，规定自2005年4月5日起，禁止5000DWT以上单壳油船装运重油，600“5000DWT之间的单壳油船2008年将禁止航运。没有独立压载水舱的1类单壳油船，已于2005年禁止航运；有独立压载水舱的2类和3类单壳油船，强制退出的时IMO国际海事组织于2006年3月颁布了双壳体油船结构共同规范，该规范的目的就是建立油船建造、维修的共同准则，以规划油船的建造、维修和营运。2006年6月3日德国建造完成了“SEATROUT”号安全级双壳体油船，该船是迄今为止德国制造的最的双壳体油船，也是世界上最安全的油船之一，可以运原油和石油制品。该船在所有货油舱、燃油舱和贮存柜的区域按照MARPOL规则设置双壳体。这种双壳体提高了防止船舶在可能的碰撞或船底破损之后由于含油物质流出而造成环境污染的安全性具有比单壳油船高4倍的防撞能力H1。122国内双壳体油船的研究现状我国国内双壳体油船研究起步较晚，但是对这方面的研究也做出了很大的贡献。上海交通大学的柳存根教授等人对VLCC的破舱稳性进行了详细的分析瞄1，对236万吨油船双壳体压载舱的划分方式和尺度变化进行了讨论，并对不同压载形式对船底撕裂剩余稳性的影响进行了分析计算，总结了各种状态时的影响程度。蒋玮、潘斌等3对特定的巴拿马型油船进行了探讨，指出MARPOL规范对设计产生的影响，对比分析了某总体分舱方案的优缺点，针对巴拿马型船舶给出了设计时为满足分舱和破损稳性要求而采取的一些改进措施。天津大学的别安社N1在2003年以气浮稳性分析理论为基础，针对单体气浮结构，给出了分舱结构气浮稳性的计算方法，提出了通过分舱增强气浮稳性的方法。舱格位置的优化办法，对大型油船的分舱有定的借鉴意义。基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统大连理工大学的林焰教授等聃3运用神经网络专家系统来进行油船分舱的智能VLCC船舶主船体分舱优化方法研究设计，在给定规范要求后，TAGNES进行智能推力计算与校核，输出若干可行的、优选的分舱方案，设计者可以直接采用这些方案，也可以在给出的方案下进行修改同一时期，林焰等人还将分舱进行电算化，对其进行仿真。通过对建立在数据库基础上的B。REP方法的应用，描述了用无界平面逐步分割船体内部任意有界空间，从而划分出每个舱室。并提出了较完整的关于船体及其内部各种不同形状和位置的舱室几何拓扑关系的描述，解决了船体内部空间分隔具有任意性的问题。2002年，王自力、顾永宁提出了提高VLCC侧向抗撞能力的一种新式双壳结构阳3，引入耐撞结构NOAHSII的设计思想，提出了一种改进的双壳设计概念CCT。与现有的舷侧双壳结构设计相比，不仅具有最大的耐幢力，而且具有最好的耐撞性能。另外，还有许多学者对油船需要满足的MARPOL规范的具体内容和发展变化进行分析与研究，给出自己有利于分舱和破舱稳性要求的方法和建议。随着人们的环保意识的增强以及超大型油船的特点，各种规范对油船的要求和限制蒋会越来越苛刻，单壳体油船的迅速淘汰以及新型环保型经济油船的研究将是未来几年世界油船的发展特点。未来的研究方向将是经济型与环保相结合，尽量做到合理分舱，使超大型油船的海损事故对人们的影响降到最低。13论文主要研究内容结合在实际分舱设计的中的困难，本文主要研究了一下四个方面的内容1研究了与油船分舱设计有关的规范内容，MARPOL7378规范、油船结构体共同规范2006和钢质海船入级和建造规范2006；2结合设计经验，总结出了油船分舱设计中双壳双体设计准则。