130.8m集装箱船横向强度有限元分析(附件)
摘 要摘 要随着集装箱船在世界海洋运输中的地位越来越重要，人们对集装箱船的要求越来越高。集装箱船舱口宽度比较宽，其结构比较特殊，同时它承受着不同种类的横向载荷，可以说集装箱船的横向强度与其纵向强度一样重要。本文中使用了有限元法，在船舶与海洋工程结构领域，有限元分析计算已是一种必不可少的分析手段。集装箱船横向强度有限元分析的目的是根据实际载荷边界条件下得出船舶中部构件的综合应力及变形。根据中国船级社的《集装箱船结构强度直接计算指南》的要求，我利用PATRAN建立该集装箱船52到110号肋位的舱段有限元模型，并对船体进行了合理的简化。我选取了LC1、LC4、LC5、LC6、LC7（满载出港货舱进水）五种工况，其中LC1、LC6和LC7为边界类型对称工况，LC4和LC5为边界类型非对称工况。每种工况下又各有三种装载状态：均箱装载、装载14t箱、装载25t箱。设定好边界条件和装载状况，并且设定了材料特性，我利用NASTRAN进行对该集装箱船横向强度的有限元强度计算。计算结果表明该130.8米集装箱船结构的横向强度均满足强度要求。通过这篇论文，我们认识到在集装箱船设计中应该充分保证其横向强度。关键词：集装箱船；有限元分析；横向强度 目 录
第1章 绪论 1
1.1 集装箱船概述 1
1.1.1 起源 1
1.1.2 发展 2
1.1.3 种类 4
1.1.4 特点 4
1.1.5 发展趋势 5
1.2 集装箱船强度研究 6
1.2.1 总纵强度 6
1.2.2 横向强度 7
1.2.3 疲劳强度 7
1.2.4 扭转强度 8
1.3 集装箱船有限元分析研究 8
1.3.1 有限元法分析基本原理 8
1.3.2 集装箱船有限元方法分析 9
1.4 本论文研究内容 10
第2章 有限元软件及模型简介 11
2.1 MSC Software 11
2.2 主要产品 11
2.3 MSC Software与船舶工业 12
2.4 MSC Patran简介 12
2.5 M
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
分析基本原理 8
1.3.2 集装箱船有限元方法分析 9
1.4 本论文研究内容 10
第2章 有限元软件及模型简介 11
2.1 MSC Software 11
2.2 主要产品 11
2.3 MSC Software与船舶工业 12
2.4 MSC Patran简介 12
2.5 MSC Nastran简介 13
2.6 Patran模型 14
第3章 计算过程 18
3.1 概述 18
3.1.1 评估依据 18
3.1.2 装载状况 18
3.1.3 材料属性 18
3.2 计算工况 18
3.3 边界条件 18
3.3.1 对称边界条件 19
3.3.2 非对称边界条件 19
3.4 计算载荷 20
第4章 计算结果 23
4.1 各主要构件应力值 23
4.2 各主要构件应力云图（图中应力单位：N/m2） 26
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
绪论
集装箱船概述
起源
可以说，集装箱船是世界集装箱运输发展潮流中的必然产物。那么,什么是集装箱运输呢？集装箱运输是指以集装箱这种大型容器为载体，将货物集合组装成集装单元，以便在现代流通领域内利用大型装卸机械和大型载运车辆与船舶进行装卸、搬运作业和完成运输任务[1]。
我们知道，传统的货物运输使用的是件杂货的方式，即使用有包装和无包装散件装运货物的方式，这种运输方式下，货物种类繁多，包装形式不一，每件货物的重量大小也不等，既不利于全过程机械化运输和自动化运输的应用，也不符合现代大规模专业化生产的要求。为了解决这种矛盾，集装箱应运而生。
人们一开始使用的就是成组化技术的概念，即采用托盘等简单的成组工具进行货物的运输和装卸。但是，这种方法的集成化程度不高，并且外形不统一，不方便叠加摆放，场地利用效率也比较低。因此，人们逐步改进，设计出了更为先进的、功能各异的现代化集装箱。
经过几十年的发展，集装箱已经有了国际标准，现在的集装箱宽度均为2.438m,长度有12.192m、9.125m、6.058m、2.991m四种类型，高度也有2.896m、2.591m、2.438m、2.438m四种类型。目前集装箱船运输的多为20英尺、40英尺和45英尺的集装箱，但是也有一些国家、地区、行业协会、船运公司等为本集团制定的尺寸标准，这些标准只适用于本区域，应用范围不广[2]。此外，我们还经常见到标准箱（TEU）、自然箱（BOX）等名词，它们都是计算箱量的专用术语。最常用的是TEU的概念，它是指外尺寸而不是内尺寸为6.058m×2.438m×2.591m的集装箱，也就是人们常说的20英尺集装箱。
初始时，集装箱主要用于铁路运输和公路运输，但随着经济全球化的推进和国际贸易的发展，人们亟需一种运输集装箱的海上工具，于是，集装箱船应时而生。
表1－1国际标准集装箱系列及外形尺寸表
长度（mm）
宽度（mm）
高度（mm）
总重(Kg)
12192
2438
2896
30480
2591
2438
<2438
9125
2438
2896
25400
2591
2438
<2438
6058
2438
2591
24000
2438
<2438
2991
2438
2438
10160
<2438
发展
