船舶结构设计1任务书、指导书

1、船舶结构设计2课程设计任务书船舶结构规范设计一、设计目的及意义本课程设计是船舶与海洋工程专业教学中综合性和实践性较强的教学环节，通过本课程设计，使学生了解工程设计的基本内容，同时对船舶规范设计方法及过程有一个清晰的认识，培养和训练学生耐心细致的工作作风，为学生毕业后从事船舶结构设计打下良好的基础。二、设计原始资料本课程设计共提供三艘船舶的原始资料，各组同学可根据教师要求选择其一作为设计对象。三艘船舶全部为全焊接钢质船舶，主航行于沿海航区，航速15节。1900TEU集装箱船(1)主尺度及主要系数 m129 m m m（2）肋距-5#-14# 600mm 15#164# 700mm 165#198

2、# 600mm（3）总布置图及型线图（4）静水弯矩及翘曲应力船舶中部某剖面静水弯矩： =102560 船舶中部某剖面上最大翘曲应力 =25500 DWT油船 (1)主尺度及主要系数100.11 m94 m18 m9.6 m（2）肋距-5#-11# 600mm 12#128# 700mm 129#144# 600mm（3）总布置图及型线图（4）静水弯矩船舶中部某剖面静水弯矩： =67412 34350 DWT油船(1)主尺度及主要系数99.953 m96 m16 m7.35 m（2）肋距-5#-10# 600mm 11#127# 700mm 128#145# 600mm（3）总布置图及型线图（4

3、）静水弯矩船舶中部某剖面静水弯矩： =57178 三、设计内容在调研的基础上，根据设计任务书的具体要求，完成船结构规范设计工作：（1）确定结构设计原则；（2）船中部（货舱区域）结构规范设计：根据钢质海船入级与建造规范（2001版）对船中部（货舱区域）主要结构进行具体结构设计；（3）强度校核：根据规范设计的结构尺寸进行总纵强度校核；（4）绘制中横剖面图：根据校核合格后的尺寸用A3图纸绘制中横剖面图（包括强肋位和普通肋位）；（5）绘制基本结构图（局部）：根据校核合格后的尺寸绘制基本结构图（局部）；（6）整理完成结构规范计算书。四、提交成果（1）结构规范计算书；（2）中横剖面图（包括强肋位和普通肋位

4、）；（3）基本结构图（局部）。五、设计要求总要求：分组协作、独立完成。（1）对任务书进行分析，确定结构设计原则；（2）设计计算书书写工整有条理、计算正确无误，内容齐全；（3）用AUTOCAD或手工绘制皆可，图纸清晰、图面整洁、线型正确，图面文字符合标准；（4）学生应按时保质保量地独立完成全部课程设计任务。六分组安排设计过程中，从船底肋板布置角度，将每一艘船分为每三档设置一实肋板和每四档设置一实肋板两种结构形式。因此，所有同学共可以分成32=6组。船舶结构设计2课程设计指导书船体结构规范设计一、结构设计的依据 船体结构设计通常是在船舶总体设计基本完成以后，根据已定的主要尺度、型线图、总布置图以及

5、任务书(对船舶用途、航区、装载、建筑形式、甲板层数、主要设备，使用要求等等)的要求进行的。二、结构设计的任务 结构设计的基本任务是，选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。 船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计，在不同的阶段完成不同的工作： (1)初步设计，根据批准的技术任务书对整个结构的设计原则(例如，船体材料及结构型式的选择、重大技术措施的采取等)作出分析比较，对主要构件的布置与尺寸作出理论的估算，并绘制横剖面图，给出钢料预估单。 (2)详细设计，根据确认的初步设

6、计及审批初步设计时所作的各项决定进行。在这一阶段中，全面解决结构设计中的技术问题，最终确定构件的布置、尺寸及连接方式，提交送验船部门审查所需要的设计图纸及技术文件。(3)生产设计，主要绘制各部结构、构件连接的施工详图。三、结构设计要求 结构设计中会出现众多的矛盾，如何处理好这些矛盾，使设计的船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能，是设计者必须遵循的原则，也是对结构设计提出的要求。这些矛盾主要反映在如下几个方面： 1、强度与重量的矛盾 船体必须具有足够的强度，这是首要问题，否则会造成结构的损坏，危及安全。要提高强度，一般需加大构件尺寸，尺寸过大，强度过剩以会造成船体自重增加，使成本提高，并减少船

