基于共同规范的大型油船课件

1、2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究1研究的背景和意义研究内容创新点总结与展望2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究2一、研究的背景和意义2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究3研究的背景和意义世界原油需求量中约50%来自海上运输，海上油运始终起着重要作用。石油需求量的不断上升，成品油船和原油船都正朝着大型化、超大型化发展。近年来，CSR、COTCPS等一系列新规范的出台，都直接影响到船舶的结构设计。槽形舱壁作为一种重要的结构形式，优势明显，如何优化设计成为今后船舶结构方向研究的重点。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽

2、形舱壁结构形式研究4二、研究内容2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究5研究内容1. 槽形舱壁结构形式研究2. 大型油船槽形舱壁结构形式设计 3. 槽形舱壁结构强度分析4. 槽形舱壁结构模糊综合评判 5. 槽形舱壁顶凳局部结构优化 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究6研究内容1. 槽形舱壁结构形式研究 槽形舱壁主要结构形式 货油舱槽形舱壁结构的尺度要求 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究7研究内容槽形舱壁结构形式研究1.1 槽形舱壁主要结构形式 槽形舱壁由槽形舱壁板 和上下壁凳 组成 。货舱槽形舱壁板通常可分成两类：整体

3、型和组合型。为保证强度，舱深较大的船舶其槽形舱壁顶部和底部都设有壁凳以增加舱壁抗弯能力。为减小应力集中，槽形舱壁相交处一般设计成“口”型结构。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究8研究内容槽形舱壁结构形式研究1.2 货油舱槽形舱壁结构的尺度要求 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究9研究内容槽形舱壁结构形式研究1.2 货油舱槽形舱壁结构的尺度要求槽形面板板厚应在从底端向上2/3槽形长度保持不变，其上区域可减小20%。 底凳顶板和顶凳底板的厚度不小于相连槽形舱壁的腹板和面板。底凳边板厚度不小于槽形舱壁底端面板厚度要求的90%。顶凳边板厚度不小于槽

4、形舱壁顶端面板厚度要求的80%。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究10研究内容槽形舱壁结构形式研究1.2 货油舱槽形舱壁结构的尺度要求槽形角度应在55至90之间。型深大于或等于16m的船舶必须设置底凳。舱壁、底凳和顶凳（如设置时）以及周围毗连结构的整体强度都应通过建立舱段有限元模型进行评估 。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究11研究内容2. 大型油船槽形舱壁结构形式设计 油船概况 槽形舱壁结构设计方法 槽形舱壁结构设计方案 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究12研究内容大型油船槽形舱壁结构形式设计2.1 油船概况

5、本文以巴拿马型76000DWT成品油/原油船为目标船型进行设计计算，具体的船型参数如下： 总 长 abt. 228.60 m 型 宽 32.20 m 型 深 21.40 m 设计吃水 12.30 m 方形系数 0.8592022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究13研究内容大型油船槽形舱壁结构形式设计2.2 槽形舱壁结构设计方法设计壁凳结构形式 确定槽形间距 设计槽形深度 设计面板和腹板宽度计算各构件的最小厚度 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究14研究内容大型油船槽形舱壁结构形式设计2.3 槽形舱壁结构设计方案选择壁凳形式和高度。 提出单面斜壁顶凳

6、、双面直壁顶凳、双面直壁较矮顶凳、横舱壁无顶凳 四种顶凳结构形式。 底凳结构强度要求较高，且用作压载舱，设计优化的空间较小，因此本文不做研究。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究15研究内容大型油船槽形舱壁结构形式设计2.3 槽形舱壁结构设计方案确定槽形间距 。 根据货舱区肋位和纵骨间距是800mm，确定槽形舱壁的槽形间距均为1600mm。计算槽形深度。 计算槽形面板宽度 。 槽形的最小深度和最小面板宽度根据规范公式计算得出，再参考母型船进行优化设计。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究16研究内容大型油船槽形舱壁结构形式设计2.3 槽形舱壁结构

7、设计方案2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究17研究内容大型油船槽形舱壁结构形式设计2.3 槽形舱壁结构设计方案2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究18研究内容3. 槽形舱壁结构强度分析 有限元模型 屈服强度分析 屈曲强度分析 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究19研究内容槽形舱壁结构强度分析3.1 有限元模型 根据油船共同规范结构强度评估的要求，建立中间舱段三个货舱长度，包含左、右舷和整个型深的有限元模型。有限元模型中包括了舱段内所有的结构构件。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究20研究内容槽

