156m内河货船舱段有限元强度评估(附件)
摘 要摘 要从20世纪50年代起，为了减少船舶运输散货时发生事故，典型专用散货船结构型式应运而生。随着世界经济的发展，散货船得到了良好的发展。然而散货船的安全性一直是研究的最重要的课题。论文介绍了MSC.Patran/Nastran有限元计算软件，以及有限元软件在船舶结构强度直接计算方面的应用。以一艘165m散货船为研究对象，根据该船总布置图、型线图、基本结构图、典型横剖面图、舱壁结构图等图纸，使用MSC.Patran软件建立纵向从#58肋位到#195肋位的舱段模型。按照《船长大于140m钢质内河船舶设计评估指南》(2014)规范要求以及稳性计算说明书，考虑了LC1、LC2、LC3、LC4、LC5、LC6、LC7、LC8八种工况，并根据计算工况对该舱段模型添加边界条件及施加载荷。再利用MSC.Nastran计算程序，计算货舱段各主要构件的应力，得到各构件的应力云图。最后，本文对计算结果进行了详细的分析，得出156m散货船货舱区各主要构件的强度均满足规范要求。本文旨在对156米内河散货船货舱区域的有限元强度评估的分析方法及过程进行详细的介绍和说明。希望能够对于同类型的内河散货船舱段有限元分析具有一定的指导意义。关键词：有限元分析；内河散货船；舱段目 录
第一章 绪论 1
1.1 散货船发展综述 1
1.1.1 前言 1
1.1.2 散货船的特点 1
1.1.4 散货船的历史 2
1.2 课题的内容以及意义 4
1.2.1 研究内容 4
1.2.2 研究目的及意义 5
第二章 有限元软件介绍 11
2.1 概述 11
2.2 MSC.PATRAN简介 12
2.3 MSC.NASTRAN简介 14
2.4 建模及分析 14
2.5本章小结 9
第三章 舱段有限元模型介绍 9
3.1 概述 9
3.1.1 评估依据 9
3.1.2 参考图纸 9
3.2 主尺度及主要参数 11
3.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 2.3 MSC.NASTRAN简介 14
2.4 建模及分析 14
2.5本章小结 9
第三章 舱段有限元模型介绍 9
3.1 概述 9
3.1.1 评估依据 9
3.1.2 参考图纸 9
3.2 主尺度及主要参数 11
3.3 有限元模型 11
3.3.1 结构有限元模型 12
3.3.2 坐标系 16
第四章 舱段有限元强度计算结果及分析 22
4.1 主尺度 17
4.2 边界条件 17
4.3 工况 18
4.4 载荷 20
4.4.1 舷外水压 12
4.4.2 压载舱压力 25
4.4.3 舱内散货物的压力 25
4.4.4 端面弯矩 30
4.5 许用应力衡准 33
4.6 分析结果及结论 35
结语 45
致谢 47
参考文献 48
附录 50
第一章 绪论
1.1 散货船发展综述
1.1.1 前言
散货船于上世纪五十年代被船舶业学者及工作者们研究制造出来。散货船面世后便较少了船舶运输散货出现事故的概率。其从出现一直稳定、良好地发展到现在。到目前为止，散货船在国际航运中已经占据主要位置，其业务已接近全球总业务的百分之三十。并且，它的高安全性、大运货量、高装载效率等优点，让它成为运输船舶的无冕之王。在新的世纪，随着全球经济越来越紧密贸易越来越频繁，相信散货船的发展又会迎来一次质的飞跃。
1.1.2 散货船的特点
散货船主要运输粮食、煤炭、谷物和砂矿等干散货。而像石油等液化物体以及木屑、砂糖等特殊散货一般不采用散货船运输，这些散货有专门的船舶进行运输，例如油船、化学品船等。但是由于各类货物的比重不一样，所以运输不同货物的散货船之间也有区别。所以散货船的规范要求也比较严格，尤其是在2006年7月1号前后，由于散货船的定义出现了很大分歧，导致不同企业对散货船的建造标注等出现差异及混乱。直到2008年的海安会才重新对散货船统一定义了。
散货船的结构形式一般有两种：单舷侧散货船、双舷侧散货船。因其装载货物的需要，大多数的散货船都是尾机型、双层底和单甲板结构的，与其他船舶的主要区别在于，散货船通常都设有顶边舱和底边舱，底边舱通常是由内底在两舷处向上斜升而形成，而顶边舱则是由甲板和倾斜的舱口边构成。另外，散货船的船型正向着大型化的趋势发展。由于需要运输的货船的性质和运输的要求的不同，散货船在货舱的设计、船体的内部结构、舱室的划分以及安装的设备等多个方面都有所差异。
1.1.3 散货船船型分类
在狭义上人们所说的散货船一般就是指干散货船。国际上，散货船（干散货船）的分类方法大致有以下两种。
第一种，按载重量分：
（1）载重量在20万吨以上的超大型散货船；