该准则分别从规范要求、结构强度、建造工艺和舱容最大化等方面加以概括；3开发了基于SOLIDWORKS的油船内壳定义的设计系统，可以船体型线为出发点，快速交互式进行货油舱和压载水舱的舱室定义，在几何信息定义的基础上，对分舱进行三维可视化浏览，并可以快速得到舱容要素，为后续的配载及稳性计算提供方案4通过实船实例，验证开发系统的可行性。设计结果显示，所开发的系统实现了预定的目的，为高质量快速开展船舶分舱设计提供了一个有力的工具。大连理工大学硕学位论文2油船内壳优化应遵循的原则油船内壳设计的过程中，要考虑到规范对双层底结构的要求，船舶有足够的舱容，船舶内壳结构的连续性，以及建造工艺和首尾线型等多方面的要求和影响。各个方面的具体要求如下21MARPOL7378公约对双壳体结构的要求MARPOL公约规定1213】，所有载重量超过5000N屯的油船都应该设置双层底和双舷侧边舱处所，并且使该船不使用货油舱装载压载水而安全地进行压载航行，双层底和双舷侧边舱处所能够保护货油舱或处所，并保证在一定数量内的舷侧外板破损时，不至于使船舶沉没。油船设置了双壳体后，货油舱区已经全部位于双壳体的保护之内，因此保护面积一定能满足MARPOL7378的要求MARPOL7378I13F见附录2。双壳体的设计还必须满足MARPOL公约的最低要求，其要求如下211对双层底舱及处所高度的要求每一双层底舱或处所的任一横截面的垂直深度应为货油舱双层底与船底壳板型线之间的垂直距离H，如图2。1所示，不得小于下式计算值双层底高度HB15M；或H2OM，两者取最小值。最小值H1OM。21由此可见，对于型宽大于30M的油船，H20M；对于型宽小于15M的油船，五10M；型宽介于30M与15M之间的油船可以直接利用公式HB15M计算得到。212对边舱或处所的宽度要求边舱或处所应伸展到舷侧全深或是从双层底顶端到最上层甲板，无论船舶的舷缘是否为圆弧形。各边舱或处所应布置成使得全部货油舱皆位于这些舱或处所壳板型线的内侧面。在与舷侧壳板垂直的任何剖面处测得的距离W值，如图21所示，不得小于下式计算值双层底舷侧宽度W05DW20000M；或W20M，取最小者。最小值W10M22由此可见，对于小于L万总吨的油船，取W1OM；对于3万总吨以上的油船，取W2OM；对于介于1万总吨与3万总吨之间的油船，可按公式WO5OW20000M算出。基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统图21油船横截面简圈FIG21THECTOSSSECTIONDIAGRAMOFTHEOILTANKER舷侧外板213舭部弯曲区域或舭部无明显弯曲的部位当W和H两者距离不等时，W值应在基线以上超过15乃处选取。W的量取分两种情况，即有舭部升高和无舭部升高两种。无舭部升高时，W值的量取如下面图22和图23所示有舭部升高时，W值的量取如下面图24所示图22无舭部升高J2131FIG22WITHOUTHOIST碾线大连理R大学硕士学位论文图23无舭部升高1213】FIG。2。3WITHOUTHOIST鏊线图24有舭部升高时【12131FIG24WITHHOIST214规范对双壳体油船顶凳和底凳的要求对于船长190M及以上的油船建议不采用槽形纵舱壁。一般情况下，垂直槽形油密纵舱壁应设置顶凳和底凳。