8、形舱壁结构强度分析3.1 有限元模型 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究21研究内容槽形舱壁结构强度分析3.2 屈服强度分析 根据共同规范要求，对三舱段有限元模型中间舱区域的结构进行强度分析。 针对槽形舱壁板、壁凳板进行强度评估，即FR128和FR163横舱壁及其之间的纵舱壁。对模型中板单元的von Mises应力进行评估。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究22研究内容槽形舱壁结构强度分析3.2 屈服强度分析 S+D工况 S工况 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究23研究内容槽形舱壁结构强度分析3.2 屈服强度分析

9、 纵、横舱壁的交接处以及横舱壁与内舷侧的交接处有局部应力集中现象，实船设计时需要根据细化网格计算，在一个强框间距的范围局部加强增加板厚。 方案4、5、6中纵舱壁上部板的屈服强度也略有不足。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究24研究内容槽形舱壁结构强度分析3.3 屈曲强度分析 槽形舱壁整体屈曲强度完全满足规范要求，且强度余量非常大。方案4、5、6中纵舱壁下部板的槽形面板屈曲在港内和舱室试验工况下略有不足，需要调整结构尺寸增加板厚。 舱壁的上部板和壁凳板也需要相应增加板厚，同时屈服强度也可满足要求。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究25研究内容4

10、. 槽形舱壁结构模糊综合评判 模糊综合评判方法 舱容和空船重量 应力分布 工艺性 模糊综合评判2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究26研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.1 模糊综合评判方法模糊综合评判的过程将评价目标看成是由多种因素组成的因素集，然后分别求出各单一因素对各个评审等级的隶属程度，最后根据各个因素在评价目标中的权重分配，通过计算，求出评价的定量解值。模糊综合评判的目的通过对评判对象所有影响因素的综合考虑，从评价集中获得一个最佳的评判结果。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究27研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.1 模糊综合评判方

11、法 本文所做结构设计最主要的目标是增大舱容。同时考虑空船重量、应力分布、建造工艺性等。不同的槽形舱壁结构形式，对于各方面的影响也是不同的，需要进行模糊综合评判。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究28研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.2 舱容和空船重量 顶凳结构形式对舱容和空船重量的影响很大。取消顶凳，舱容增加高达300m3，占总舱容1.4%，同时，空船重量增加约100t。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究29研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.3 应力分布 顶凳结构形式的改变对应力分布影响非常大。横舱壁采用无顶凳结构形式时，槽形纵舱壁板增

12、大20MPa左右，顶凳的应力增加量更是高达50MPa，纵、横舱壁的应力分布不均。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究30研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.4 工艺性 工艺性主要体现在焊接工作量、涂装工作量和加工难易度三个主要方面。焊接和涂装工作量分别以焊接长度和涂装面积来衡量。加工难易度主要考虑的是装配难易度、仰焊和俯焊的操作比例、施工空间大小等因素。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究31研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.4 工艺性 结构改变处主要构件焊接长度统计（单位:m）2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究32

13、研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.4 工艺性 结构改变处主要构件涂装面积统计（单位:m2）2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究33研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.5 模糊综合评判 评价因素分为四项：U=u1,u2,u3,u4。其中，u1为舱容；u2为空船重量；u3为应力分布；u4为工艺性。 工艺性包含三项评价因素：u4 =u41, u42, u43。其中，u41为焊接工作量；u42为涂装工作量；u43为加工难易度。采用二级模糊综合评判。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究34研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.5 模糊综合评判 权重A是归

14、一化权向量，各项均大于0，且和为1。与因素集U中各评价因素相对应的权重为A=a1,a2,a3,a4，通过层次分析法求得A=(0.654 0.182 0.102 0.061)。与因素集u4中各评价因素相对应的权重为A4=a41,a42,a43，通过层次分析法求得A4=(0.297 0.539 0.164)。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究35研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.5 模糊综合评判 隶属度的确定分为两种方法：隶属度相对隶属度法越大越优型越小越优型专家经验法2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究36研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.5

