119米甲板货船总纵及横向强度计算
摘 要摘 要随着我国经济的快速增长以及船舶行业的迅猛发展，运输货船已成为不可或缺的运输工具之一。运输类船舶有很多种类，如散货船、杂货船、集装箱船等，本文研究的是散货船中的一种甲板货船。由于其装载容量大，货源充足，装卸效率和安全系数高等因素，因此降低了运输成本,航运能获得较高的经济效益。在船舶营运过程中，如果发生强度不够的状况，不仅会造成财产损失，更会危及大量船上工作人员的生命，后果不堪设想。本文利用数值仿真方法对甲板货船总纵及横向强度进行了计算，此外，对总纵强度采用了有限元数值仿真及规范法对比计算的方法。主要按照《国内航行海船建造规范》（2012）对119米甲板货船进行校核。在利用MAXSURF计算船舶总纵弯矩的基础上，采用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN建立船体中部舱段有限元模型，选取四个工况对其进行总纵强度计算，然后使用规范计算法计算船舶的总纵强度，并与有限元方法的计算结果进行比较分析。最后选取对称与不对称两种工况在舱段模型上进行横向强度计算。计算结果表明本船结构强度满足2012规范的强度要求。将本文的计算结果与规范法相比后发现，总纵弯曲应力结果基本一致，而有限元方法与规范法相比，可以获得更加准确、直观的结果。对于快速评估结构强度具有重要的工程意义和实用价值。关键词：甲板货船；总纵强度；横向强度；有限元法；对比分析目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 甲板货船的发展趋势 1
1.2选题背景和意义 1
1.2.1甲板货船结构特点 1
1.2.2强度计算的必要性 1
1.3国内外研究现状 2
1.4 主要研究内容及方法 3
1.4.1主要研究内容 3
1.4.2研究方法 3
第二章 有限元法及NASTRAN软件概述 5
2.1有限元介绍 5
2.1.1有限元概述 5
2.1.2有限元的基本思想 5
2.1.3 有限元法的分析过程 5
2.1.4 有限元法的基本优缺点 7
2.2.1 MSC.PATRAN概述 8
2.2.2 MSC.PATRAN的特点 8
2.3 MS
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
限元法及NASTRAN软件概述 5
2.1有限元介绍 5
2.1.1有限元概述 5
2.1.2有限元的基本思想 5
2.1.3 有限元法的分析过程 5
2.1.4 有限元法的基本优缺点 7
2.2.1 MSC.PATRAN概述 8
2.2.2 MSC.PATRAN的特点 8
2.3 MSC.NASTRAN的介绍 9
2.4 MSC/NASTRAN和MSC/PATRAN的运算流程 10
第三章 基于有限元方法的总纵强度计算 11
3.1 实船资料 11
3.1.1 概述 11
3.1.2 提供的主要图纸 11
3.2有限元模型 12
3.2.1实船模型范围 12
3.2.2 坐标系 15
3.2.3单元 15
3.2.4 材料参数及符号规定 15
3.3 计算工况 16
3.4总纵强度载荷 16
3.4.1实船静水弯矩 16
3.4.2波浪弯矩与剪力 22
3.4.3实船总纵弯矩 24
3.5局部载荷 24
3.5.1甲板货物压力 24
3.5.2舷外水压力 24
3.6边界条件 25
3.7 计算结果 30
3.7.1 许用应力 30
3.7.2四种工况应力比较 31
3.7.3 舱段主要构件应力云图 33
3.7.4最大应力汇总 36
3.8讨论分析 37
3.9本章小结 37
第四章 规范法及有限元法对总纵强度计算结果的比较分析 38
4.1选取船中剖面的计算点 38
4.2 计算船中剖面的总纵弯曲强度 39
4.2.1船中剖面的剖面模数和惯性矩 39
4.2.2《规范》要求校核剖面模数和惯性矩 39
4.2.3 许用静水弯矩计算及校核 41
4.2.4 总纵弯曲应力计算和校核 42
4.3计算船中剖面的剪切强度 43
4.3.1许用静水切力 43
4.3.2 设计静水切力及校核 44
4.3.3 舷侧外板的剪切应力 44
4.4 总纵弯曲应力比较和分析 45
4.4.1 总纵弯曲应力比较 45
4.4.2结果分析 46