顶凳和底凳的结构见图25基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统1底凳要求【14】底凳的高度一般不小于槽深的3倍，厚度不低于其上面的船壁板的厚度要求；底凳底部宽度不小于槽形平均深度的25倍；底凳顶部宽度不小于槽形平均深度的3倍2顶凳要求【14】顶凳的高度一般取为槽深23倍，而矩形顶凳的高度一般是槽形深度的2倍，但是必须大于甲板强横梁的高度；顶凳底板宽度一般与底凳顶板宽度相等；非矩形顶凳的顶部宽度不小于槽形深度的2倍，顶凳边板可直接与甲板相连接，横向通过肘板与横梁相连。图25顶凳和底凳结构简图FIG25THESTRUCTUREDIAGRAMOFTHEUPSTEPANDBOSOMSTEP3无底凳或顶凳的结构布置如果不设顶凳，在甲板下应设置两强横梁，它们与槽形平面部分安装在同条直线上。如果不设底凳，在底部，槽形舱壁通过全融透焊与内底板相连，支撑肘板通过全融透焊或深熔焊与内底板相连接。2，15双壳体油船需要考虑的其他方面双壳体油船在设计时，还需要考虑的其他要求【15】1对完整稳性和破舱稳性的要求；大连理工大学硕士学位论文2减小船体纵弯距的要求；3双层底的高度必须满足强度的要求。若船东有要求提高船舶的抗碰撞能力，则增加边舱高度和增加边舱内水平桁等措施4边舱的宽度与双层底的高度能满足人员从露天甲板安全通至双层底内的梯道安排，以及检查维修与保养等操作要求；5对宽油舱的船，特别要注意满足在码头装卸货物时所需的压载水量为达到改善稳性的目的及横倾平衡，及尽可能减小自由液面的边舱的形式；22舱容对双层底结构设计的要求在满足总体性能确定的各种尺度要素后，油船的外部线型也就定型了。根据MARPOL13F条款给定的间距，理想化的结构是沿着船体外部线型等间距做一个相同线型的内衬或谓之双壳结构，舱容利用率最高了。但从经济角度出发工厂不会也不可能采用这种方式。因为，货油舱容积可以表述如下K木地蹋货油舱容积K容积系数即考虑船体结构坛厶BI一2WDH式中厶货油舱长BT货油舱任何一处横剖面宽度，其余同上。由上式可知，K、厶是由总体及规范所确定的P一般也是常数，那么只要选择沿船长方向召，和W的最小两点，连成直线，则全部舱容都满足13F条款，双底H则更容易满足要求。但是这样舱容不能达到船舶主尺度不变时舱容最大化，设计舱容也不能满足舱容要求，因而是不经济的，更无法满足船东对舱容尽可能大的确定要求。因而为了使舱容尽可能大，只能通过沿船长方向多取几个折角点，才能满足设计要求。这样才能既简化施工工艺，又保证在在满足设计准则的要求下有尽可能大的舱容。23保证内壳的连续性内壳的连续性主要是指平行中体内外货舱段结构的连续，货舱段和首尾其他舱室结构的连续，作为检验通道PMA结构的连续等。24建造工艺对内壳定义的要求船舶的设计还要考虑到在实际建造中建造工艺对结构设计的限制，同样油船的内壳定义也不例外，船舶在内壳设计的时候主要考虑以下几条的影响【15】基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统241避免船舶脆断1尽量减少结构及焊接接头的应力集中，使结构中的焊接处便于焊接，这样可以减少焊接缺陷，也便于检验。在结构或构件截面改变的地方，必须设计成平缓过渡，绝不能形成尖角。另外，还应尽量采用应力集中系数小的对接接头，而不用搭接接头，因为措接接头的应力集中系数比较大。2避免焊缝聚集。钢船建造规范规定，两条平行对接焊缝之间的距离应不小于LOOMM；对接焊缝与角焊缝之间平行距离应不小于50RAM，以免两个脆化区连在一起，加大脆化范围。3在保证结构强度的前提下减小结构刚度，切勿随意增加钢板厚度，降低工作应力来防止脆断。因为这样做，不仅不能防止脆断，反而会增加脆断的可能性。