摘 要

本文以50m金枪鱼延绳钓船为设计对象，进行了船体结构设计和结构横向强度校核。该船船型主要特点为局部双底、单甲板，有球鼻艏、艏楼，横骨架式全焊接结构，主要作业海域为无限航区的金枪鱼延绳钓渔船。整个结构设计分为规范设计和强度直接计算校核两部分，其中规范计算依据《钢质海洋渔船建造规范》（2015）进行，确定了外板、甲板、内底板、双层底、舷侧骨架、舱壁、支柱等主船体结构构件的尺寸和结构型式；强度直接计算校核则依据《国内航行海船建造规范》（2012）相关要求，采用Patran/Nastran软件进行有限元强度计算，对完整的鱼舱舱段进行横向强度校核。文章详细说明了结构规范计算的过程与有限元直接计算校核强度的方法与步骤，利用两种结构设计方法说明船体结构设计的思路。设计结果表明：主船体结构构件尺寸和船体舱段结构横向强度满足规范要求，结构设计合理。

本文的特色在于：在进行主船体结构构件设计时，对强构件交叉部位进行直接计算。同时采用Patran/Nastran建模校核了船体舱段结构的横向强度。

关键词：结构设计 规范设计 有限元 局部强度 主船体结构

Abstract

In this paper, a 50m tuna clipper was chosen as the target to conduct the design of structure strength. The designed 50m stern ramp trawler is made of steel, partial double bottom, single deck with bulbous bow, forecastle, transverse framing all-welded construction. The whole design is divided into standard structure design and direct strength calculation and check. The standard structure design is based on the steel marine vessel construction norms (2015) to choose the proper size of the outer plate, deck, inner bottom, double bottom, side framing, bulkheads, pillars and other main hull structural members. When it comes to the direct strength calculation, the Patran/Nastran finite element software is used to analyses a complete fish tank cabin lateral strength according to the sailing ship construction standards (2012). This paper details the processes and steps of standard structure design method and the direct strength calculation and check by finite element design, which are used to describe the ideas of structural design of hull structure design. The results show that: the ship hull structure, hull scantlings and cabin structural strength meet local regulatory requirements.

The features of this paper is that the parts of the cross reinforcing member were directly calculated when designing the component member. Meanwhile, the local cabin structure strength is checked by using the Patran/Nastran.

Key Words: structure design, standard design, finite element, local strength, Main hull structure

