3500TEU集装箱船横向强度研究
基于有限元法的船体舱段横向强度计算分析
模型。当突变剖面或载荷集 中区域位 于船体 中部 时， 取 以突变剖面或载荷集 中区域端界 向尾端各延
货物的范围， 使船舶的适运性大大增加 ， 进而提高经 济效益。如果按照规范要求设置双 向横桁架 ， 舱Ｅ ｌ
长 度必 然受 到较 大 影 响 ， 往往 不 能 满 足 船 东 装 运特 殊货 物 的要求 。因 此 ， 一些 此 类 内河 货 船 的 舱 口长
１ 舱段横 向强度计算
本船 主要 航 行 于 内 河 Ａ、 Ｂ级 航 区 ， 运 输 干 散
货。全船为钢质 电焊结构 ， 甲板均为单 甲板。货舱
区为双底 双 舷 、 长大舱 口 ， 机 舱及 首尾 部分 为单 底单 舷 。货舱 区船底 采用纵 骨架 式 ， 货 舱 区舷舱 、 机 舱及
首尾舱采用横骨架式结构。对本船强度采用有限元
） ， 男， 助教 ， 研究方向为船舶与海洋平 台结构强度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本文根据 “ 规范” 第 １ ４ ． ３ ． ３ ． ２条要求 ， 用三维 有限元模型进行散货船 主要 构件的强度 直接计算 时， 模型范围为全宽模 型 ， 舱段模 型 的纵 向范围从 Ｆ ｒ ３ ８至 Ｆ ｒ ５ ７ 。各 船 体 构 件 采 用 板 或 梁 单 元 模 拟 。
有 限元模 型如 图 １ 所示。
方 法进行 直 接计算 ， 以验 证 实 际所 取 构 件 是 否 满足
强度要求 。现对其货舱 区域 的横舱壁板架 、 甲板板
架、 船底 板架 、 舷侧 板架 等部 位 的主要 构件 进行 强度 直 接计算 。
１ ． １ 舱 段模 型
图 １ 货船货 舱有 限元模 型
１ ． ２ 边界 条件 模 型 的两 端 （ 简 称 Ａ 端 和 Ｂ端 ） 和 中纵 剖 面
超大舱口集装箱船舱口围板的强度分析及连续性的处理
15. 904
15. 810
15. 815 15. 843
表 7
h (mm )
400
800
1600
2600
3600
4600
5600
6000
6400
hD ( )
1. 86
3. 72
7. 44
12. 1
16. 7
21. 4
26. 0
27. 9
29. 8
W c (m 3)
28. 414 28. 072 27. 502 26. 979 26. 639
注: L bp = 279. 0 m , B = 32. 22 m , D = 21. 5 m , d s= 13. 5 m , C b= 0. 682
26. 457
26. 416
26. 434
26. 472
18 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
表 4
hD ( )
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
A (cm 2)
146. 3 147. 0 147. 7 148. 4 149. 1 149. 9 150. 6 151. 3 152. 0 152. 7
W c (m 3)
3. 353 3. 321 3. 293 3. 269 3. 250 3. 233 3. 221 3. 211 3. 205 3. 202
(8)
∵H > y 1, H + h > y 1, H + h > y 2, ∴C > 0 故仅当 F > 0 时, 设舱口围板对船中剖面模数
超大型集装箱船全船结构强度分析
超大型集装箱船全船结构强度分析赵欣;高茜【摘要】由于超大型箱船的超长结构和大开口特性,水平弯曲和扭转对总纵强度影响较大,且舱口角隅处有明显的应力集中现象.基于英国劳氏船级社(Lloyd's Register of Shipping,LR)规范,运用结构强度的直接计算方法对某超大型集装葙船进行有限元分析以及应力集中区域的细网格分析.由分析可见,作为双岛型船舶,机舱前端和燃油舱后端作为扭转边界承受较大合成应力,结构形式须合理设计.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】7页(P6-12)【关键词】超大型集装箱船;结构强度;有限元分析【作者】赵欣;高茜【作者单位】上海外高桥造船有限公司,上海200137;上海外高桥造船有限公司,上海200137【正文语种】中文【中图分类】U6610 引言超大型集装箱船船长、船宽远超过一般的集装箱船，货舱开口达到船宽的90%，由于大开口的特性，仅考虑垂向作用力对船体梁的影响是远远不够的，还应考虑其他各种载荷的作用[1]，包括水平波浪弯矩、水动力扭矩、货物扭矩等。
联合载荷作用下船体强度和结构变形显得尤为突出，特别是舱口围板和上甲板的舱口角隅、纵向舱口围板的前后两端、船体结构的折角处等重点受力区域，应力集中现象较为明显。
为更准确地分析超大型集装箱船的弯扭强度，得到联合载荷作用下的应力情况，常规的货舱段有限元分析已经不能满足结构设计要求，需要进行全船有限元响应分析。
同时，通过全船有限元分析，确定全船主要构件的应力分布情况，找出应力集中区域作为热点区域，为后续的细网格及疲劳分析打下基础。
本文针对某超大型集装箱船根据劳氏船级社(Lloyd’s Register of Shipping, LR)规范要求进行结构强度分析，LR的全船结构强度分析分为Part A和Part B两部分。
Part A为全船有限元分析，评估主要构件考虑扭转作用下的纵向应力水平，同时确定应力集中区域，为Part B提供边界条件；Part B针对应力集中区域进行局部细网格分析，保证热点结构满足校核衡准。
大型集装箱船舱段有限元强度分析
大型集装箱船舱段有限元强度分析钱欣玉【摘要】随着集装箱船的大型化,有限元计算已是必不可少的分析手段.舱段有限元分析的目的是根据实际装载的垂向弯矩计算,得出船舶中部构件的综合应力及变形.通过分析,得出船体主要纵向及横向的结构件尺寸.着重介绍利用MSC PATRAN和MSC/NASTRAN软件对某大型集装箱船的货舱舱段进行了结构强度的有限元分析.【期刊名称】《船舶设计通讯》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P32-36)【关键词】大型集装箱船;MSC;舱段有限元【作者】钱欣玉【作者单位】上海船舶研究设计院,上海201203【正文语种】中文【中图分类】U674.13+10 前言集装箱船具有装载效率高、安全性好、不受气候干扰等优点，随着经济全球化程度的加深，集装箱船运输作为一种较为先进，具有较好发展前景的运输方式，一直处于不断发展之中，在海运市场所占份额也逐年增长。
这些年来，各国集装箱运量不断上升，世界上主要集装箱班轮航线为了在激烈的市场竞争环境中占据有利地位，纷纷订造超大型集装箱船舶，以进一步降低单位运输成本，增强市场竞争力。
集装箱运输船舶不断朝着集约化、大型化发展。
本文以某大型集装箱作为研究对象，根据德国船级社（GL）集装箱的货舱直接分析指导文件进行船体货舱段的结构有限元分析。
由MSC/NASTRAN进行计算分析，最后通过后处理得到了舱段结构强度的有限元计算结果。
1 船体主尺度及布置该船总长399.0 m，型宽56.4 m，型深30.1 m，结构吃水16 m，采用双岛式布局。
其总共设置九对底压载水舱和九对边压载水舱，但为了尽可能减少压载水，边压载水舱并未设置到二甲板的高度，中间还留有一定高度的空舱。
另外，因为在船舶的压载状态，装箱状态船体处于较大的中拱弯矩之下，首尖舱和尾尖舱均设为空舱。
总体布置图如图1所示。
图1 总体布置图2 船体结构布置该船的中横剖面图如图2所示。
货舱段主船体结构基本都采用纵骨架式，有利于满足船体的总纵强度以及板格的屈曲强度。
3500TEU集装箱船的设计特点
３ ５００ ＴＥＵ集装 箱船 是单机 单桨 、柴 油机 推进 的 现代化集装箱船 ，适合于全球航行 ，除装载普通集装 箱外 ，还可 以装 载冷藏集装箱 和危 险品集装箱货物 。
本 船 线 型为 倾 斜船 首 带球 鼻 和 方尾 ，采 用 定 距 桨 ，并设置首侧推器，操纵性 良好 。机舱 、起居处所 及 驾驶 室位 于尾 部 ，设有 长 首楼 。上 甲板 以下从 船 首 到船尾 依次 设有 ８道 水密 横 舱 壁 ，将 全 船分 隔成 首尖 舱 、７个货 舱 、机 舱 和尾 尖 舱 。分 隔货 舱 的水 密 横舱壁 作为 货舱 通道 ，货舱 间 的支 撑 舱壁 布 置 货 舱 通风及冷藏集装箱 的维修空间。货舱采用大开口双 壳 箱形 结构 ，边舱 内设 有纵通 的二 甲板 。
＋ Ｍ Ｃ Ｅ ＡＵＴ
船旗 国
Ｌｉｂｅｒ ｉａ
一
１８ 一
林 洁 等 ：３ ５００ ＴＥＵ 集 装 箱船 的设 计特 点
维普资讯
３ 主要设计 特点
架式 ，货舱内的支承平 台采用纵骨架式。 本船 的结构根据集装箱布置的固有尺寸来确定
３．１ 船体 线型 和航 速
３ ５００ ＴＥＵ集 装 箱 船 属 于 巴拿 马 船 型 ，为 第 三 代集 装箱 船 。本船货 舱集 装箱 布置是 横 向设 １ １列 ， 垂 直方 向 ７层 。 甲板 和 舱 盖上 在 全 宽 方 向 布 置 １３ 列标 准集装 箱 ，层 数 不超过 ７层 。在无 舱盖 的处 所 ， 设置绑 扎支 柱 ，支柱 的顶部都 设置 集装 箱 ，有 的 集装 箱是一半搁在舱盖上 ，另一半搁在支柱上。货舱 内
重 箱 数 １４ＶＴＥＵ
２ ３５３ ＴＥＵ
主 机
大型集装箱船结构强度分析及工艺研究
大型集装箱船结构强度分析及工艺研究摘要：相对传统的干杂货船而言，以标准运输单元进行运输的集装箱运输具有更便捷、更高效、更安全的特点，因此集装箱船逐渐取代传统意义上的干杂货船开始成为海上运输的主力。
从规模效应的观点来看，船舶的主尺度越大其经济效益方面的优势就越明显，进入20世纪90年代以来，随着高强度船体材料以及大功率船用发动机等关键技术的逐渐成熟，集装箱船开始正式迈入大型化时代，并逐步呈现出一些全新的发展趋势。
随着近年来国际经济形势的复苏以及IMO节能减排法令的强制生效，大型集装箱船再次成为了国际航运界关注的焦点。
关键词：大型集装箱船；结构强度；工艺研究引言随着经济全球化的发展，世界各国贸易量不断增长，集装箱船因其高效、便捷、安全等特点而成为了世界航运的主力军，并且为了进一步降低运输成本，集装箱船不断向大型化和高速化发展，目前大型集装箱船已成为世界集装箱航运市场的最主要船型。
与此同时，因为大型集装箱船所具有的高技术、高附加值等特点，而越来越受到造船企业的重视，因此开展对大型集装箱船的结构分析和建造工艺研究，对于提高我国造船企业的造船技术，并进一步提升其在国际造船市场的竞争力具有重要的现实意义。
1.大型集装箱船的结构分析（1）结构布置。
大型集装箱船为了保证总纵强度，通常在舷侧使用抗扭箱以及连续有效的舱口纵向围板，或者采用双壳舷侧结构，并在双壳的上、下两部分都采用纵骨架。
而机舱与上层建筑则通常布置在整个船体的中间偏后位置，其中机舱多采用横骨架结构。
另外，一般将大型集装箱船的横舱壁分为结构舱壁和水密舱壁，其中的结构舱壁的主要作用是增加强度以及作为导轨的支撑。
为了保护甲板上的集装箱，很多大型集装箱船还经常设置挡浪板，并将两端设为尖瘦形状。
（2）船体骨架。
大型集装箱船的骨架一般采用纵骨架式，其目的是让纵骨参与船体梁总纵弯曲，从而有效提高船体梁的总纵强度以及抗扭转能力，因此大部分的纵骨都应采用角钢、型钢或球扁钢。
超大型集装箱船结构强度需要关注的几个问题
超大型集装箱船结构强度需要关注的几个问题作者：方箭来源：《广东造船》2013年第06期摘要：本文总结了超大型集装箱船结构强度设计中需要关注的几个问题，包括水动力砰击、波激振动、固定航线集装箱系固载荷以及高强度钢的使用等，这些问题也是目前国际船级社协会（IACS）所关注的。
关键词：超大型集装箱船；结构强度；砰击；波激振动；固定航线；高强度钢中图分类号：U663.2 文献标识码：A1 前言集装箱船是目前航运界三大主力船型之一，随着世界经济的全球化，国际贸易需求量不断扩大，各国集装箱载运量不断上升，集装箱运输不断朝着集约化、大型化的方向发展。
自世界上第一艘改装集装箱船于1957年问世以来，经过五十多年的发展，已从1 000箱以下的第一代集装箱船发展为8 000箱以上的第六代超大型集装箱船，甚至18 000箱以上的集装箱船也已投入运营。
根据最新的船舶定制和建造数据，目前国内外各主要航运公司均在建造万箱以上超大型集装箱船。
与其他货运船型相比，超大型集装箱船具有独特的线型、大开口结构以及较高的航速等特点，因此对这种船的船体结构强度设计需要特别关注几个问题。
本文初步总结了超大型集装箱船的结构强度设计中需要重点关注的几个问题，并就目前国际船级社协会（IACS）的一些相关工作予以介绍。
2 船体结构强度需要重点关注的几个问题2.1 水动力砰击对总强度与局部强度的影响超大型集装箱船具有较大的首外飘以及较平坦的尾部线型等特点，并且航速较高，在恶劣海况下，由于自身的大幅摇荡运动，很容易发生首尾底部以及首部舷侧外飘区域的水动力砰击现象。
瞬间而剧烈的船舶砰击会使船体发生强烈的颤振现象，使船体梁非线性波浪弯矩增加而导致总强度丧失。
另外，砰击最直接的作用是对局部船体的猛烈冲击而导致局部结构的损伤破坏，严重的甚至危及船舶航行安全和船员生命安全。
因此，对超大型集装箱船的船体水动力砰击问题无论从总强度还是局部强度上都应给予充分的关注。
400TEU集装箱船结构强度设计毕业设计论文
前言随着世界物流行业的迅猛发展, 对集装箱船的需求也大大增加。
未来几年集装箱船舶市场前景仍将看好。
集装箱船运输特点:1. 1 装卸效率高,周转速度快,营运成本低1. 2 改善劳动条件,减轻劳动强度1. 3减少货物损坏、遗失和混装等现象1. 4降低了货物的成本价,提高了市场竞争力1. 5适用性强由于集装箱船属于具有长大开口的船舶，因此设计好扭转强度、总纵强度等都很重要，在结构设计中采用何种合适的船体结构加强方式来提高集装箱船的扭转强度,总纵强度。
就成了人们关心的重点。
集装箱船相比其它货船船市是红火的，但船舶营运安全也是非常重要的，这里就涉及到船舶结构设计安全问题。
总结近两年开展的600TEU、1100TEU、1700TEU、2339TEU 结构设计必须充分考虑在各种集装箱载荷条件下的结构强度和变形,包括静水弯矩、波浪诱导垂直弯矩、水平弯矩、扭矩及货物扭矩等。
在波浪和货物载荷联合作用下，船体垂直弯曲、水平弯曲和扭矩叠加，使得船体的结构强度和变形问题非常突出。
并且在舱口角等重点受力区域，应力集中现象比较明显,结构疲劳强度也成为关注的焦点。
采用全船结构有限元分析，可准确计算船舶的波浪诱导载荷水平，分析全船弯扭强度，以及进行舱口角热点的疲劳强度分析,验证其是否满足一定的疲劳寿命要求。
集装箱船相比其他船型, 有着自己的特点。
只有解该特点, 才有利于船舶的结构设计。
目录摘要 (3)ABSTRACT ................................................. .4 1、船体线型及计算 (5)1.1 母型船与设计船对比 (6)1.2 排水量及主尺度确定 (7)1.3 总布置设计及绘制总布置图 (8)1.4 船的重量重心计算 (9)1.5 型线绘制.......... .. (13)1.6 确定型值 (13)2、静水力计算 ........................ .. (16)2.1 静水力计算和静水力曲线绘制 (16)2.2 初稳性与浮态计算 (28)3、结构计算及绘制结构图 (30)3.1熟悉结构规范与规范设计计算 (30)3.2总纵强度计算与校核 (44)3.3基本结构图绘制 (66)3.4典型节点图 (66)3.5典型横剖面图绘制 (66)3.6典型横舱壁图绘制 (66)4、总结 (67)参考文献 (68)外文翻译 (69)400TEU集装箱船结构强度设计（浙江海洋学院成教学院，浙江舟山 316000）潘舟奇[摘要]由于集装箱船属于具有长大开口的船舶，所以其总纵强度结构计算比较重要，必须符合规范要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3500TEU集装箱船横向强度研究
作者：董业宗祝波
来源：《中国水运》2015年第07期
摘要：本文针对集装箱船的强度问题开展结构计算分析研究。
以一艘3500TEU集装箱船为研究对象，充分考虑其工作环境，使用有限元软件建立舱段模型，对其横向强度进行直接计算并进行细致分析，重点讨论了内底、强框架、舱口角隅横舱壁、纵舱壁处的受力情况，分析获得了大量的信息，期望为相关工程研究人员提供技术支持。
关键词：集装箱船结构强度有限元数值模拟
集装箱运输是一种“门到门”形式的高效益、高效率运输形式，为了更好的完成运输任务，这种运输方式通常使用大型运载车辆搬运，大型装卸机械装卸。
为了装卸和运输方便，集装箱运输以集装箱为载体，把组装集合成一个箱体单元，根据装箱方式把集装箱运输分为拼箱和整箱两种。
集装箱运输货物包装、运输费用节省，装卸效率相对高，人力劳动比率低，而且有利于组织综合联运（公铁联运、水铁联运等）。
随着区域经济一体化进程和经济全球化的加快，集装箱运输的主要载体——集装箱船舶越造越大，结构问题越来越突出。
集装箱船通常为单甲板型式，货舱相对方正，且型深大。
较之于普通货船，某些集装箱船货舱口宽度可以达到超船宽百分之八十以上，舱口长度可达船长百分之九十，这种特殊的大舱口结构使得主甲板的连续性破坏，又因为使用过程中装载情况多变，集装箱船的扭转强度和总纵强度问题突出。
本文以一艘3500TEU集装箱船为研究对象，充分考虑其工作环境，使用Patran软件建立舱段有限元模型，对其强度进行直接计算并进行细致分析，期望分析结果可为相关研究人员提供技术支持。
计算分析方案
研究对象为单桨、全宽尾甲板、巴拿马型集装箱船。
主要尺度见表1。