4对于附件或不受力焊缝的设计，应同样给予足够的重视，因为脆性裂纹一旦由这些不受到重视的接头部位产生，并扩张到主要受力构件中，就会使结构破坏。242易于焊接应尽量保证内壳有四边形平板组成，除非有特殊需要，尽量避免使用三角形板或曲面板。具体情况参考图28。243设计中还要注意结构节点形式在设计中要注意节点处连接方式，节点的连接方式不仅影响结构的稳定性，还对焊接工艺有一定的影响【16】。1应尽保证肋板、内底板和舭部斜板厚度中心线汇交与同一点。如图26所示。图26节点形式【47】FIG26THEFORMOFTHENODE大连理工大学硕士学位论文2应尽量保证内壳纵舱壁板、边舱水平桁和舭部斜板厚度中心线全部汇交与同一点。如图27所示。燕图27节点形式47】FIG27THEFORMOFTHENODE援25首尾线型对内壳定义的要求确定舭部斜板的斜率时，应兼顾首尾型线的变化趋势。原因是根据上述24原则建造工艺应尽量使用平板，也就是平行中体内外舭部斜板斜率应尽量保持一致。由于船体型线在首尾部变化比较剧烈，在设计内壳时要尤其注意，使首尾部分的内壳板尽量是平面四边形板，除非不得已才能使用三角形板。首尾部分与平行中体部分对应部分的板，不能发生扭曲变型，曲面板不宜于焊接。基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统圈28正确的放样茸例FIG28ANN曲TEXAMPLEOFLOFING由图28可以看出来，在相邻的折角面草图之间，舭部斜板在同一个平面内，都是由四边形平板相邻的舭部的斜板不在同个平面内，但是船舶中纵剖面的央角相同，没有发生扭曲变形。其他对应部位的斜板也是样，相邻的折角而草图之间的板都是平面四边形板，相邻的板斜率相同没有发生扭曲变化。HTTP/WWWTONGZHUANGPIFAWANGCOM/童装批发市场织里童装大连理工火学硕士学位论文3油船内壳定义的步骤油船内壳定义的难点就是各个横剖面处折角点的选取，只要确定了各个横剖面上的折角点，再沿船长方向用直线依次连接各个对应的折角点，就能定义一条曲线，这样就能确定舭部斜板，再根据上面规则确定双层底高度和舷侧宽度，确定双层底的内底板和舷侧内板，就形成了完整的油船内壳。然后再进行油船内壳的舱容校核，和其它后续计算。内壳设计时，对船体型线变化交换慢的平行中体部分，设计相对来说比较简单，也比较容易满足要求；而对船体型线变化较剧烈的船首和船尾部分，就比较复杂了。因此我们分两部分来分别介绍。3，1确定船中横剖面平行中体内内壳形状在型深、型宽和舭部半径已知的前提下，再根据规范确定双层底高度和边舱宽度，此时惟一不确定的是舭部斜板的形状和位置。我们知道，在平行中体内，沿船长方向折角点都在一条直线上，我们只要确定中横剖面上的折角点，然后沿船长方向做直线就可以了。确定舭部斜板时必须考虑23条原则保证内壳结构的连续性，还要兼顾25条原则首尾线型对内壳定义的要求。在这里，结构连续性具体表现为1斜板的两个顶点这里为疲劳危险区域必须位于甲板纵骨间距和舷侧纵骨间距的整数倍位置，此位置必须有水平桁和旁桁材进行结构支撑。该水平桁同时作为检验通道PMA使用。2在边舱其它高度上还应根据SOLAS公约的要求设置检验通道PMA，其具体位置应和舭部斜板顶点处检验通道PMA的位置协调后确定。在特殊情况下，内壳还有可能出现顶边舱斜板如50000DWT成品油船，其确定思路和舭部斜板同理。如上所述的内壳形状应在整个平行中体内保持一致。由于舭部斜板的确定受设计者的主关因素影响，这里所说的平行中体可能会大于按船体型线来说的平行中体。