船舶结构课程设计报告完整版.docx

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船舶结构课程设计报告完整版

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

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

表2.1小组分工及贡献度

姓名

课题分工

贡献度

Xx

根据规范确定#12—#41区域甲板构件尺寸，#-6—#12区域有限元计算

1.0

Xx

根据规范确定#126—#153区域甲板构件尺寸，整理甲板构件规范计算书

1.0

Xx

根据规范确定#-6—#12区域甲板构件尺寸，帮助建立甲板板架有限元模型

1.0

Xx

根据规范确定#41—#126区域甲板构件尺寸

1.0

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

=0.667mm（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;

A1——型材的剖面积，cm2；

　Ix1——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;

　tp——带板的平均厚度,mm;

　bf——主要构件面板宽度,m;

　tf——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

C1

C2

C3

#140～#153

4.358

2.037

2

0.8

9.45

#126～#140

3.358

1.6975

2

0.8

5.775

4.4甲板横梁计算

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=149.069cm3

可以取г16a，由规范可以算出其剖面模数W=143.361cm3，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=113.4164cm3

所以W不小于116.56cm3

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=114.664cm3

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