7、舶的运载能力，使经济性能欠佳。必须恰当地处理好这一对矛盾。 保证结构强度是矛盾的主要方面，在此前提下应力求减轻结构重量。 2、结构和工艺性的矛盾 船舶建造的方法对结构设计有重大影响，必须密切结合承造厂的实际情况进行结构设计，设计时应充分考虑结构的工艺性要求。 3、结构与使用性的矛盾 结构的布置和尺寸的选取应符合使用要求。例如：干货船货舱的结构布置便于货物的装卸，油舱的构件尺寸应合理地考虑油气的腐蚀余量等。 4、选材料与材料来源的矛盾 选用材料时不仅要考虑材料的机械性能与工艺性能，也要考虑材料的来源及国家供应情况，立足国内，对内河中、小船舶及船舶的次要部位可以选用较低级别的材料或代用材料。总之，

8、结构设计的过程是一个解决矛盾的过程，设计者应有全局观点。与总体轮机、电气、设备的设计密切配合，确保船舶在各方面都具有良好的性能。四、结构设计的方法 1、仿型设计 接母型船的结构形式，构件尺寸与航行经历，经分析处理设计出新的同类船舶。这种方法主要的模仿母型船进行结构设计，其优点是设计工作量少，便宜、强度可靠。但对目前船型、机型复杂的情况已不适应。 2、规范设计 目前民用船主要采用这种方法进行结构设计，即主要按船舶建造规范进行，辅以必要的强度计算。这种方法设计简便，一般强度能保证，但规范只能包括一般的运输船舶和通用的结构形式，而对特种尺度的船、特种船舶与特殊型式的结构，仍然要用船舶结构力学的方法进

9、行强度校核。且设计所能达到的水平取决于规范制订的水平，其设计主动权不在设计者手里。 3、直接计算法设计 对规范规定以外的船舶，只有采用直接计算的方法来决定设计船的构件尺寸，当然，对同类船的参考及经验的运用也是不可少的，因为计算方法目前还发展得不够完善。 近几年来，概率分析设计方法，结构优化设计方法正在应用到船舶设计中来，并必将逐步取代目前常规的设计方法。五、规范法设计的基本步骤 常规船结构设计的大致步骤是： l、据线型图、总布置图及任务书的要求，通过调查研究，总体分析同类船舶在结构上的优缺点，定出结构形式、肋骨间距及改进措施。 2、船体中部受总纵弯曲的力最大，是全船结构的主要矛盾所在，所以设计

10、从船的中部开始，即在船的中部范围内选24个具有代表性的剖面，如机舱口剖面等进行设计。先按规范计算主要构件尺寸，然后参考型船的实际结构尺寸并结合使用要求及材料供应情况等来选取新设计船的构件尺寸(尺寸应符合材料规格与型号)，对某些规范上未规定的构件需参考型船按经验决定或用计算方法决定，在这过程中逐渐绘制出船体中部剖面图。规范计算与船体中部剖面图绘制是交叉进行的。 3、据船体中部剖面图与总布置图进行全船结构布置，即绘制基本结构图。同时完成主要构件计算书。 4、进而完成其它所有的图纸与文件。 船体中部剖面图与基本结构图是全部结构的全局性构想，它集中反映了设计船的结构型式，主要构件尺寸、连接方式与构件布

11、置等，是其它结构图的原则依据。但随着结构设计阶段的深化与发展，所有结构图的绘制与计算都免不了要反复修改，直至最后定型能彼此准确呼应。按规范进行结构设计的一般流程也可用图表示，具体如下图所示。六、结构布置的一般原则 结构布置一般应遵循如下主要原则： 1、结构的整体性原则； 2、受力的均匀性和有效传递原则； 3、结构的连续性和减少应力集中原则；4、局部加强原则。七、船体结构构件尺寸计算步骤 确定结构尺寸的一般顺序是，首先选择合适的结构型式，确定肋骨间距(本设计已经给出)。然后，可按外板、甲板、船底骨架，舷侧骨架、甲板骨架、其他构件的顺序查规范公式进行结构规范设计，选取构件尺寸。然后按照如表1所示计

12、算中剖面剖面模数，总纵强度校核，并最后选定结构尺寸。表1 中剖面剖面模数计算表格编 号构件名称构件尺寸 剖面积距假定中和轴距离静矩惯矩自身惯矩构件尺寸 (mm) (cm2) (m)(cm2 m)(cm2 m2)(cm2 m2)1234ABC八、参考资料（1）船体强度与结构设计 国防工业出版社，王杰德 杨永谦编著，1995年。（2）船体制图 国防工业出版社，杨永祥编著，2005年。 （3）船舶结构 国防工业出版社，1994年。（4）钢质海船入级与建造规范 人民交通出版社，中国船级社，2006年。 附录：武祥66集装箱船规范计算书及中部横剖面图（供参考）一、说明本船除货舱区域的甲板、舷侧及双层底为

13、纵骨架式，其余均采用横骨架式，设单层甲板，尾机型近海集装箱船，本计算书按CCS2001钢质海船入级与建造规范及CCS2003年钢质海船入级与建造规范修改通报进行计算与校核。其中总纵强度及集装箱舱口抗扭计算详见总纵强度及大开口强度计算书。二、船舶主要参数总 长 103.86m两柱间长 m型 宽 10m型 深 m设计吃水 6.10m梁 拱 肋 距 15m主尺度比：L/B=5.94 三、船中剖面模数计算 .1船长大于60m的船舶船中基本剖面模数W0应不小于下列计算之值W0=CL2B(CB+0.7) =1782766cm3=cm2m式中：C=7.84 CB=0.823 B=m L=船中剖面对水平中和轴

14、的惯性矩I3WL=3cm2m2 根据计算中和轴距假定中和轴e= AZ/A=I=225701.3）=cm2 m2甲板距水平中和轴:Zt= Z1)=m对强力甲板的剖面模数：Wj=I/ Zt = cm2 m 对基线的剖面模数： Wb=I/e=cm2 m船体等值梁计算表（以基线为假定中和轴）编 号构件名称构件尺寸 剖面积距假定中和轴距离静矩惯矩自身惯矩厚度mm宽度mmAcm2ZmAZcm2mAZ2cm2m2 icm2m21 平板龙骨14 750105.0 0.00 0.00 0.002 船底板12 6500780.0 0.00 0.00 0.003 舭列板12 80096.0 0.80 4 中桁材(1

15、/2)12 1000 60.0 0.50 3015 5 4旁桁材10 1000400 0.50 20010033.33 6 船底纵骨L1409010(8)176.0 0.080 0.007 内底纵骨L1409010(8)176.0 0.92 148.960.008 内底板10 6250625.0 1.00 6256250.009 舷侧板12 4150498.0 3.38 10 舷顶 列板14 1800252.0 6.86 11 外舷侧纵骨L30012/9045.36 7.125 30.0012 外舷侧纵骨L25012/9039.36 6.5 0.0013 外舷侧纵骨L25012/9039.36

16、 5.875 40.0014 外舷侧纵骨L25012/9039.36 15 外舷侧纵骨L30012/9045.36 817舭纵桁50010/801218舭纵桁50010/801219 平台板10 1800180.0 4.0 72028800.0020甲板甲板纵骨L28014/90(2)99.68 7.65 0.0022平台纵骨L24012/90(2)23 纵壁板1077607763.88 24 舱口围板121200144.0 8.36 25 舱口围板面板L28014/9049.84 8.96 0.0026 舱口水平桁L28014/9049.84 8.36 0.0027

17、 内舷侧纵骨球扁钢16038107.125 151.41 1078.77 028 内舷侧纵骨L20012/9033.36 6.5 216.84 1409.46 0.0029 内舷侧纵骨L20012/9033.36 5.875 195.99 1151.44 30 内舷侧纵骨L20012/9033.36 175.14 919.49 0.0031 内舷侧纵骨球扁钢14035916.94 78.35 362.36 0.0032 内舷侧纵骨球扁钢14035916.94 23.72 33.20 0.0033外舷侧纵骨L25012/9039.36 131.86 441.72 34外舷侧纵骨L25012/90

18、39.36 106.27 286.93 35外舷侧纵骨L30012/9045.36 92.99 190.63 36内舷侧纵骨球扁钢160381071.19 238.48 37内舷侧纵骨L20012/9033.36 90.07 243.19 38内舷侧纵骨L20012/9033.36 68.39 140.20 四、货舱区域船体结构构件校核标准肋骨或纵骨间距： S=（0.0016L1）=0.654mS艏艉尖舱内=0.515m系数C值: C=10.75-()3/2=7.841、 货舱区域船体外板 1.1船底为纵骨架式,船舯部区域船底板厚度t应不小于下列两式计算值.3t1b1/2（L1+230）=9.

