54000散货船结构强度设计【开题报告】

开题报告

船舶与海洋工程

54000散货船结构强度设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：

自上世纪七八十年代以来，干散货船得到了迅猛发展，据Drewry 统计，目前干散货船队规模已达到4.5 亿载重吨左右[1]。虽然近几年国际航运市场低迷，船队运力闲置情况较严重，但据辛浦森航运咨询有限公司(SSY)研究中心主管John Kearsey 预测，依靠中国和印度等新兴市场的贸易大幅增加和发达国家经济的缓慢复苏，干散货海运贸易仍将呈现超过年8%的增幅。全球干散货船队运力规模呈现持续上升的趋势，而受益于干散货行情和铁矿石定价谈判的落实，干散货渐次走出了低迷行情。在干散货行情重新高涨的背景下，航运企业新建干散货船的热情再起[2-3]。

干散货船兴盛的背后，也让我们看到了一些不谐现象：在2000年3月23日一艘满载50000吨盐、PRS级的Panamamax散货船LeaderL(1977年日本建造)在距加拿大海岸500海里的水域，在未遭遇恶劣天气的情况下，船体突然开裂，该轮在不到一分钟的时间内便折断沉没，造成了32名船员中有19人失踪。而在LeaderL沉没三个月后，满载矿石的BV船级Capsize散货船Treasure(1983年日本建造)在南非好望角，第四货舱右舷船壳板在海况并非十分恶劣的情况下被撕开长度约14米、高约10米的口子，造成海水大量涌入货舱，在坚持数小时后因该轮实际承受的弯距远远超过允许极限值，逐渐沉入海底。2000年7月6日挪威海事当局向IACS提交了1997年2月8日在距挪威海岸仅30海里的水域，满载的RAIN级Handysize散货船Leros Strength(1976年日本建造)沉船的事故调查报告。此起沉船是在船长向海上救助中心报告发现船头己被海水淹没的3分钟后，便失去与救助中心的联系沉入海底，20名船员无一生还[4]。

海损事故的不断发生，让我们不得不深思干散货船的安全问题。根据劳氏海事信息服务(LMIS)海事数据库显示，对于载重量大于2万吨的散货船(指装载干货的散货船)，自1978至1998年共发生3058起海难事故，普遍认为在许多

散货船失事的案例中，导致灾难发生的直接原因是结构设计不合理。这就体现了结构可靠性在这种船型的安全性评估中的重要性[5]。

一般在进行船体强度的考虑时，最普遍的三种强度为船体的纵向强度、横向强度和局部强度。以上这三种强度里，船体的纵向就是船体梁的总纵强度。在船体结构设计领域中，船体总纵极限强度是船舶设计的一项重要指标，它对结构的安全性产生巨大的影响，一旦引发事故，会造成极大的损失和危害，因此如何有效地预测船舶结构强度成为迫切需要解决的问题[6]。就目前研究水平而言，各个国际大型的船级社在其规范中最主要的还是采用了线弹性理论的弯矩表示船体弯曲承载能力。不过，伴随着人们逐渐对船体破坏原理的深入认识，总纵强度概念有了进一步的深入[7]。

国外的caldwell将加筋板所构成的船体结构理想化为厚度一定的板格，并且船体总纵强度估算作剖面的全塑型弯矩[8]。1975年，Faulknerti有对上面的理念进行了进一步的深化[9]。他建议建立一个设计方法通过它来去计算屈曲强度系数。1984年，Nishiharal也应用了caldwell的方法，并进行了船体梁强度的计算。而且他改进了强度折减系数的计算精度问题。类似以上的工作其他国外学者几十年来也做了很多的研究工作。比如Endoh等人提出了船体梁的简便计算方法并把它们应用到了求船体极限强度问题上来。在Caldwell的理论被广泛应用后到目前为止其理论仍有发展，并且在对船体结构屈曲的影响及船体折减系数的精确计算等方面也有了长足的进步。

但是，有些情况例如船体结构构件在失效破坏上时间不同的问题始终没有很好的解决方案。这种状态一直保持到70年代，最后有一位名叫Smith的教授提出的观点才一使得以上的问题有解决，其实Smith的观点可以看做是Caldwell方法的延伸[10]。

国内的不少学者也对船体强度的研究做出了很多卓越的贡献。比如刘向东在文献[11]详细阐述了船体强度理论以及结构力学、强度计算等方法;聂武、孙丽萍在文献[12]比较详实的介绍了一系列有关理论：单跨梁的弯曲理论、力法、能量法、杆系的稳定性、矩形板的弯曲和稳定性；沈华在文献《船舶稳性与强度》[13]一书中分别介绍了船体纵向弯曲强度、船体纵向扭转强度以及船体局部强度等等。

目前，民用船舶的结构设计主要是根据船舶检验部门或船级社颁布的有关规范来进行设计的。近几十年的发展中，规范的改变和发展对于船体结构计算技术的发展做出了不可替代的作用[14]。

近年来，随着人们对船舶安全性和环保性的日益重视，国际海事组织（IMO）对原有的公约、规则进行了一系列修订，出台了更加严格的公约、规则。例如淘汰单壳油船，制定共同结构规范，提高油船、散货船安全性的其他规则及批准有关环保条约等。散货船结构规范的不断更新：2008版及2009版CCS散货船结构规范在与以前版本相比较时表明，母型船的结构强度虽然满足旧的规范要求，但是新船型的结构需要进行加强，因此新规范的修订有利于船舶结构设计的优化[17]。而在强度校核方面：相对于传统的散货船强度校核的要求，2002 年国际船级社协会( IACS) 发布了统一要求S25 “散货船协调附加标志及其对应设计载荷工况”。要求凡是国际船级社协会成员的150m 及以上的散货船的配载仪及装载手册中都必须提供货舱载货量限额与吃水的函数关系, 并要求在航运中应用该函数关系曲线对散货船局部强度进行控制[18]。

虽然现今散货船大都朝着双壳化、大型化发展，但市场上对57000DW大灵便型散货船需求任很高，它是集灵活性、大载重量、低耗、环保于一体的标准型船舶。而近几年散货船江海联运的概念的提出，使得不少50000吨级的散货船开始了这方面的研究。其中上海船舶研究设计院设计了为航行于国内远海航区及南京以下长江各港口的江海直达45000DWT散货船[21]。而散货船的多用途化也是未来发展的重点，在装运散货、干杂货、散装谷物的同时也可以装重货如集装箱等。

一直以来，人们对散货船的研究就没有停止。作为当今世界的主流船型之一，散货船在人们的生产生活中扮演者重要的角色。未来散货船的发展趋势主要体现在江海联运、多用途化、使用的年限增长、环保和自动化程度提高等几个方面，但是船舶的结构强度永远是重中之重。尽管船舶事故尽管在各种交通事故中的比例是最低的，但仍难以满足当今社会追求与环境和谐、寻求可持续发展的更高要求。在任何国家，一旦发生船舶破损等海事事故立即就会引起社会的高度关注，给海事界带来巨大压力。为了建造更坚固的船任然需要对散货船的结构强度进行不断地研究。因此，对54000散货船结构强度设计是十分必