730teu集装箱船横向强度有限元分析(附件)
由于集装箱船有装载效率高、停港时间短、航线固定、航运速度比较快等优点，并随着世界贸易的不断深化，集装箱船运输在世界航运市场中占的比例逐年攀升。近些年来，由于货运总量的增加，世界各国的集装箱班轮航线为了在市场中赢得自主权，都开始走集约化、大型化路线。然而由于自然条件的限制，货物向沿海及内地渗透必须依靠支线型集装箱船。集装箱船由于其甲板大开口，横向强度问题一直是强度校核的重点。为了给设计部门提出合理的指导意见，此文主要从强度分析入手：(1) 根据船级社的集装箱船强度校核直接计算指南，采用有限元分析方法，运用Patran软件建立730TEU集装箱船货舱段部分有限元分析模型；(2) 根据给定重量中心位置、静水力曲线并结合相应的计算工况计算出所要施加的载荷。(3) 将计算得到的载荷施加在模型上，并运用Nastran对模型进行计算，得出相应的应力云图，从而给设计部分以合理的指导意见。本研究使得人们对船体中部舱段在外载荷作用下所受的应力有一个形象的认识，有助于提升横向结构强度校核的快速性与准确性。关键词：集装箱船；有限元分析；横向强度； 载荷；工况；目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 本文研究内容 1
1.4 集装箱船简介 2
1.4.1 集装箱船的分类 2
1.4.2 集装箱船的特点 3
1.4.3 本文研究集装箱船特点 3
1.5 集装箱运输简介 5
1.6 集装箱船发展历史概述 6
1.6.1集装箱船大型化发展趋势 7
1.7 集装箱船结构强度校核发展趋势 8
第2章 有限元分析软件简介 11
2.1 Patran 简介 11
2.2 Nastran 简介 12
第3章 舱段有限元模型的建立 14
3.1 概述 14
3.1.1 评估依据 14
3.1.2 图纸资料 14
3.2 船体总体概述 14
3.2.1 主尺度和主要参数 14
3.2.2 主要构件尺寸 15
3.2.3 其它概述 15
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2.2 Nastran 简介 12
第3章 舱段有限元模型的建立 14
3.1 概述 14
3.1.1 评估依据 14
3.1.2 图纸资料 14
3.2 船体总体概述 14
3.2.1 主尺度和主要参数 14
3.2.2 主要构件尺寸 15
3.2.3 其它概述 15
3.3 结构有限元模型 15
3.3.1 模型范围 15
3.3.2 坐标系 21
第4章 载荷施加及强度校核 22
4.1 计算工况 22
4.2 边界条件 22
4.2.1 对称边界条件 22
4.2.2 局部载荷工况边界条件 23
4.2.3 横倾工况边界条件 23
4.3 计算载荷 24
4.4 许用应力 26
4.5 应力衡准以及结论 27
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录 35
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着全球经济一体化的不断加深，国与国之间在生产上的分工变得越来越明确，从而加速了相互之间的经济贸易，因此未来对于集装箱船的需求会继续加大。与此同时，在发达国家，随着技术的进步，很多原来并不适宜由集装箱运输的货物也开始集装箱化，从而增加了箱柜装运的货种。而且，许多原来用散货船和液货船运输的谷物、液化气体等，也开始实现部分集装箱运输。不仅如此，随着发展中国家经济的高速发展和工业实力的不断成熟，原来主要以出口工业半成品为主，现如今，发展中国家工业成品的出口也开始不断增多，且大部分都适用于集装箱运输，这样以来，会使得集装箱船可以装载的货物种类数目增多，从而加大集装箱船在全球货运总量中的比例。为了降低集装箱船的运输成本，增加其运输的规模经济效益，集装箱船开始向大型化发展，已近从最初的几百箱增加到目前由韩国船企正在建造的两万箱超大型集装箱船。集装箱船的大型化可以大幅度的降低单个集装箱的运输成本，与此同时港口使用费用和人工费都不会有明显增加。与此同时，为了深入腹地，增大大型集装箱船的辐射能力，实现大型港口向内河之间的转运，内河支线型集装箱船显得越来越重要。
1.2 研究目的及意义
随着全球气候环境的不断恶化，各行各业纷纷开始作出自己的改变，从而船舶设计在追求高经济型性的同时也开始注重节约能源和保护环境。与此同时，各种新生效的规范，也在不断影响着船舶结构设计，例如压载舱的新涂层标准、压载水处理、燃油舱保护等绿色环保要求。因此原来老旧的船舶已经不符合新的发展形势要求，必须对其进行更新换代，使得对于新船型的研究变得更有意义。
1.3 本文研究内容
本文的主要研究内容就是通过研究730TEU集装箱的性能特点、结构特点、布置特点等，对船中舱段进行模型建造、载荷施加、校核计算，从而得出其应力分布图，从而为结构设计提出合理的指导意见。其主要内容如下：
（1）研究集装箱船及结构强度校核发展历史，并对未来可能的发展方向做出合理的预测。
（2）根据提供的基本结构图，中横剖面图，研究船舶的结构设计特点。对于如舱口角隅，横舱壁结构等应力比较集中的地方进行单独研究。
（3）参照集装箱船结构强度直接计算指南中的相关规范，运用Patran软件建立船中舱段强度校核的有限元模型，然后对于结构单元施加响应的材料属性，最后运用Nastran软件进行载荷施加，通过计算得出应力分布图。
1.4 集装箱船简介?