（2）载重量在13万吨到17万吨的好望角型散货船；
（3）载重量在6.4万吨到7.3万吨的是巴拿马型散货船；
（4）载重量在2万吨到4.8万吨的是灵便型散货船，其中载重量在3.5 万载重吨以上的被称为大灵便型散货船；
（5）载重量在2.7万吨到3.4 万吨大湖型散货船。
第二种，按所载货物的比重分：
（1）散货船所运输的货物的比重在1吨每立方米以上，比如铁矿石等矿砂，并且可以隔舱装运，那么就称这类散货船为BC-A 类散货船；
（2）散货船所运输的货物的比重在1吨每立方米以上，比如煤炭等，并且可以再所有的货舱区积载，那么这类散货船就是BC-B 类散货船；
（3）散货船所运输的货物的比重在1吨每立方米以下，比如谷物等，那么这类散货船就被归为BC-C 类散货船。
1.1.4 散货船的历史
上世纪五十年代以前，人们运输散货时并没有使用专门的船舶，而是简单的使用杂货船。然而由于散货可以流动的特性，所以杂货船在遇到风浪发生横摇的时候，散货船开始流动形成自由表面并且横贯整个船宽，这样就危及到船舶行驶安全。如果天气情况特别糟糕时，造成很大的风浪，这时船体会发生横倾，事故就不可避免的发生了。据统计，在五十年代这样的事故已经有一百五十余次了。
为了降低事故的发生概率，并且提高散货运输的安全性，典型专用散货船结构型式就此应运而生。随着典型散货船的诞生，海上运输业迎来了前所未有的发展空间，因此散货船的数量也急剧增加。然而，在上世纪八十年代，散货船的发展再次遇到瓶颈，因为散货船的船体结构强度不够，导致船体经常受到损伤，在遇到较大的损伤破坏时就容易发生沉船事故。当这样的事故出现越来越频繁时，人们终于意识到改变散货船的机构势在必行了。在学者专家们的不懈研究下，双壳体散货船面世了。虽然双壳体散货船具有运营安全、方便的优点，但是它的空船质量大，还有较高的建造成本的缺陷。尽管如此，散货船还是开创了新的发展局面。
1.1.5 散货船国内外状况及发展趋势
（1）国内状况
在2008年金融风暴之前，中国船市的发展呈现出持续升温的状态，中国的航运市场也是一片利好现象。尤其是在2006年，散货运输量一度达到14.55亿吨。然而，世界金融危机爆发之后，造成世界贸易量的大幅下降，对海洋运输业直接造成了很大的冲击，间接使的船市开始呈现出低迷状态。我国的船舶制造业受到了很大的影响，很多中小型船厂因订单被退或商业协议被毁造成巨大的经济损失，纷纷倒闭。为了解决这种局面，国家出行相应的政策鼓励船海行业的发展，并且通过拉动内需让小吨位的散货船在内河和近海航区保持了相对繁荣的局面。现今，研发适合在内河航道运行的中大型散货船成为我国造船界的热门课题。
（2）国际状况
众所周知，世界各地的物产不一样，相同物产的储量又不一样，各地的人口分布密度也不一样，因此国家内部以及世界各国之间的资源合理再分配很有必要。而对于资源的运输主要有汽车、货船、船舶和航空运输几种方式。
第一章 绪论 1
1.1 散货船发展综述 1
1.1.1 前言 1
1.1.2 散货船的特点 1
1.1.4 散货船的历史 2
1.2 课题的内容以及意义 4
1.2.1 研究内容 4
1.2.2 研究目的及意义 5
第二章 有限元软件介绍 11
2.1 概述 11
2.2 MSC.PATRAN简介 12
2.3 MSC.NASTRAN简介 14
2.4 建模及分析 14
2.5本章小结 9
第三章 舱段有限元模型介绍 9
3.1 概述 9
3.1.1 评估依据 9
3.1.2 参考图纸 9
3.2 主尺度及主要参数 11
3.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 2.3 MSC.NASTRAN简介 14
2.4 建模及分析 14
2.5本章小结 9
第三章 舱段有限元模型介绍 9
3.1 概述 9
3.1.1 评估依据 9
3.1.2 参考图纸 9
3.2 主尺度及主要参数 11
3.3 有限元模型 11
3.3.1 结构有限元模型 12
3.3.2 坐标系 16
第四章 舱段有限元强度计算结果及分析 22
4.1 主尺度 17
4.2 边界条件 17
4.3 工况 18
4.4 载荷 20
4.4.1 舷外水压 12
4.4.2 压载舱压力 25
4.4.3 舱内散货物的压力 25
4.4.4 端面弯矩 30
4.5 许用应力衡准 33
4.6 分析结果及结论 35
结语 45
致谢 47
参考文献 48
附录 50
第一章 绪论
1.1 散货船发展综述
1.1.1 前言
