摘 要

随着对外贸易的不断增加，河海联合运输方式逐渐兴起。河海直达船对中国航运起着至关重要的作用，在中国又广阔的发展空间和应用前景。河海直达船是为解决河海联合运输问题，改变传统河海运输方式，在内河船和海船基础上集成创新的一种新型船舶。

为保证河海直达船体结构的安全性和稳定性，需对船体结构进行计算分析，校核船体主要构件的屈服强度。

本论文以一艘2000吨级河海直达多用途集装箱船为研究对象，在给定主尺度的基础上，确定船体构件尺寸，校核总纵强度，进行船体结构优化设计，建议三舱段有限元模型，进行屈服强度校核。主要内容如下：

（1）根据《特定航线江海直达船舶建造规范》（2018）、《特定航线江海直达船舶法定检验技术规则》和已知船舶主尺度完成结构计算书，确定构件尺寸。

（2）参考现有江海直达船图纸，根据结构计算书中各构件的尺寸，完成本船基本结构图，总布置图等图纸的绘制。

（3）使用MSC.Patran建立货舱三舱段的三维有限元模型，合理划分网格，选定计算工况，确定边界条件，施加设计载荷，最后利用MSC.Nastran对模型计算分析，考察主要船体构件的强度。

根据应力结果云图的数据进行屈服强度校核。强度校核结果表明，该舱段强度符合要求。在设计工况下性能安全可靠。

关键词：河海直达船；结构计算；有限元；强度校核

Abstract

With the continuous increase of foreign trade, the river-sea combined transportation mode has gradually emerged. River-sea direct ships have broad development and application prospects. Especially in China, river-sea direct ships play a vital role in connecting China's inland shipping, coastal and ocean shipping. The river-sea direct ship is a new type of ship that integrates and innovates on the basis of river and sea ships to solve the problem of river-sea combined transportation and change the traditional river-sea transportation mode.

In order to ensure the safety and stability of the direct ship-sea hull structure, the hull structure needs to be calculated and analyzed to check the yield strength of the main hull components.

This paper takes a 2000-ton direct-going multi-purpose container ship from rivers and seas as the research object, on the basis of the given main dimensions, determines the size of the hull members, checks the overall longitudinal strength, and optimizes the design of the hull structure. It is recommended that the three cabins are limited Meta-model to check the yield strength. The main contents are as follows:

(1) Complete the structural calculation and determine the size of the components in accordance with the “Specifications for the Construction of Jianghai-Direct Ships on Specific Routes” (2018) and the “Technical Rules for Legal Inspection of Jianghai-Direct Ships on Specific Routes”.

(2) With reference to the drawings of the existing Jianghai direct ships, according to the size of each component in the structural calculation book, complete the drawing of the ship's basic structure drawing, general layout drawing and other drawings.

(3) Use MSC.Patran to establish a three-dimensional finite element model of the three-cabin section of the cargo hold, reasonably divide the grid, select the calculation conditions, determine the boundary conditions, apply the design load, and finally use MSC.Nastran to calculate and analyze the model and investigate the main hull The strength of the component.

Check the yield strength according to the data of the stress result cloud. The result of strength check shows that the strength of the cabin meets the requirements. Under design conditions, the performance is safe and reliable.

Keywords: river-sea ships; structural calculation; FEM; strength check

目录

第1章 绪论 8

1.1 河海直达船简介 8

1.2 研究目的和意义 8

1.2.1 河海直达船的研究目的和意义 8

1.2.2 船体结构优化的目的和意义 9

1.3 船体结构的优化设计 9

1.4 国内外河海直达船的发展现状 10

1.4.1 我国河海直达船发展现状 10

1.4.2 国外河海直达船的发展现状 11

1.5 本文主要工作 11

第2章 船体主要信息 12

2.1 结构型式 12

2.2 船体材料 12

2.3 航区 12

2.4 计算依据 12

2.5 主尺度与系数 12

第3章 船体主要构件规范计算 13

3.1 骨材间距计算 13

3.2 主船体结构计算 13

3.2.1 外板 13

3.2.1.1 船底板 13

3.2.1.2 离船端0.075L区域内： 13

3.2.1.3 平板龙骨 14

3.2.1.4 舭列板 14

3.2.1.5 舷侧外板 14

3.2.1.6 舷顶列板 15

3.2.1.7 局部加强（§2.3.6.1） 16

3.2.2 甲板 16

3.2.2.1 货舱区域开口线外强力甲板 16

3.2.2.2 在开口线以内及离船首端0.075L区域内（特定规范§2.5.1.2） 16

3.2.2.3 甲板边板（特定规范§2.5.3） 16

3.2.2.4 2080平台甲板（特定规范§2.5.5） 17

3.2.3 双舷侧结构 17

3.2.3.1 内舷（特定规范§2.13.2.1） 17

3.2.3.2 舷侧骨架(特定规范§2.8.5) 18

3.2.4 双层底 20

3.2.4.1 中桁材（§2.6.2.2） 20

3.2.4.2 旁桁材厚度：（§2.6.10、§2.6.4.1） 20

3.2.4.3 纵骨架式肋板： 21

3.2.4.4 船底纵骨：（特定规范§2.6.12） 21

3.2.4.5 内底板和内底纵骨 21

3.2.5 甲板骨架 22

3.2.5.1 2080平台甲板纵骨 22

3.2.5.2 支持甲板纵骨的强横梁 22

3.2.6 舱口围板及其支撑构件 22

3.2.6.1 舱口围板 22

3.2.6.2 舱口围板支撑构件 23

3.2.7 强度校核 23

3.2.7.1 剖面模数计算 23

3.2.7.2 总纵强度校核 23

第4章 船体结构直接计算模型 25

4.1 模型坐标系 25

4.2 模型计算范围 25

4.3 单元与网格 25

4.3.1 板单元的划分 25

4.3.2 梁单元的划分 25

4.3.3 有限元网格 25

4.4材料参数 25

4.5 舱段有限元模型 26

4.6 计算工况及设计载荷 28

4.6.1 计算工况 28

4.6.2 设计载荷 28

4.6.2.1 总强度工况载荷 28

4.6.2.2 局部强度工况载荷 29

4.7 边界条件 30

4.7.1总体载荷工况边界条件 30

4.7.2局部载荷工况边界条件 31

4.7.3横倾工况边界条件 31

第5章 屈服强度校核 32

5.1 屈服强度校核方法 32

5.2 舱段模型应力计算结果 32

5.2.1总体载荷工况下的屈服强度 32

5.2.2 局部载荷工况下的屈服强度 32

5.3 应力结果云图 32

5.4 结论 34

第6章 结论与展望 35

6.1结论 35

6.2展望 35

参考文献 37

致谢 39

第1章 绪论

1.1 河海直达船简介

我国自改革开放以来，经济发展迅速，对外贸易不断增加，沿海、沿江各大港口和主要城市之间合作不断加强，物流量陡然增大，我国海上运输能力面临巨大考验。传统的运输方式是河内运输转换成海运，需要经过一个连接点，货物需要重复装卸，浪费了大量的人力物力财力，效率却很低。在这种背景下，河海直达船应运而生。

河海直达船是为解决河海联合运输问题，改变传统河海运输方式，在内河船和海船基础上集成创新的一种新型船舶。其他海上运输方式相比，河海直达船能够有效弥补传统运输的缺点，满足我国的海上运输需求，是我国实现经济快速增长不可或缺的一部分。它具有运输成本低、货物损耗少且货物中转周期短的特点，符合现代物流的发展趋势，适应新时代水运发展。

河海直达船常规普通船舶相比有以下特点: