CSR散货船结构设计研究

论文摘要

2006年4月1日,船级社结构共同规范(全称为Common Structure Rules,简称CSR)正式开始生效实施。CSR规范相对于原来各船级社的规范有了很大的变化,需要深入研究以设计出满足新要求的船舶。CSR规范按船型又分为双壳油船结构共同规范(Common Structure Rules for Double Hull Oil tank)和散货船结构共同规范(Common Structure Rules for Bulk Carriers)。而散货船市场自2006年复苏以来,逐渐成为船舶市场上最为活跃的船型,其中50000吨级的巴拿马型散货船是该船型的主力。因此本文以58000吨散货船为目标船型,通过该船型的设计进行散货船结构共同规范的研究。为了能全面的研究散货船共同规范,本文开展了以下六个方面的工作:(1)装载工况:船舶在航行及港口工况下静水弯矩和剪力的实际配载值,是决定船体横剖面纵向构件设计弯矩和剪力的重要因素,该值的大小将直接影响到船体结构空船重量指标。通过研究CSR规范的装载工况要求,可以在设计的早期采取优化措施,降低设计弯矩与剪力。(2)结构设计原理:结构设计原理是规范的前提和基础。CSR规范中结构设计原理包括材料、净尺度方法、腐蚀裕量、极限状态、腐蚀防腐和结构布置原理等方面。与以前规范相比,其最大的差别和最具特色的内容体现在净尺度方法和腐蚀裕量的选取。通过研究CSR规范的结构设计原理能够避免在设计时犯原则性错误。(3)总纵强度:船体梁在静水与波浪弯矩和剪力作用下的总纵强度问题一直是结构设计中至为关键的核心问题之一。本文通过对强度储备及剪切强度校核两方面来研究CSR规范要求下总纵强度。(4)极限强度:采用极限强度设计法(Ultimate Limit State Design简称ULSD法)能够跟踪船体结构的破坏过程,更有效地描述结构的真实安全裕度。本文通过研究CSR的极限强度要求以有效降低因极限强度衡准而导致增加船体剖面构件尺度的可能性。(5)横剖面规范设计:横剖面规范设计涉及到骨材间距、构件尺寸和类型、高强度钢应用、强框间距设置等内容,本文通过载荷计算、不同位置的横剖面的规范计算、最小厚度、局部强度和屈曲强度几个方面研究了CSR规范对横剖面设计的影响。(6)有限元分析:根据CSR规范要求,对船长150m以上散货船,需要进行直接有限元分析,通过研究有限元计算结果,有助于在设计的早期准确设定横向构件尺寸,缩短设计周期。最后,在完成58000吨散货船设计的基础上,通过对该船型的货舱区纵向构件、横向支撑构件、水密横舱壁、机舱及首尾部等区域构件的最终设计尺寸的分析,得到CSR规范对散货船设计的主要影响如下:(1)中垂静水弯矩增大,直接影响中剖面结构设计。需适当缩短中间舱特别是重压载舱舱长,加长首尾货舱舱长。(2)弯曲强度校核的强度储备一般应储备在设计弯矩中。(3)合理布置和确定甲板上的纵向构件,提高加筋板的屈曲极限强度,以增大船体梁的极限弯矩值。(4)防屈曲加强筋在使用扁钢时受到了很大的限制。(5)由于腐蚀要求的提高,骨材的腹板板厚增加。(6)在易发生屈曲和疲劳的区域,高强度钢的使用受到了限制。(7)由于屈曲强度要求的提高,外底板及底部纵桁尺寸增大。(8)由于疲劳要求的提高,槽型横舱壁下凳与相连内底板及底部纵桁尺寸增大。(9)由于剪切强度要求的提高,舷侧单壳区域外板尺寸增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 CSR 简介
• 1.2 船型简介
• 第二章 装载工况研究
• 2.1 规范基本要求
• 2.2 计算结果分析研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 CSR规范中结构设计原理研究
• 3.1 净尺度方法
• 3.2 腐蚀裕量
• 3.3 结构布置原则
• 3.4 本章小结
• 第四章 CSR规范中船体总强度研究
• 4.1 总强度储备分析
• 4.2 弯曲强度分析
• 4.3 剪切强度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 极限强度要求下的船体总强度研究
• 5.1 极限强度的设计准则分析
• 5.2 极限强度的计算
• 5.3 本章小结
• 第六章 船体横剖面CSR规范设计研究
• 6.1 货舱区的载荷计算
• 6.2 不同位置的横剖面设计
• 6.3 构件的强度校核
• 6.4 本章小结
• 第七章 直接计算分析
• 7.1 主要载荷工况
• 7.2 主要结果及分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 满足CSR规范要求的计算结果汇总
• 8.1 货舱区纵向构件
• 8.2 货舱区横向支撑构件
• 8.3 货舱区水密横舱壁
• 8.4 其他区域构件
• 8.5 本章小结
• 第九章 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书