32确定首尾各横剖面平行中体外内壳形状在船首部和尾部，随着型线的变化，内壳应该顺势向内收缩，以确保满足规范的要求。这时的主要依据是24所述的原则建造工艺，大中型油船内壳通常设计为折角形，以确保内壳尽量由平面组成小型油船也有曲面的。保证内壳为平面的充要条件基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统是在不同横剖面上，所有构成内壳的线条在对应位置上都要相互保持平行。各个横剖面上的内壳形状设计完成后，再依次连接相邻横剖面上的对应的折角点，就能够形成油船的完整内壳。但随着设计的深入，应根据上述23原则结构连续性进行细节调整。具体表现为1沿船长方向，所有折角点的位置都应该位于某个横向强框架或横舱壁处，但要偏离一定距离以便于生产。偏离的具体尺寸一般根据船厂分段划分的习惯确定16000DWT成品油油船和26000DWT成品油船取200MM，50000DWT成品油船取为150MM。确定向前还是向后偏移时，要根据扶强构件所在的方向，一般情况下二者为反向。二者同向时，应保证偏离距离至少大于扶强构件高度。2所有结构在货舱区内必须和平行中体内对应位置构件保持连续。在货舱区外还要尽可能和首尾其它舱室的构件保持连续，尤其是包括检验通道PMA在内的纵向强构件，要尽可能和首尾其它舱室的纵向强构件保持连续。么_昌“4L垂兰昌曼窘未昌28巨L型LL芒一|劢宝拦心心厂图3150000DWT油船内壳型线简图FIG31THEINSIDESHELLLINEOF50000DWTOILTANKER大连理二I大学硕士学位论文33舱容校核做内壳定义的首要目的是要保证货舱区有足够大的舱容，所以在内壳定义完成以后，我们应该能够对新定义的内壳做迅速准确的舱容校核，来检验所设计的内壳是不是符合要求。当舱容达不到要求值的时候，应该立即采取措施，来满足舱容的要求。舱容不足主要有两种情况舱容略低于期望值和舱容严重不足或余度过大两种。这两种应该分别加以解决。1舱容严重不足或余度过大应修改总布置，甚至修改主尺度。舱容严重不足或余度过大，一般不会出现。2舱容略低于期望值舱容略低于期望值，这种情况是比较常见的，一般用下面几种情况来解决。1在船长方向增加折角点个数。该方法特别适用于型线剧烈变化的区域。折角点沿船长方向的距离，根据船厂的习惯取为分段长度的整数倍。2在横截面内增加折角点个数。该方法特别适用于货舱区首部型线呈深V型的船舶。其缺点是局部将出现三角形板，不利于施工。3放弃内壳始终为平面的原则。该方法特别适用于型线剧烈变化的区域。其缺点是局部将出现平板扭曲而成的曲面板，不利于施工。4增加梁拱高度或改变梁拱形状。但不可过度改变梁拱，否则会破坏甲板板和甲板构件之间的正交性。基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统4舱室分类及规范对分舱的要求内壳设计作为分舱设计的一部分，内壳设计完成以后要接着进行分舱，然后计算舱容要素。若满足要求，则方案可行，这样就为后面的稳性计算提供了一个种方案；若不满足要求还要根据具体情况修改。因此，为了检验内壳设计方案是不是满足要求，本论文也对分舱做了初步的讨论。41舱室分类船舶分舱与破舱稳性是船舶的重要性能之一，在实际应用中，需要计算的船舶性能通常包括舱容计算、静水力曲线、邦戎曲线、稳性横截曲线、各种装载状态下的浮态初稳性、各种装载状态下的浮态稳性校核、各种载况下的破损稳性计算与校核等内容。这些计算可归结为，求任意浮态下船体在水线下的几何要素；如果是破舱稳性计算，则还要计算破舱在水线下的几何要素。