摘 要

随着船舶结构的大型化、多样化、复杂化发展，以往船舶结构的规范设计基本上以船体梁理论以及大量经验公式为基础,存在一定的弊端和局限性，尤其是对于结构形式复杂具有特殊用途的船舶而言，其工况和载荷情况更为复杂，对船舶进行有限元的直接计算是必要的。对于本文中的内河浮吊而言，其尺度比无法满足规范中的要求，属于必须进行有限元直接计算的船舶。

本文中，首先依据《钢质内河船舶建造规范2015综合文本》对这条内河浮吊进行规范设计，然后跟据规范设计确定的构件尺寸利用MSC.Patran软件进行建模。之后在该浮吊航行状态和正常作业状态下选取了最为典型的21种工况对其进行直接计算，得到了船体各个部分的应力结果。在此之后还利用板格屈曲分析插件对船体的主要板构件进行了屈曲强度分析与评估，最终得到在该浮吊工作的A级航区的典型工况下，该船的结构强度可以满足使用要求，并且结构尺寸还有一定的裕度。

关键词：内河浮吊；规范设计；有限元法；屈服强度分析

Abstract

With the development of ship structure towards large-scale,diverse and complicated,previous ship standard structural design often based on ship beam-theory and large numbers of empirical formulas.,there are much abuses and limitations in it.Especially to the ships which have complex structure and special use.These ship’s working condition and load are more complex.So the finite element method is necessary.As for the inland floating crane in this paper,its dimension ratio can not satisfy the criterion,so we must do the finite element analyse.

In this paper,firstly we finish the standard design of the floating crane according to the inland steel ship construction specification,and then we use the MSC.Patran modelling the ship.After adjusting the model,we upload the model in 21 kinds typical loadcases and get the results of stress.Finally,we use the plug-in of buckling analysis to do the buckling analysis.We come to the conclusion:in 21 kinds typical loadcases of A nagivation area,the ship’s structure strength not only can satisfy the use,but also have some allowance.

Keywords: Inland floating crane; Standard design; Finite element method; Buckling analyse

目录

第1章 绪论1

1.1引言1

1.2 国内外研究现状1

1.2.1 起重船发展状况1

1.2.2 有限元方法2

1.3研究内容、方法和技术路线2

第2章 结构规范设计3

2.1 概述3

2.1.1 简介3

2.1.2 主要尺度及参数3

2.2 总纵强度3

2.2.1 一般要求3

2.2.2 中剖面模数和中剖面惯性矩3

2.3 外板及内底板5

2.3.1 平板龙骨5

2.3.2 船底板5

2.3.3 舭列板5

2.3.4 舷侧外板5

2.3.5 首尾封板6

2.4 甲板6

2.4.1 强力甲板6

2.4.2 非强力甲板6

2.5 单底骨架7

2.5.1 实肋板7

2.5.2 中内龙骨8

2.5.3 船底纵骨8

2.6 舷侧骨架9

2.6.1 普通肋骨9

2.6.2 强肋骨9

2.6.3 舭肘板10

2.6.4 梁肘板10

2.7 甲板骨架11

2.7.1 甲板横梁11

2.7.2 甲板纵骨12

2.7.3 甲板纵桁13

2.8 支柱13

2.9 舱壁13

2.9.1 中纵舱壁13

2.9.2 横舱壁13

2.9.3 舱壁扶强材14

2.10 主机基座14

2.11 上层建筑及甲板室14

2.11.1 起居甲板14

2.11.2 驾驶甲板15

2.11.3 罗经甲板15

第3章 全船模型建立及有限元计算16

3.1 概述16

3.2 全船模型状况16

3.2.1 模型范围17

3.2.2 模型坐标系17

3.2.3 单元和网格17

3.2.4 模型规模18

3.2.5 材料参数18

3.2.6 模型的分组18

3.2.7 模型单元属性18

3.2.7.1板单元属性18

3.2.7.2 梁单元属性18

3.3 计算工况23

3.4 计算载荷25

3.4.1结构自身重量25

3.4.2 起重机重量26

3.4.3 主机和机舱设备的重量26

3.4.4 吊重载荷26

3.4.5 其他重量26

3.4.6 舷外水压力27

3.4.7 边界条件27

3.5 应力计算结果与校核28

3.5.1 强度校核标准28

3.5.2 板单元应力结果与强度校核28

3.5.3 梁单元应力结果与强度校核47

第4章 屈曲强度计算与分析56

4.1 评估区域与标准56

4.2 校核结果56

4.2.1 船底板56

4.2.2 强力甲板57

4.2.3 舷侧外板58

4.2.4 纵舱壁59

4.2.5 横舱壁60

第5章 总结与不足61

5.1 全文结论61

5.2 不足61

参考文献62

致谢63

第1章 绪论

1.1 引言

起重船是指专门用于水上起吊作业的工程装备，一般分为固定式与旋转式。当前我国海洋与江河经济正处在高速增长的时期，海上平台安装、大型跨海大桥的建设及海难救捞等很多地方都需要大型浮吊的参与，市场的需求使得起重类船舶的发展提上日程^[4]。

起重船作为工程船的一员，其工作状况比较特殊。吊机和起重物体的巨大载荷通过基座直接作用在船体结构上，所以基座处的船体结构必须有所考虑^[4]。此外，由于海洋工程向远洋的迈进以及一些特殊物品的起吊，起重船除了满足基本的浮性稳性之外，还必须考虑到起重船作业的定位、耐波性等问题。起重船要求在短时间内起吊或放下几十吨到几千吨的重物，在短时间内船体的排水量急剧变化，这些特殊的工作状况导致了起重船的结构要慎重考虑，在满足起重船工作需求强度下对船体结构进行优化设计是起重船发展的必然方向^[7]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1起重船发展状况

起重船是水上工程建设必不可少的工程船舶，国外从二十世纪四十年代开始研究改造起重船在这之后的几十年里，随着海上资源的开发和海上工业的发展，如海上钻井平台、跨海大桥等，这些项目的施工都需要水上大吨位起重机配合，即大吨位起重机（也称浮吊）^[4][7]。大吨位的起重船不仅可以配合海上作业，也可以对海上的突发事件进行救助和打捞，因此，海上起重船得到了快速发展。世界各主要临海工业国家在起重船的设计和制造技术上都是领先的，拥有数艘千吨级的大型起重船^[10]。

我国上世纪在起重船方面的研究稍显落后，但是已经逐渐跟上了主要造船强国的脚步^[9]。2016年5月13日，由我国上海振华重工自主建造的世界最大12000吨起重船顺利交付上海打捞局，该船以单臂架12000吨的吊重能力和7000吨360度全回转的吊重能力位居世界第一位。同时，该船具备自航能力且带有DP2动力定位系统，与普通起重船相比其吊重的稳定性大大提高。该船的顺利交付表明了我国在起重类船舶领域的领先地位，也为我国走向深海的目标提供了有力的装备支撑。