4.5 剪切应力比较和分析 47
4.5.1剪切应力比较 47
4.5.2结果分析 48
4.6本章小结 48
第五章 基于有限元法的船舶横向强度计算 49
5.1 概述 49
5.2 有限元模型 49
5.3 边界条件 50
5.4 载荷 50
5.4 计算结果 52
5.4.1 许用应力 52
5.4.2 应力云图 52
5.4.3 最大应力汇总 59
5.5 讨论分析 61
5.6本章小结 62
结 论 63
致 谢 65
参 考 文 献 66
第一章 绪论
引言
1.1.1 甲板货船的发展趋势
散货船的历史能追溯到20世纪50年代，至此之后便一直保持着数量快速增长的态势。由于其装载容量大，货源充足，装卸效率和安全系数高，因此降低了运输成本,航运能获得较高的经济效益。据调查，散货船的运输量占船舶总运输量的三成左右，已成为了船舶运输的主力军[1]。
货物量的快速增长让人们开始寻找降低建造成本和货运成本的办法，而船舶设计建造水平不断提高和码头港口规模扩大等因素，推动着散货船开始出现大型化和标准化的特点。主要为灵便型（4万吨～6万吨）、巴拿马型（6万吨～8万吨）、好望角型（12万吨～20万吨）和超大型（20万吨以上）[2]。
甲板货船是散货船的其中一种，它的货物主要堆放在甲板上，在船体中部设有较多的压载水调节舱来降低船的重心并保证船的稳性。因为它的特点是机动灵活、载货甲板开敞以及装卸效率高，所以它装运的通常是包装、干杂、大件及沙石类货物，在沿海运输中有较为广泛的应用。
1.2选题背景和意义
1.2.1甲板货船结构特点
甲板货船指的是将货物放置在甲板上，故无需在船体内另外设置货舱，所以有较大的载重量。由于甲板货船放置货物甲板较大，致使它比常规船宽，所以不满足CCS《国内航行海船建造规范》（2012）中L/B>5，B/D≤2.5的条件，属于偏宽船型特点。本次进行强度计算的119米甲板货船为方头、方尾船型，采用三机三桨推进，确保一定的航速，以及在风浪中的控制能力。该船结构采用纵骨架式，设置了12道横舱壁及5道纵舱壁。
1.2.2强度计算的必要性
因为船舶航行方式的特殊性，船舶在运输时除了受到货物的压力、浮力、重力和静水压力外，还承受着由波浪引起的波浪载荷等。各种载荷共同作用使得船舶容易发生扭转变形、中拱或者中垂弯曲、内部构件疲劳失效等不利情况，而这些问题一旦出现，不仅会造成财产损失，更会危及大量船上工作人员的生命，后果不堪设想。因此船舶的安全性开始受到了广泛关注，而在船舶设计过程中进行强度计算是保证安全性最有效的方法之一。船体强度计算是用来使船舶整体和内部结构在各种外力作用下不发生严重的变形和毁坏。船体强度可分为总纵强度、局部强度和横向强度等受力状况。由于船的长度较大使沿船长方向重力分布不均匀，而首尾尖瘦，中部近似于平行中体的形状使得浮力
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 甲板货船的发展趋势 1
1.2选题背景和意义 1
1.2.1甲板货船结构特点 1
1.2.2强度计算的必要性 1
1.3国内外研究现状 2
1.4 主要研究内容及方法 3
1.4.1主要研究内容 3
1.4.2研究方法 3
第二章 有限元法及NASTRAN软件概述 5
2.1有限元介绍 5
2.1.1有限元概述 5
2.1.2有限元的基本思想 5
2.1.3 有限元法的分析过程 5
2.1.4 有限元法的基本优缺点 7
2.2.1 MSC.PATRAN概述 8
2.2.2 MSC.PATRAN的特点 8
2.3 MS
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限元法及NASTRAN软件概述 5
2.1有限元介绍 5
2.1.1有限元概述 5
2.1.2有限元的基本思想 5
2.1.3 有限元法的分析过程 5
2.1.4 有限元法的基本优缺点 7
2.2.1 MSC.PATRAN概述 8
2.2.2 MSC.PATRAN的特点 8
2.3 MSC.NASTRAN的介绍 9
2.4 MSC/NASTRAN和MSC/PATRAN的运算流程 10
第三章 基于有限元方法的总纵强度计算 11
3.1 实船资料 11
3.1.1 概述 11
3.1.2 提供的主要图纸 11