集装箱船的分类
1.4.1.1按照装运集装箱情况集装箱船可以分类如下：
（1）部分集装箱船
（2）全集装箱
（3）可变换集装箱船
1.4.1.2集装箱船按照装箱量的多少划分如下：
表1-1 集装箱船分类
集装箱船型分类
装箱数/TEU
小型集装箱船
～1000
中型集装箱船
1000～2500
中型集装箱船
2500～8000
超大型集装箱船
8000～
1.4.1.3按照巴拿马型的船舶划分：
表1-2 集装箱船分类
集装箱船型分类
装箱数/TEU
超巴拿马型集装箱船
中超巴拿马型集装箱船
8000
小超巴拿马型集装箱船
5500-6500
巴拿马型集装箱船
巴拿马极限性集装箱船
5000
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 本文研究内容 1
1.4 集装箱船简介 2
1.4.1 集装箱船的分类 2
1.4.2 集装箱船的特点 3
1.4.3 本文研究集装箱船特点 3
1.5 集装箱运输简介 5
1.6 集装箱船发展历史概述 6
1.6.1集装箱船大型化发展趋势 7
1.7 集装箱船结构强度校核发展趋势 8
第2章 有限元分析软件简介 11
2.1 Patran 简介 11
2.2 Nastran 简介 12
第3章 舱段有限元模型的建立 14
3.1 概述 14
3.1.1 评估依据 14
3.1.2 图纸资料 14
3.2 船体总体概述 14
3.2.1 主尺度和主要参数 14
3.2.2 主要构件尺寸 15
3.2.3 其它概述 15
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2.2 Nastran 简介 12
第3章 舱段有限元模型的建立 14
3.1 概述 14
3.1.1 评估依据 14
3.1.2 图纸资料 14
3.2 船体总体概述 14
3.2.1 主尺度和主要参数 14
3.2.2 主要构件尺寸 15
3.2.3 其它概述 15
3.3 结构有限元模型 15
3.3.1 模型范围 15
3.3.2 坐标系 21
第4章 载荷施加及强度校核 22
4.1 计算工况 22
4.2 边界条件 22
4.2.1 对称边界条件 22
4.2.2 局部载荷工况边界条件 23
4.2.3 横倾工况边界条件 23
4.3 计算载荷 24
4.4 许用应力 26
4.5 应力衡准以及结论 27
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录 35
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着全球经济一体化的不断加深，国与国之间在生产上的分工变得越来越明确，从而加速了相互之间的经济贸易，因此未来对于集装箱船的需求会继续加大。与此同时，在发达国家，随着技术的进步，很多原来并不适宜由集装箱运输的货物也开始集装箱化，从而增加了箱柜装运的货种。而且，许多原来用散货船和液货船运输的谷物、液化气体等，也开始实现部分集装箱运输。不仅如此，随着发展中国家经济的高速发展和工业实力的不断成熟，原来主要以出口工业半成品为主，现如今，发展中国家工业成品的出口也开始不断增多，且大部分都适用于集装箱运输，这样以来，会使得集装箱船可以装载的货物种类数目增多，从而加大集装箱船在全球货运总量中的比例。为了降低集装箱船的运输成本，增加其运输的规模经济效益，集装箱船开始向大型化发展，已近从最初的几百箱增加到目前由韩国船企正在建造的两万箱超大型集装箱船。集装箱船的大型化可以大幅度的降低单个集装箱的运输成本，与此同时港口使用费用和人工费都不会有明显增加。与此同时，为了深入腹地，增大大型集装箱船的辐射能力，实现大型港口向内河之间的转运，内河支线型集装箱船显得越来越重要。
1.2 研究目的及意义
随着全球气候环境的不断恶化，各行各业纷纷开始作出自己的改变，从而船舶设计在追求高经济型性的同时也开始注重节约能源和保护环境。与此同时，各种新生效的规范，也在不断影响着船舶结构设计，例如压载舱的新涂层标准、压载水处理、燃油舱保护等绿色环保要求。因此原来老旧的船舶已经不符合新的发展形势要求，必须对其进行更新换代，使得对于新船型的研究变得更有意义。
1.3 本文研究内容
本文的主要研究内容就是通过研究730TEU集装箱的性能特点、结构特点、布置特点等，对船中舱段进行模型建造、载荷施加、校核计算，从而得出其应力分布图，从而为结构设计提出合理的指导意见。其主要内容如下：
（1）研究集装箱船及结构强度校核发展历史，并对未来可能的发展方向做出合理的预测。
（2）根据提供的基本结构图，中横剖面图，研究船舶的结构设计特点。对于如舱口角隅，横舱壁结构等应力比较集中的地方进行单独研究。
（3）参照集装箱船结构强度直接计算指南中的相关规范，运用Patran软件建立船中舱段强度校核的有限元模型，然后对于结构单元施加响应的材料属性，最后运用Nastran软件进行载荷施加，通过计算得出应力分布图。
1.4 集装箱船简介?
集装箱船的分类
1.4.1.1按照装运集装箱情况集装箱船可以分类如下：
（1）部分集装箱船
（2）全集装箱
（3）可变换集装箱船
1.4.1.2集装箱船按照装箱量的多少划分如下：
表1-1 集装箱船分类
集装箱船型分类
装箱数/TEU
小型集装箱船
～1000
中型集装箱船
1000～2500
中型集装箱船
2500～8000
超大型集装箱船
8000～
1.4.1.3按照巴拿马型的船舶划分：
表1-2 集装箱船分类
集装箱船型分类
装箱数/TEU
超巴拿马型集装箱船
中超巴拿马型集装箱船
8000
小超巴拿马型集装箱船
5500-6500
巴拿马型集装箱船
巴拿马极限性集装箱船
5000
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