目录

1. 绪论 1

1.1. 概述 1

1.2. 研究背景及意义 1

1.2.1. 国内外背景 1

1.2.2. 金枪鱼延绳钓渔船的结构设计特点 2

1.2.3. 研究意义 3

1.3. 设计内容 4

2. 结构设计概述 4

2.1. 结构设计的依据 4

2.2. 结构设计任务 4

2.3 规范设计的基本步骤 4

2.4 结构布置的一般原则 5

3. 结构规范设计 5

3.1. 概述 5

3.1.1. 船体描述 5

3.1.2. 设计依据 5

3.1.3. 本船的主尺度 6

3.1.4. 计算船长（1.1.2.1） 6

3.1.5. 骨材标准间距（1.2.7.1） 6

3.1.6. 板厚取值规定（1.2.1.5） 7

3.2. 外板 7

3.2.1. 船底板和舭列板（2.2.1.2）（2.2.1.4） 7

3.2.2. 平板龙骨（2.2.2） 7

3.2.3. 舷侧外板（2.2.4） 7

3.2.4. 舷顶列板（2.2.5.1）（2.2.5.3） 8

3.2.5. 通海阀箱（2.2.6.3） 8

3.2.6. 轴毂出口处外板加强（2.2.6.3） 8

3.2.7. 舭龙骨（2.2.8） 8

3.2.8. 方龙骨（2.2.9） 8

3. 3. 甲板 9

3.3.1. 强力甲板（2.3.2.1） 9

3.3.2. 甲板边板（2.3.3） 9

3.3.3. 甲板加强（2.3.2.5）（2.3.4.2） 9

3.3. 单层底 9

3.3.1. 中内龙骨（2.4.2.1） 9

3.3.2. 旁内龙骨（2.4.3.1） 10

3.3.3. 肋板（2.4.4.1）（2.4.4.4） 10

3.3.4. 舭肘板（2.4.4） 12

3.4. 双层底 12

3.4.1. 中桁材（2.6.2.1）（2.6.2.2） 12

3.4.2. 实肋板（2.6.5.1）（2.6.5.2） 12

3.4.3. 组合肋板（2.6.7） 13

3.4.4. 水密肋板（2.6.6） 13

3.4.5. 旁桁材（2.6.4.1） 14

3.4.6. 内底板及内底边板（2.6.9） 14

3.5. 舷侧骨架 15

3.5.1. 肋骨（2.7.2） 15

3.5.2. 尖舱肋骨（2.7.3） 16

3.5.3. 深舱肋骨（2.11.4.1） 17

3.5.4. 强肋骨（2.7.6.1）（2.7.6.2） 18

3.5.5. 机舱舷侧纵桁（2.7.5.1） 19

3.5.6. 深舱舷侧纵桁（2.11.2.4） 20

3.6. 甲板骨架 20

3.6.1. 甲板计算压头（2.8.1） 20

3.6.2. 甲板横梁（2.8.2.1）（2.8.2.4） 21

3.6.3. 甲板纵桁（2.8.3.1）（2.8.3.4）（2.8.4.1） 22

3.6.4. 强横梁（2.8.4.1） 24

3.7. 舱壁结构 25

3.7.1. 水密舱壁、深舱舱壁（2.10.3.1）（2.10.2.1） 25

3.7.2. 平面舱壁扶强材（2.10.3.5） 26

3.7.3. 舱壁桁材（2.10.5.1） 27

3.7.4. 深舱舱壁（2.10.2.1）（3.3.1.4） 28

3.7.5. 深舱舱壁扶强材（2.10.2.3） 29

3.8. 首柱和尾柱 30

3.8.1. 首柱（2.12.1.2） 30

3.8.2. 尾柱（2.12.2.3） 30

3.9. 船端加强 31

3.9.1. 首尖舱内加强(2.13.1) 31

3.9.2. 尾尖舱内加强(2.13.3.1) 32

3.9.3. 首部开孔平台(2.13.1.9) 32

3.10. 主机基座 32

3.10.1. 主机基座构件尺寸(2.14.1.3) 32

3.10.2. 横隔板、横肘板(2.14.1.3) 33

3.11. 上层建筑 33

3.11.1. 上层建筑端壁(2.15.2.3) (2.15.2.6) 33

3.11.2. 上层建筑侧壁(2.15.3.1) 34

3.11.3. 上层建筑舷侧骨架(2.15.3.2)（2.6.4） 34

3.11.4. 上层建筑甲板(2.15.4.1) 35

3.11.5. 舷墙(2.17.2.1) (2.17.2.4) 36

3.11.6. 舱口围板(2.18.2.1) (2.18.2.2) 36

3.11.7. 支柱校核（2.8.1）（2.8.2） 36

4. 鱼舱舱段横向强度校核 38

4.1. 前言 38

4.2. 结构模型 38

4.2.1. 模型范围 38

4.2.2. 模型单元 40

4.2.3. 模型坐标系 40

4.2.4. 边界条件 40

4.3. 计算载荷 41

4.3.1. 载荷类型及（2.1.1）（2.1.2） 41

4.3.2. 计算工况（2.1.3） 41

4.4. 材料参数 44

4.5. 许用应力评估 44

4.5.1. 计算结果汇总 44

4.5.2. 计算结果显示 45

4.6. 建模小结 52

4.6.1. 计算结果分析 52

4.6.2. 建模心得 53

5. 总结 53

参考文献 55

致谢 56