19、18mmt2=5.6 Sfb(d+h1)1/2 = mm式中：S=54m fb=1 d=6.10m C=7.84 L1=mh1=4m且h10.2d=1.22m 取h12 取 t=12mm 满足要求1.2 平板龙骨平板龙骨宽b=900+=900+3.5=12mm平板龙骨厚：t=t 底+2=9.91+2=mm取b=1500mm t=14mm 满足要求1.3 舭列板当舭列板处为纵骨架式时,厚度t应不小于1.1计算值: t= mm取 t=12mm 满足要求1.4舷侧列板 .4船舯区域内舷侧外板厚度t应符合下述规定: 距基线3/4D以上舷侧板厚度t应不小于下列两式计算值: .4.2 t173SE-1（L

20、1+110）(Fb)=t2= S (d+h2) 1/2=式中: S=54m fb=1 d=6.10m L1=m E=1.52 C=7.84 h2=2且h20.36d=2.196 取h2=2.196m取 t=12mm 满足要求距基线D/4以下舷侧外板厚度t应不小于下列两式计算值: t172S E-1（L1+110）(Fb)=6.39mmt2= S(d+h1) Fb 1/2=式中: S=54m fb=1 d=6.10m L1=m h1=4m且h10.2d=1.22m, 取h1=m取 t=12mm 满足要求舷顶列板 宽度b0.1D=0.766m，厚度不小于相邻舷侧外板的厚度。船舯区域内的舷顶板厚度t

21、应不小于下列两式计算值2.3.5.2t1=0.06s (L1+110)(Fd)1/2=t2=0.9s（L+75）1/2=式中: 54 fd=1 L=m E=1.52 取 b=m t=14mm 满足要求货舱区域甲板2.1开口边线外强力甲板厚度t应不小于下列两式计算值.1 t185S E-1（L1+110）(Fd)1/2=t2=1.05S（L+75）1/2=式中: S=54m fd=1 L1=m, E=2.18 取 t=10mm 满足要求开口线内强力甲板厚度t .2t=0.9S（L+75）1/2=式中: S=54m L1=m 取 t=10mm 满足要求2.3甲板边板 宽度b=+500=1155m厚

22、度t强力= mm取b=1800mm t=14mm 满足要求2.4横向甲板条宽度b及厚度t应符合下列要求 宽度b=+1000=1144m厚度t=10= mm取b=1150mm t=12mm 满足要求3、货舱区域的纵骨架式双层底骨架：3.1双层底高度应不小于下式计算值: .1 h0=25B+42d+300=9 式中 B= d=6.10m取h=1000mm 满足要求3.2中桁材厚度t应不小于下式计算之值: .277h0+4.0=11.38mm 取t=12mm 满足要求 3.3旁桁材厚度应不小于下式计算值且不小于相应的肋板厚度: .2t=t中3= 取t=10mm 满足要求非水密旁桁材垂直加强筋取150

23、10 满足要求3.4实肋板厚度应不小于按下式计算值: 1.2t横h0+1=且t纵横=9.22mm式中: h0=9mm取t=10mm 满足要求非水密肋板垂直加强筋取15010 满足要求3.5水密肋板较实肋板厚度增加2mm,但不必大于15mm：.1。 t=t实2=11.22mm 取t=12mm 满足要求3.6船底纵骨剖面模数W应不小于下式计算值: 2.6.12.2W=(d+h1)Sl2=124 cm3式中: S= d=6.10m l= f=1 Fb=1 h1=2m取L1409010 W=177cm3 满足要求3.7内底纵骨剖面模数W为船底纵骨的85%: 2.6.12.3W内=底=cm3取L1409

24、010 W=177cm3 满足要求3.8内底板及内底边板厚度应不小于下式计算值 2.6.13.1t =1+-1=考虑货舱口下的内底板未设木铺板至少加厚2mm；其中: S= L= 取t=10mm 满足要求4、货舱舷侧骨架4.1舷侧纵骨的剖面模数W不小于下式计算值2.7.5.1WShl2/f cm3第一根: S= Zn=2.826 l= Z= Fb=1Fb25 且f1.077 取fh=0.26C+dZ(+d)/D=6.95 W=342.8 cm3 实取：L30012/90 W=622cm3 满足要求第二根: S= Zn=2.826 l= Z=2.05 Fb=1Fb=1.54 且f1.077 取fh

