基于协调共同结构规范的纽卡斯尔型散货船结构设计

摘要

在IMO推行的GBS（目标型新船建造标准）中，对船舶的安全性、规范的规定、船舶营运的保证、行业标准等多方面提出了详细的要求。IACS为了保证规范满足GBS的要求，由各成员单位组织专门的工作组，并征求全球船东、造船企业意见进行研究、整理和制定统一适用于油船和散货船的新规范，最终形成HCSR（协调共同规范）。
　　HCSR规范草案第一版已于2012年7月份颁布，第二版已于2013年4月份颁布，目前规范文本基本齐全、定义和描述基本覆盖了相关的GBS要求。HCSR协调了原有的散货船和油船规范，重点在九方面进行了整合:波浪载荷、屈曲、有限元分析、腐蚀、焊接、舱口角隅疲劳、营运船舶检验、疲劳、描述性说明。从GBS的推出以及HCSR目前规范版本的研究已经可以确定，船舶设计工作量将大幅度增加、设计周期将有所延长、设计和建造成本也将随之增长。
　　本论文通过跟踪GBS和HCSR进展，研究评估其对本船型的影响，调研对散货船设计建造的影响，并根据已颁布的规范草案，完成了纽卡斯尔型散货船结构设计的升级换代和满足HCSR的初步验证。
　　纽卡斯尔型散货船是大连船舶重工集团成功开发满足CSR规范载重量20万吨级散货船，为了研究HCSR对散货船的影响并为今后船型升级奠定基础，本文全面的对比了HCSR与CSR规范要求的变化，通过规范计算和有限元计算方法分析了纽卡斯尔型散货船货舱区结构强度，为确定HCSR带来的影响提供了有力的技术支撑。
　　主要内容如下:
　　一、详细对比了HCSR规范与CSR规范对散货船要求的差异，分析了HCSR规范的新要求及对散货船设计的影响。
　　二、对货舱区各个横剖面进行规范计算，研究了HCSR对各结构尺寸的新要求。对比各个结构部件与CSR船型结构尺寸差异，分析了结构尺寸变化的原因，找到了各结构尺寸的决定因素。
　　三、应用直接计算方法对货舱区结构屈服和屈曲做了全面评估，对比了基于HCSR规范计算结果与CSR规范要求的所有结构尺寸变化以及货舱区重量变化。对满足HCSR规范新要求的影响给出了研究结论。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 论文研究背景和意义

1．2．1 研究背景

1．2．2 适用性研究

1．2．3 具体要求

1．3 研究现状

1．4 论文的主要工作

2 协调共同规范主要变化

2．1 规范的总则

2．2 总布置设计

2．3 结构设计原则

2．4 载荷

2．5 船体梁载荷

2．6 船体局部结构

2．7 直接强度分析

2．7．1 有限元模型建立

2．7．2 边界条件

2．7．3 许用应力衡准

2．7．4 细网络

2．7．5 计算工况

2．7．6 首货舱和尾货舱

2．8 屈曲

2．8．1 概述

2．8．2 HCSR屈曲和极限强度

2．9 疲劳

2．9．1 HCSR疲劳计算各章节变化

2．9．2 HCSR和CSR疲劳评估主要共同点

2．9．3 HCSR和CSR疲劳分析位置对比

2．9．4 HCSR和CSR疲劳分析方法对比

2．9．5 HCSR和CSR可改善疲劳的焊后处理方法对比

2．9．6 HCSR疲劳分析对船体结构的影响

2．10 其它结构

2．11 上层建筑、甲板室及舾装

2．12 建造

2．13 营运船舶换新衡准

2．14 HCSR规范特殊部分研究

2．15 本章小结

3 协调共同规范描述性要求

3．1 腐蚀

3．2 载荷工况

3．2．1 概述

3．2．2 坐标系统

3．2．3 动载荷工况定义

3．2．4 船体运动和加速度

3．2．5 用于动载荷工况的加速度

3．3 船体梁载荷

3．3．1 船体梁垂向静水载荷

3．3．2 静水剪力

3．3．3 波浪载荷

3．4 外部载荷

3．4．1 舷侧外板和船底板的外部海水压力

3．4．2 用于强度评估的外部动压力

3．4．3 横浪工况水动压力如下图所示

3．4．4 斜浪工况

3．5 露天甲板的外部压力

3．6 内部压力

3．7 液体引起的侧向压力

3．8 共同设计装载工况

3．8．1 工况定义

3．8．2 航行工况

3．8．3 港内工况

3．9 本章小结

4 直接计算概述及协调共同结构规范要求

4．1 直接计算流程概述

4．2 使用单元类型

4．3 货舱区结构强度分析

4．4 模型范围

4．5 结构建模及网格要求

4．5．1 结构建模

4．5．2 有限元建模网格要求

4．6 模型的边界条件

4．7 分析衡准

4．8 本章小结

5 纽卡斯尔型散货船结构规范校核

5．1 纽卡斯尔型散货船结构型式概述

5．2 结构设计研究

5．2．1 设计弯矩优化

5．2．2 强框架布置优化

5．2．3 纵向构件优化研究

5．2．4 主甲板板和骨材厚度变化影响研究

5．2．5 使用的钢材级别影响研究

5．2．6 中剖面结构布置优化

5．3 纽卡斯尔型散货船主要尺度信息

5．4 参考图纸

5．5 规范计算概述

5．6 计算剖面选取

5．7 计算模型

5．7．1 规范计算模型

5．8 主要尺度信息输入

5．9 舱室定义

5．10 横剖面结构布置信息输入

5．11 横舱壁结构布置信息输入

5．12 本章小结

6 基于共同结构规范的直接计算分析

6．1 有限元计算模型

6．2 设计输入

6．3 各工况变形计算结果

6．4 船体结构屈服强度结果

6．5 重压载舱计算结果

6．6 轻货舱计算结果

6．7 重货舱计算结果

6．8 计算结果分析

6．8．1 计算结果分析

6．8．2 船体梁强度

6．8．3 直接计算影响

6．8．4 抓斗加强

6．8．5 结构重量变化

6．9 本章小结

7 结论

7．1 结论

7．2 问题和建议

致谢

参考文献