上述的计算都是以船舶舱室进行合理划分和舱室定义为基础的。舱室定义，或者说是对舱室形状进行描述，目前主要有两种处理方法一是取平均截面为规则的几何形状矩形或梯形作近似估算；二是用一组离散点，即顺序连接而成封闭的折线细致地对舱室型值予以描述。前者简单方便，但不能真实地反映舱室的形状，造成最终计算结果产生一定误差；后者可以充分利用船体的型值数据，计算比较精确，但是计算会相对复杂，需要大量时间。尤其是像VLCC、舰船等舱室众多，布置复杂的船舶更是这样。本文所作的舱室定义，是采用只描述典型剖面的数据，充分利用船体原始型线数据描述舱室。这样做既准确地描述了舱室形状，又节省了计算时间，减少了工作量。目前海洋上在航的船舶种类繁多，根据其功能和需要，船体空间的划分也是千差万别。有的船舶舱室比较简单主要是用水密横隔壁分隔船体表面形成比较单一的水密大隔舱，各个大分隔舱室中会有纵向的水密贯通纵隔壁。比较典型的此类舱室如方型驳船舱室、大型油船货油舱等。有的船舶舱室构成比较繁杂，在其内部根据实际需要形成大量的货舱、水密分隔舱、压载水舱以及客舱等。由于其用途复杂多样，因而舱室形状不一致。拥有此类舱室的典型船舶有客船、军舰等。尽管各种船舶的舱室形状不一，种类繁多，但经综合研究后发现，根据具体舱室空间和船体外表面本章所谓船体表面是指由船壳外底板、舷侧边板以及内甲板所围形成的封闭空间的型表面的关系，可以将舱室大体分为3类如图1S191完全由船体型线构成的舱室。如一般船舶的首、尾尖舱等。这类舱室的数量在实际船舶中一般相对较少如图41A；大连理工大学硕士学位论文2某部分轮廓线由船体型线构成的舱室。如一般船舶的压载边舱，双层底舱等。在实际船舶设计建造中，一般是此类舱室居多如图41B；3与船体型线完全无关的舱室。如大型油船的中货油舱，水密分隔舱、部分泵舱等等。此类舱室的数量在一般船舶中的比例也相当大如图41C。L隳QBC图41舱室与型线之间关系FI941THERELATIONSHIPBETWEENHOLDANDSHIPFORMLINE根据舱室空间的用途以及各个舱室之间的关系，又可以详细划分为以下6类1舱柜舱柜一般是水密液舱。在船舶的完整浮性、稳态计算，自由液面修正，配载计算，以及破损稳性计算时都要考虑的舱室空间；2关联舱柜关联舱柜是被叠加到父舱柜上的子舱柜。它们具有舱柜的所有属性。可以是实际存在的舱室，也可以是概念舱室。他们可能是互相邻近的空间，也可能空间位置相距很远，但是所有的子舱柜叠加在一起一定构成一个完整的物理舱柜。在配载时关联舱柜不单独输入配载数据。另外，如果该关联舱柜的父舱柜破损，那么和父舱柜相关联的所有子舱柜均破损；3关联负舱柜；关联负舱柜与关联舱柜的含义类似，它们也是被叠加到父舱柜上的子舱柜。它们具有舱柜的所有属性。但它们是从父舱柜中减去的舱柜。4隔舱5关联隔舱；6关联负隔舱。隔舱、关联隔舱、关联负隔舱的含义与舱柜、关联舱柜、关联负舱柜的含义相对应。但隔舱、关联隔舱、关联负隔舱是仅仅用于计算破损船舶的浮态、稳性的舱室空间，它们不参与完整船舶的浮态稳性计算，也不参与配载计算。舱室几何要素是舱室与船体表面的相对位置以及其边界的空间位置。舱室几何要素描述了舱室的几何特征。即用一个长方体由舱室空间各维的边界来界定该长方体来约束舱室空间。对每个断面用能够充分表达断面形状的一系列型值点来描述，且为了方便于按封闭曲线积分，该点列按逆时基于SOLIDWORKS的油船内壳交互式设计系统针方向排序。各计算断面型值点的个数可以不等，所给型值点所构成的封闭折线应该接近实际断面的轮廓形状。按此方法描述舱室形