15、 模糊综合评判 进行一级模糊综合评判，模糊综合评判结果B4中的各元素即为进行二级综合评判时工艺性这一评价因素的隶属度。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究37研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.5 模糊综合评判 进行二级模糊综合评判，对货舱舱容、空船重量、应力分布和工艺性等影响因素下各结构设计方案的相对优劣性进行评判。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究38研究内容槽形舱壁结构模糊综合评判4.5 模糊综合评判 横舱壁无顶凳 结构形式为最佳 结构形式。 舱容的增加量非常显著，工艺性能也相对较好，施工简便，但空船重量明显增加，应力集中现象严重。单

16、面斜壁顶凳 结构形式为较优 结构形式。 应力分布最为均匀，结构重量较轻，但顶凳占据较多的舱容，如果实船舱容有富裕或要求较低时，建议采用有单面斜壁顶凳的结构形式。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究39研究内容5. 槽形舱壁顶凳局部结构优化 参数优化模型 初步优化分析 进一步优化分析及总结 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究40研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.1 参数优化模型 顶凳的结构形式对于舱壁的应力分布情况有较大的影响，采用单面斜壁顶凳结构形式，应力分布情况最好。本文对单面斜壁顶凳结构做进一步分析。以结构形式1为基础，保证板厚、槽形、底

17、凳结构和顶凳高度h不变，仅调整顶凳斜壁倾斜角度，取0、5、10、15、20、24、30、35。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究41研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.1 参数优化模型 模型纵向取11个肋位，横向取半宽，垂向取内底至甲板，有限元模型在结构截断处施加边界条件。载荷分为货物压力和甲板上水动压力两部分进行施加。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究42研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.2 初步优化分析 有限元的结果评估基于板单元中面应力得到的von Mises应力。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究43研究内

18、容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.2 初步优化分析 顶凳斜壁倾斜角度的改变，对槽形舱壁板的影响较小，变化规律不明显。顶凳的应力变化显著，直壁时应力最大值高达320MPa，而倾斜1520时应力最大值还不到230MPa，相差近100MPa。设计合适的倾斜角度对降低应力水平，减少应力集中是非常有帮助的。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究44研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.3 进一步优化分析及总结 根据初步优化结果，应力评价因子的最大值0.1659出现在倾斜15时，进一步优化分析，确定最佳倾斜角度。 取12、14、16和18等四个角度做进一步优化计算。2022/8/20基于

19、共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究45研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.3 进一步优化分析及总结 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究46研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.3 进一步优化分析及总结 倾角对于顶凳应力分布的影响较大，倾斜16时应力最大值为228MPa，应力分布最为理想。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究47研究内容槽形舱壁顶凳局部结构优化5.3 进一步优化分析及总结 倾角对于槽形舱壁板的影响较小，无明显规律，倾斜16时，应力最大值为124MPa。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究48研究内容槽形舱

20、壁顶凳局部结构优化5.3 进一步优化分析及总结 当顶凳斜壁倾斜16时，顶凳的宽度约为2.5个肋位，不利于结构的加强和保证结构的连续性。倾斜角度在1024之间，即在23个肋位 范围内，应力分布情况较好。实船在设计时可在较优的范围内将顶凳的宽度设为肋位的整数倍，普遍而言，可取两个或三个肋位宽度。 对纵舱壁的结构设计有同样的参考价值。 2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究49三、创新点2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究50创新点在大型油船上提出了几种采用不同顶凳结构形式的槽形舱壁，并通过模糊综合评判方法，优选出最佳的槽形舱壁结构形式。讨论了顶凳的结构

21、形式对舱壁结构应力分布情况的影响，针对顶凳斜壁倾斜角度进行局部优化分析，为槽形舱壁结构设计提供参考。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究51四、总结与展望2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究52总结与展望 本文在深入研究槽形舱壁结构设计和强度评估方法的基础上，以巴拿马型成品油/原油船舱壁结构为研究对象，从规范设计角度入手，提出了四种顶凳结构形式的槽形舱壁，综合考虑船舶的结构性能、经济性和工艺性，实现了模糊评判，优选出一种槽形舱壁结构形式，并对顶凳斜壁的倾斜角度进行局部优化，确定了最优倾角范围。2022/8/20基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究53总结与展望研究工作及结论本文的研究工作及结论如下：分析了近20年经典船型资料，总结了目前世界上油船槽形舱壁的主要结构形式及其发展趋势。在深入研究JTP规范的基础上，考虑增大舱容为主要目标，提出了采用单面斜壁顶凳、双面直壁顶凳、双面直壁较矮顶凳 和横舱壁无顶凳 四种结构形式的槽形舱壁。 202