散货船于上世纪五十年代被船舶业学者及工作者们研究制造出来。散货船面世后便较少了船舶运输散货出现事故的概率。其从出现一直稳定、良好地发展到现在。到目前为止，散货船在国际航运中已经占据主要位置，其业务已接近全球总业务的百分之三十。并且，它的高安全性、大运货量、高装载效率等优点，让它成为运输船舶的无冕之王。在新的世纪，随着全球经济越来越紧密贸易越来越频繁，相信散货船的发展又会迎来一次质的飞跃。
1.1.2 散货船的特点
散货船主要运输粮食、煤炭、谷物和砂矿等干散货。而像石油等液化物体以及木屑、砂糖等特殊散货一般不采用散货船运输，这些散货有专门的船舶进行运输，例如油船、化学品船等。但是由于各类货物的比重不一样，所以运输不同货物的散货船之间也有区别。所以散货船的规范要求也比较严格，尤其是在2006年7月1号前后，由于散货船的定义出现了很大分歧，导致不同企业对散货船的建造标注等出现差异及混乱。直到2008年的海安会才重新对散货船统一定义了。
散货船的结构形式一般有两种：单舷侧散货船、双舷侧散货船。因其装载货物的需要，大多数的散货船都是尾机型、双层底和单甲板结构的，与其他船舶的主要区别在于，散货船通常都设有顶边舱和底边舱，底边舱通常是由内底在两舷处向上斜升而形成，而顶边舱则是由甲板和倾斜的舱口边构成。另外，散货船的船型正向着大型化的趋势发展。由于需要运输的货船的性质和运输的要求的不同，散货船在货舱的设计、船体的内部结构、舱室的划分以及安装的设备等多个方面都有所差异。
1.1.3 散货船船型分类
在狭义上人们所说的散货船一般就是指干散货船。国际上，散货船（干散货船）的分类方法大致有以下两种。
第一种，按载重量分：
（1）载重量在20万吨以上的超大型散货船；
（2）载重量在13万吨到17万吨的好望角型散货船；
（3）载重量在6.4万吨到7.3万吨的是巴拿马型散货船；
（4）载重量在2万吨到4.8万吨的是灵便型散货船，其中载重量在3.5 万载重吨以上的被称为大灵便型散货船；
（5）载重量在2.7万吨到3.4 万吨大湖型散货船。
第二种，按所载货物的比重分：
（1）散货船所运输的货物的比重在1吨每立方米以上，比如铁矿石等矿砂，并且可以隔舱装运，那么就称这类散货船为BC-A 类散货船；
（2）散货船所运输的货物的比重在1吨每立方米以上，比如煤炭等，并且可以再所有的货舱区积载，那么这类散货船就是BC-B 类散货船；
（3）散货船所运输的货物的比重在1吨每立方米以下，比如谷物等，那么这类散货船就被归为BC-C 类散货船。
1.1.4 散货船的历史
上世纪五十年代以前，人们运输散货时并没有使用专门的船舶，而是简单的使用杂货船。然而由于散货可以流动的特性，所以杂货船在遇到风浪发生横摇的时候，散货船开始流动形成自由表面并且横贯整个船宽，这样就危及到船舶行驶安全。如果天气情况特别糟糕时，造成很大的风浪，这时船体会发生横倾，事故就不可避免的发生了。据统计，在五十年代这样的事故已经有一百五十余次了。
为了降低事故的发生概率，并且提高散货运输的安全性，典型专用散货船结构型式就此应运而生。随着典型散货船的诞生，海上运输业迎来了前所未有的发展空间，因此散货船的数量也急剧增加。然而，在上世纪八十年代，散货船的发展再次遇到瓶颈，因为散货船的船体结构强度不够，导致船体经常受到损伤，在遇到较大的损伤破坏时就容易发生沉船事故。当这样的事故出现越来越频繁时，人们终于意识到改变散货船的机构势在必行了。在学者专家们的不懈研究下，双壳体散货船面世了。虽然双壳体散货船具有运营安全、方便的优点，但是它的空船质量大，还有较高的建造成本的缺陷。尽管如此，散货船还是开创了新的发展局面。
1.1.5 散货船国内外状况及发展趋势
（1）国内状况
在2008年金融风暴之前，中国船市的发展呈现出持续升温的状态，中国的航运市场也是一片利好现象。尤其是在2006年，散货运输量一度达到14.55亿吨。然而，世界金融危机爆发之后，造成世界贸易量的大幅下降，对海洋运输业直接造成了很大的冲击，间接使的船市开始呈现出低迷状态。我国的船舶制造业受到了很大的影响，很多中小型船厂因订单被退或商业协议被毁造成巨大的经济损失，纷纷倒闭。为了解决这种局面，国家出行相应的政策鼓励船海行业的发展，并且通过拉动内需让小吨位的散货船在内河和近海航区保持了相对繁荣的局面。现今，研发适合在内河航道运行的中大型散货船成为我国造船界的热门课题。
（2）国际状况
众所周知，世界各地的物产不一样，相同物产的储量又不一样，各地的人口分布密度也不一样，因此国家内部以及世界各国之间的资源合理再分配很有必要。而对于资源的运输主要有汽车、货船、船舶和航空运输几种方式。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/385.html