本文模型化范围取纵向为船中货舱区域“1/2货舱+1个货舱+1/2货舱”范围，即沿纵向4个40英尺箱位的长度，垂向取型深范围，横向取船宽范围，且从左舷至右舷不计型线变化。
对本船取从#43.5至#133.5，长56.5m的范围，考虑到舱口盖上有集装箱，建了舱口围板以及相应的肘板。
考虑到建模的复杂性，忽略了梁拱和舭部升高。
坐标原点定在#43.5.5基线船中处，x方向为船体纵向船首为正，y方向为船体横向，左舷为正，z方向为船体垂向，基线向上为正。
根据本船实际特点，将船体划分为几个组。
组的划分原则是：①纵向构件和横向构件分开。
②纵向构件再分解，分解为一系列的板架结构。
具体分组情况如下：外底板，内底板，舭部，舷侧，纵舱壁，纵向甲板，舱口围板，横向甲板，普通肋位，强肋位，舱壁，舱口围板肘板等。
对于横向的构件，可以只建一个，然后复制，大大减小了工作量。
计算结果分析
图2至6为计算结果——典型构件受力情况。
在普通肋位处，有的肘板应力很小，可以考虑删掉，以减小船重。
舱口围板肘板的设置是十分必要的，某些位置近70Mpa。
建模时未考虑箱角处的加强，即箱角处旁桁材有横向的肘板未建，导致该处应力集中，使内底板，双层底纵桁处应力过大。
从结构布置来看该船箱角处应取在强肋位处，才能更好的将此处的集中力传递出去。
#101的箱角正好处在强肋位上，应力明显比其他位置不在强肋位上的低很多，如图2所示。
可以考虑修改船体结构布置。
强肋位开口处，显示了明显的应力集中，包括双层底靠近舷侧的人孔，舷侧的框架结构突变处。
可以考虑改变建造工艺，减少人孔数，框架结构改变处尽量圆滑过渡。
此外，建模时在这些主要部位，尽量不用三角形，和比较畸形的四边形单元，否则会人为地造成该区域应力偏大，即使该区域实际的应力不大。
这就需要有很好的划分网格的经验，如图3所示。
舱口角隅处未建圆弧过渡，所以有应力集中现象，如图4所示。
本船纵舱壁不是平面，设置了顶边舱，所以是一折角形式，在折角处与强肋骨相交的位置，应力偏大，而且横舱壁处的纵舱壁上端应力达到最大值。
纵向甲板条也是在横舱壁处达到最大值。
横向甲板条，在舱壁垂直桁与其交接处达到最大，所以此处采用肘板相连接。
垂直桁与内底板相交处情况一样。
横舱壁最重要的构件是垂直桁，垂直桁在此处支持水平桁。
整个横舱壁还起到支持舷外水压，货物压力的作用。
可以明显的看到，在纵舱壁和内底板与横舱壁相交处，应力大的范围很大，说明设置横舱壁作用很大。
结论
本文以一艘3500TEU集装箱船为研究对象，充分考虑其工作环境，使用patran软件建立舱段有限元模型，对其强度进行直接计算并进行细致分析，重点分析了内底、强框架、舱口角隅横舱壁、纵舱壁处的受力情况，分析获得了大量的信息，可为相关工程研究人员提供技术支持。
参考文献：
[1] Steenken D， Stefna V， Rober S. Container terminal and operations researeh： a classification and literature review. OR Spectrum， 2004， 26：3-49.
[2] 张文英. 集装箱船全航线配载优化研究[D].大连理工大学. 2005.12： 1-4.
[3]. 超大型集装箱船结构强度规范校核及有限元分析[D]. 哈尔滨工程大学. 2008.06： 1-6.
[4] 袁洪涛，王辉辉. 集装箱船中纵强度和扭转强度校核[J]. 江苏船舶. 2006（2）： 14-16.
[5] 张丽. 巴拿马型集装箱船结构优化设计研究[D].上海交通大学.2008.01：4-10.
（第一作者单位：中远船务工程有限公司；第二作者单位：扬帆集团股份有限公司）。