3.2有限元模型 12
3.2.1实船模型范围 12
3.2.2 坐标系 15
3.2.3单元 15
3.2.4 材料参数及符号规定 15
3.3 计算工况 16
3.4总纵强度载荷 16
3.4.1实船静水弯矩 16
3.4.2波浪弯矩与剪力 22
3.4.3实船总纵弯矩 24
3.5局部载荷 24
3.5.1甲板货物压力 24
3.5.2舷外水压力 24
3.6边界条件 25
3.7 计算结果 30
3.7.1 许用应力 30
3.7.2四种工况应力比较 31
3.7.3 舱段主要构件应力云图 33
3.7.4最大应力汇总 36
3.8讨论分析 37
3.9本章小结 37
第四章 规范法及有限元法对总纵强度计算结果的比较分析 38
4.1选取船中剖面的计算点 38
4.2 计算船中剖面的总纵弯曲强度 39
4.2.1船中剖面的剖面模数和惯性矩 39
4.2.2《规范》要求校核剖面模数和惯性矩 39
4.2.3 许用静水弯矩计算及校核 41
4.2.4 总纵弯曲应力计算和校核 42
4.3计算船中剖面的剪切强度 43
4.3.1许用静水切力 43
4.3.2 设计静水切力及校核 44
4.3.3 舷侧外板的剪切应力 44
4.4 总纵弯曲应力比较和分析 45
4.4.1 总纵弯曲应力比较 45
4.4.2结果分析 46
4.5 剪切应力比较和分析 47
4.5.1剪切应力比较 47
4.5.2结果分析 48
4.6本章小结 48
第五章 基于有限元法的船舶横向强度计算 49
5.1 概述 49
5.2 有限元模型 49
5.3 边界条件 50
5.4 载荷 50
5.4 计算结果 52
5.4.1 许用应力 52
5.4.2 应力云图 52
5.4.3 最大应力汇总 59
5.5 讨论分析 61
5.6本章小结 62
结 论 63
致 谢 65
参 考 文 献 66
第一章 绪论
引言
1.1.1 甲板货船的发展趋势
散货船的历史能追溯到20世纪50年代，至此之后便一直保持着数量快速增长的态势。由于其装载容量大，货源充足，装卸效率和安全系数高，因此降低了运输成本,航运能获得较高的经济效益。据调查，散货船的运输量占船舶总运输量的三成左右，已成为了船舶运输的主力军[1]。
货物量的快速增长让人们开始寻找降低建造成本和货运成本的办法，而船舶设计建造水平不断提高和码头港口规模扩大等因素，推动着散货船开始出现大型化和标准化的特点。主要为灵便型（4万吨～6万吨）、巴拿马型（6万吨～8万吨）、好望角型（12万吨～20万吨）和超大型（20万吨以上）[2]。
甲板货船是散货船的其中一种，它的货物主要堆放在甲板上，在船体中部设有较多的压载水调节舱来降低船的重心并保证船的稳性。因为它的特点是机动灵活、载货甲板开敞以及装卸效率高，所以它装运的通常是包装、干杂、大件及沙石类货物，在沿海运输中有较为广泛的应用。
1.2选题背景和意义
1.2.1甲板货船结构特点
甲板货船指的是将货物放置在甲板上，故无需在船体内另外设置货舱，所以有较大的载重量。由于甲板货船放置货物甲板较大，致使它比常规船宽，所以不满足CCS《国内航行海船建造规范》（2012）中L/B>5，B/D≤2.5的条件，属于偏宽船型特点。本次进行强度计算的119米甲板货船为方头、方尾船型，采用三机三桨推进，确保一定的航速，以及在风浪中的控制能力。该船结构采用纵骨架式，设置了12道横舱壁及5道纵舱壁。
1.2.2强度计算的必要性
因为船舶航行方式的特殊性，船舶在运输时除了受到货物的压力、浮力、重力和静水压力外，还承受着由波浪引起的波浪载荷等。各种载荷共同作用使得船舶容易发生扭转变形、中拱或者中垂弯曲、内部构件疲劳失效等不利情况，而这些问题一旦出现，不仅会造成财产损失，更会危及大量船上工作人员的生命，后果不堪设想。因此船舶的安全性开始受到了广泛关注，而在船舶设计过程中进行强度计算是保证安全性最有效的方法之一。船体强度计算是用来使船舶整体和内部结构在各种外力作用下不发生严重的变形和毁坏。船体强度可分为总纵强度、局部强度和横向强度等受力状况。由于船的长度较大使沿船长方向重力分布不均匀，而首尾尖瘦，中部近似于平行中体的形状使得浮力
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