25、=0.26C+dZ(0.06C+d)/D=6.40 W=315.6 cm3实取：L30012/90 W=622cm3 满足要求第三根: S= Zn=2.826 l= Z=2.7 Fb=1Fb=1.65 且f1.077 取fh=0.26C+dZ(+d)/D=5.85 W=3实取：L25012/90 W=485cm3 满足要求第四根: S= Zn=2.868 l= Z=3.35 Fb=1Fb= 且f1.077 取fh=0.26C+dZ(+d)/D=5.3 W=261.4 cm3实取：L25012/90 W=485cm3 满足要求第五根: S= Zn=2.868 l= Z=4.625 Fd=1Fd=

26、 且f1.077 取fh=0.26C+dZ(+d)/D=4.22 W=283.8 cm3实取：第五根L30012/90 W=622cm3 满足要求第六根第八根L25012/90 W=485cm3满足要求最高一根: S= Zn=2.868 l= Z=Fd=1.107 且f1.077 取f7 h=0.26C+dZ(+d)/D=2.11 W=103.8 cm3实取： L30012/90 W=622cm3 满足要求4.3 纵骨架式强肋骨的剖面模数应不小于下计算之值： W=10Shl2 S=3.1 m h= l=375 cm3实取： W=417cm3 满足要求t应不小于下列计算值=8.9mm 式中 L=

27、mm实取：t（横框架）=10mm t（平台）=10mm 扶强材L1258010 W=cm34.5内层壳纵壁的构件尺寸应按下式计算: 7.7.1.1, 纵壁板的厚度：t=4Sh1/2=mm 式中: S=m h=m 舱壁扶强材的剖面模数：W=CShl2=3 式中: C=3 h=m l=m S=m实取 t=10mm、12mm 扶强材L20012/90 球扁钢1603810球扁钢140359 W=133 满足要求5、货舱区甲板骨架 5.1甲板计算压头应不小于按下式计算所得之值 2.8.1.1 h0=1.37m5.2主甲板纵骨剖面模数W应不小于下式计算值 .1 W1=C1Shl2 W2=C2ShC3Sl

28、2L1210-4式中: l= L1= h=(开口线外)C1=10.5 C2=0 C3=0 S=(开口线内)C1=7.5 C2=40 C3=5.5 S=W(开口线外)=69.1 cm3W1(开口线内)=61.7 cm3W2(开口线内)=3实取 L28014/90 W=657 cm3 满足要求5.3货物甲板纵骨剖面模数W应不小于下式计算值 .2 W=2.5Shl21=42 cm3式中: l= L1= h=1.49m S=0m实取 L28014/90 W=657cm3 满足要求5.4支持甲板纵骨的强横梁剖面模数W应不小于按下式计算值 2.8.7.3 W=5Shl2=75cm3 式中: l= h=1.

29、49m S=m 实取 L28012/90 W=608 cm3 满足要求：6、货舱平面横舱壁 舱壁板厚度t应不小于下式计算值：.1 t=4Sh1/2=4mm 式中: S= h=4.0 m最下列板厚应较计算所得增厚1mm;取t= 10mm 满足要求 舱壁扶强材的剖面模数W应不小于下式计算值： 2.12.4.1W=CShl2=24cm3式中: S= l= h= C=3 实取L125808 W=cm3 满足要求 6.3垂直桁材取，W=518cm3 满足要求 五、机舱区域：1、机舱区域肋板腹板的厚度应不小于下式计算之值: .4 t=6L+=12.0 mm式中: L=m 取, 满足要求.2、甲板间肋骨的剖面模数W不小于下式之值.9:W0(上甲板间)=CC1sdlD1/2=87.37 cm3W0(下甲板间)=CC1sdlD1/2=96.1 cm3式中: S=15m d=6.10m D= l（甲板间）=m C=0.7+4d/D=3.84 C1(下甲)= C1(上甲)=1上甲板间肋骨取L1258010 W=cm3下甲板间肋骨取L1258010 W=cm3 满足要求3、强肋骨剖面模数不小于按下列两式计算之值.4 在最下层甲板以下：W=5Shl2= 3 ShlD1/2=44.8 cm3 式中: S=m d=m D=m