船舶结构课程设计报告

船舶与海洋工程学院

《船舶结构设计》课程设计报告

专业：船舶与海洋工程

班级：xxxxx

组员：xxxxxx

题目：第1题

指导教师：xx

完成时间：xxxxx

目录

1 课程设计任务 (1)

2设计任务小组分工 (1)

3 基本结构设计方案及基本结构图的绘制 (1)

4 基于《CCS-国内航行海船建造规范（2006）》规范的结构设计 (2)

5 甲板板架结构有限元建模与强度计算 (8)

5.1 有限元建模前的考虑 (8)

5.2 有限元建模 (8)

5.3 有限元强度计算结果 (11)

6 总结 (13)

附录一甲板基本结构图图纸 (14)

附录二甲板板架规范计算书 (114)

1 课程设计任务

1)熟悉《国内航行海船建造规范》第2篇船体部分中的第一章（通

则）、第二章（船体结构）和第八章（散货船补充规定）的基

本内容；

2)根据《国内航行海船建造规范》确定5000吨江海直达船甲板

板架基本结构设计方案；

3)绘制主甲板基本结构图、完成船体结构构件规范计算书；

4)完成甲板板架结构#-6—#12区域有限元计算书

2设计任务小组分工

3 基本结构设计方案及基本结构图的绘制

3.1基本结构设计方案

本船主要运输矿石及钢材，兼顾煤碳及水泥熟料等货物。航行于长江武汉至宁波中国近海航区及长江A、B级航区。首先根据本船的特点确定甲板结构形式：船舶结构首尾甲板结构为横骨架形式，中部单甲板、纵骨架式形式。然后初步确定肋距：

尾～#10及#140～首肋距为600mm

#10～#140 肋距为700mm

实肋板间距2100mm

本船规范要求的标准肋距为(1.2.8.1)：

S = 0.0016L+0.5 = 0.0016×104.1+0.5

= 0.667 mm (以下均同)

根据母型船的货舱分布及结构特点确定横舱壁位置和分舱数，然后根据船舱长度和船的主尺度确定构件的大概数目和位置。这样，可以初步确定船舶的基本结构图。

3.2基本结构图的绘制

确定好横舱壁数目和位置，肋距等，结合母型船的基本结构图，可以在CAD 中初步绘制甲板的基本结构图。

3.3基本结构图的最终确定

根据规范去校核基本结构图是否符合规范，修改掉不符合规范的地方，根据规范重新确定，最后确定下来基本结构图。

主甲板的基本结构图见附录一。

4 基于《国内航行海船建造规范》的结构设计

取横骨架式甲板横梁的尺寸计算和尺寸的确定为典型例子：

4.1确定甲板板厚

4.1.1查规范

4.1.2根据规范计算甲板板厚

从基本结构图中可知：L=104.1m，横梁间距s=0.7m，Fd=1，则

t1=0.085*0.7*（104.1+110）*（1+（0.7/2.624）^2）^（-1）=11.8926mm t2=1.05*0.7*104.1+75)^(-0.5)= 9.83638mm

t1>t2

所以甲板板厚取12mm

4.2构件几何参数计算公式

在本船中，普通横梁取为球扁钢

4.2.1查规范

轧制型材(包括球扁钢、不等边角钢和不等边不等厚角钢)(见图1. 2. 4. 1)连同带板的剖面积Az、惯性矩I 和剖面模数W 可按下列各式计算：

式中：h ——型材的高度，mm;

A 1——型材的剖面积，cm2；

I x1——型材的自身惯性矩，cm4；

y1——型材的中和轴位置，cm；

A ——带板剖面积，cm2；

t ——带板厚度，mm;

y ——连带板的中和轴位置，按下式计算：

带板的尺寸规范

式中: f——系数,等于0.3(l/b)2/3 ,但不大于1;

b ——主要构件所支承的面积的平均宽度,m;

l ——主要构件的长度,m;

t p ——带板的平均厚度,mm;

b f ——主要构件面板宽度,m;

t f ——主要构件面板厚度,mm；

4.3甲板水头计算

4.3.1查规范

4.3.2甲板水头计算

根据上述规范可以计算

h0 = 1.2+21000 (100+3LD-d – 150)

= 1.2+21000 (100+3×104.17.6-5.8 – 150)