使用船舶批量运输集装箱，最早出现在19世纪末的美国。当时有人在密西西比河上进行运输集装箱的试验，但是这种新的运输工艺并没有被广泛应用。
进入20世纪后，铁路和公路之间的竞争日益激烈，海上运输集装箱并没有取得实质性发展。直到1955年，美国人马尔康马克林（Malcom Mclean）才提出采用集装箱进行海上运输并实现海陆联运的设想，并在1956年，将一艘油船“理想”号改装后，首次进行了集装箱批量运输的实船尝试。这次试运显示了集装箱运输强大的经济效益，此前普通货船平均每吨装卸费为5.83美元，现在只要0.15美元
第1章 绪论 1
1.1 集装箱船概述 1
1.1.1 起源 1
1.1.2 发展 2
1.1.3 种类 4
1.1.4 特点 4
1.1.5 发展趋势 5
1.2 集装箱船强度研究 6
1.2.1 总纵强度 6
1.2.2 横向强度 7
1.2.3 疲劳强度 7
1.2.4 扭转强度 8
1.3 集装箱船有限元分析研究 8
1.3.1 有限元法分析基本原理 8
1.3.2 集装箱船有限元方法分析 9
1.4 本论文研究内容 10
第2章 有限元软件及模型简介 11
2.1 MSC Software 11
2.2 主要产品 11
2.3 MSC Software与船舶工业 12
2.4 MSC Patran简介 12
2.5 M
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分析基本原理 8
1.3.2 集装箱船有限元方法分析 9
1.4 本论文研究内容 10
第2章 有限元软件及模型简介 11
2.1 MSC Software 11
2.2 主要产品 11
2.3 MSC Software与船舶工业 12
2.4 MSC Patran简介 12
2.5 MSC Nastran简介 13
2.6 Patran模型 14
第3章 计算过程 18
3.1 概述 18
3.1.1 评估依据 18
3.1.2 装载状况 18
3.1.3 材料属性 18
3.2 计算工况 18
3.3 边界条件 18
3.3.1 对称边界条件 19
3.3.2 非对称边界条件 19
3.4 计算载荷 20
第4章 计算结果 23
4.1 各主要构件应力值 23
4.2 各主要构件应力云图（图中应力单位：N/m2） 26
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
绪论
集装箱船概述
起源
可以说，集装箱船是世界集装箱运输发展潮流中的必然产物。那么,什么是集装箱运输呢？集装箱运输是指以集装箱这种大型容器为载体，将货物集合组装成集装单元，以便在现代流通领域内利用大型装卸机械和大型载运车辆与船舶进行装卸、搬运作业和完成运输任务[1]。
我们知道，传统的货物运输使用的是件杂货的方式，即使用有包装和无包装散件装运货物的方式，这种运输方式下，货物种类繁多，包装形式不一，每件货物的重量大小也不等，既不利于全过程机械化运输和自动化运输的应用，也不符合现代大规模专业化生产的要求。为了解决这种矛盾，集装箱应运而生。
人们一开始使用的就是成组化技术的概念，即采用托盘等简单的成组工具进行货物的运输和装卸。但是，这种方法的集成化程度不高，并且外形不统一，不方便叠加摆放，场地利用效率也比较低。因此，人们逐步改进，设计出了更为先进的、功能各异的现代化集装箱。
经过几十年的发展，集装箱已经有了国际标准，现在的集装箱宽度均为2.438m,长度有12.192m、9.125m、6.058m、2.991m四种类型，高度也有2.896m、2.591m、2.438m、2.438m四种类型。目前集装箱船运输的多为20英尺、40英尺和45英尺的集装箱，但是也有一些国家、地区、行业协会、船运公司等为本集团制定的尺寸标准，这些标准只适用于本区域，应用范围不广[2]。此外，我们还经常见到标准箱（TEU）、自然箱（BOX）等名词，它们都是计算箱量的专用术语。最常用的是TEU的概念，它是指外尺寸而不是内尺寸为6.058m×2.438m×2.591m的集装箱，也就是人们常说的20英尺集装箱。
初始时，集装箱主要用于铁路运输和公路运输，但随着经济全球化的推进和国际贸易的发展，人们亟需一种运输集装箱的海上工具，于是，集装箱船应时而生。
表1－1国际标准集装箱系列及外形尺寸表
长度（mm）
宽度（mm）
高度（mm）
总重(Kg)
12192
2438
2896
30480
2591
2438
<2438
9125
2438
2896
25400
2591
2438
<2438
6058
2438
2591
24000
2438
<2438
2991
2438
2438
10160
<2438
发展
使用船舶批量运输集装箱，最早出现在19世纪末的美国。当时有人在密西西比河上进行运输集装箱的试验，但是这种新的运输工艺并没有被广泛应用。
进入20世纪后，铁路和公路之间的竞争日益激烈，海上运输集装箱并没有取得实质性发展。直到1955年，美国人马尔康马克林（Malcom Mclean）才提出采用集装箱进行海上运输并实现海陆联运的设想，并在1956年，将一艘油船“理想”号改装后，首次进行了集装箱批量运输的实船尝试。这次试运显示了集装箱运输强大的经济效益，此前普通货船平均每吨装卸费为5.83美元，现在只要0.15美元
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