= 1.358m

依据表2.8.1.1计算甲板各区域压头值：

本船区域主要构件h 次要构件h C1C2C3 #140～#153 4.358 2.037 2 0.8 9.45 #126～#140 3.358 1.6975 2 0.8 5.775

4.4.1查规范如下：

4.4.2甲板横梁计算和尺寸确定

（1）#140——#153横梁，l取2.2m，根据规范可以计算剖面模数

W = C1C2Dd+C3shl2 =2*0.8*7.6*5.8+9.45*0.6*2.037*2.2^2=126.429cm3

剖面模数不必大于：

W=Bshl2=17.5*0.6*2.037*2.64^2=149.069 cm3

可以取г16a，由规范可以算出其剖面模数W=143.361 cm3，符合要求(2)#126--#140横梁，l取2.5m，根据规范可以计算剖面模数

W = C1C2Dd+C3shl2 = 2*0.8*7.6*5.8+5.775*0.7*1.6975*2.5^2=113.4164 cm3 所以W不小于116.56 cm3

又剖面模数不大于

W=Bshl2=17.5*0.7*1.6975*2.59^2=139.491cm3

可以取г14b，其剖面模数W=114.664 cm3

综合（1）、（2），考虑到实际造船的材料选择尽量一致的原则，我们决定#126--#153之间的普通横梁统一取г14b，局部地方强度不够再局部加强。

甲板板架规范计算书见附录二。

5 甲板板架结构有限元建模与强度计算

5.1 在建模之前，首先对要建模区域有个整体把握，考虑比如12号肋位的横舱壁为刚性固定，6号肋位的横舱壁，在询问同学的意见后，觉得简支也还较为可靠，，两个舷侧和艉封板刚度相对横舱壁较小，考虑简支。有个小开口，在询问同学后，开口进行映射网格划分容易出问题且可能会出现应力集中，考虑甲板开口也较小，就直接忽略。作为补偿，甲板厚度稍微取大些，取为12mm。

5.2考虑有限元实际水平，决定建立平面模型。首先在excel中输好所有节点编号和节点坐标。在ansys中，选择计算类型为Structural，甲板为shell单元，支柱用combin单元，纵桁和横梁用beam单元。考虑单位之后，点坐标以mm为，E设置为2.1e5,泊松比为0.3。设置纵桁和强横梁为T型材，普通横梁本来用cad画了球扁钢导入ansys，结果版本原因，无法导入sat文件，选择角钢代替。做完上述工作，从excel导入坐标和编号，连接节点，生成面和线，原后用布尔操作里divide命令对面进行划分。

接下来进行网格划分，赋予普通横梁为角钢形状，纵桁和强横梁为T型材，每一小段line划分4等分。甲板赋予板形状，每一小块甲

板每200mm划分。支柱划分5等分。网格划分形状如下图：

施加约束，艉封板，舷侧和6号肋位横舱壁，施加x,y,z方向的位移约束，12号肋位横舱壁施加位移和转角约束。

施加均布载荷，按照水头近似估计

变形后的模型

5.3 应力云图Z方向的位移：

X方向的应力：

Y方向的应力：

6 总结

总结：这次强度课设，刚刚开始做的时候，完全不知道如何下手，不知道要干啥，后来在同学建议下，先详细浏览说明书，终于稍微明白要干什么了。大家开始分工，在计算强横梁，不知道该怎么弄。后来问老师可以按板架取模型进行计算。取了板架后发现纵桁太多了，觉得变形对称，可以近似取一半的结构，纵桁那里相当于刚固，舷侧自由支持，如何按照结构力学课本给的公式，按照线性叠加，进行计算，结果和老师给的基本结构图的构件尺寸相差不多。进行有限元建模时，完全不知道如何下手，因为平时有限元确实学的差，后来组里一高人建了一个实体模型，结果实体模型不知道如何划分，然后只能重新开始。觉得平面建模也还可以，于是组内讨论决定建平面模型。在网上查到方法，用excel输入点坐标。如何连线，构件面，其中T型材移动问题，在老师的帮助，大概弄明白了。到最后出现无法求解的问题，以为是开口那里导致的，于是把开口取消了，算出结果了（希望老师能体谅）。这次还是学到了很多东西，学会了如何团队合作，如何分工，如何建简单的有限元模型。总之收获颇大。

附录一.图纸

附录二甲板板架的规范计算书