7000 DWT清油船结构强度设计【文献综述】

文献综述
船舶与海洋工程
7000 DWT清油船结构强度设计
一前言
随着经济的发展，中国对石油的需求与日剧增，石油安全问题日益突出。

石油安全受国内外多种因素影响。

中国要加大国内石油资源的勘探开发，实施可持续发展战略，采取多元化海内外石油供应方式，建立和完善石油安全储备体系及期货市场，以提高中国石油安全度[1]。

对中国而言，构成石油安全的三大因素包括：中国油气资源状况以及国内产量、进口需求；世界石油供需状况以及价格变动；建立在国内、国外供需基础上的石油安全对策[ 2]。

二正文
中国从发展的角度出发，应当建立一定的石油储备，以防止突然出现的复杂问题，并及时做出紧急应对在2010年，中国已建成相当于30天进口量的石油战略储备规模[3]。

所谓油船：从广义上讲是指散装运输各种油类的船。

除了运输石油外，装运石油的成品油，各种动植物油，液态的天然气和石油气等。

但是，通常所称的油船，多数是指运输原油的船。

而装运成品油的船，称为成品油船。

近海油船的总载重量为30000吨左右；近洋油船的总载重量为60000吨左右；远洋的大油轮的总载重量为20万吨左右；超级油轮的总载重量为30万吨以上。

最大的油轮已达到56万吨。

以前油船都是单甲板、单底结构。

因为货舱范围内破损后，货油浮在水面上，舱内不至于大量进水，故油船除了在机舱区域内设置双层底以外，货油舱区域一般不设置双层底。

但是，油轮发生海损事故会造成污染，近年来有的大型油轮，设置双层底或双层船壳[4]。

世界经济与世界石油的生产及海运密切相关，甚至有一个互动的关系。

展望世界经济的同时，有必要研究世界海上油船运输的走势[5]。

国际海事组织( IMO) 海洋环境保护会( MEPC) 第50 次会议通过MARPOL 的修正案，决定单壳油船在2010 年淘汰。

所以对国际油船运输市场的走势分析对各油运公司来说是必要的[6][7]。

2007 年1 ～6 月，由于“暖冬”现象和油船运力投放速度过快等原因，油运市场运费水平总体不如2006 年同期，各型油船航运市场平均费率普遍下跌，只出现短暂反弹。

而且船队运力增速加快，世界油船吨位在近几年增长速度越来越快，不过船价进一步上涨。

预测在外来几年内，供求关系得以改善，其中苏伊士型油船需求量较为强劲，其供求关系可能趋于平衡[8]。

中国打造超级油轮船队不仅迫在眉睫，而且意义重大。

首先，建立自己的超级油轮船队，可以降低海外资源进口成本。

特别是20万和30万吨级油轮的规模效应，可使单位运输成本接近为零；其次，借鉴日本经验，可顺势带动我国钢铁、贸易以及金融的全面发展；第三，拥有自主超级油轮船队，有利于破解日本等国际海运巨头乘机垄断海运价格的风险[9] [10]。

近几年来，IACS 关于船舶规范与规则的变动频繁，而每一次规范规则的变动，直接影响到船舶结构设计。

2006 年4 月1日正式生效并实施的双壳油船结构共同规范（Common Structural Rules forDouble Hull Oil Tankers，以下简称CSR），倡导了更安全、更全面的规范体系，对油船的结构设计影响是全面和系统的。

其中影响最深的是船体结构重量的增加，导致了载重量的减小及相应建造成本的增加，因此势必带来新一轮船型的开发。

但从另一角度看，这也给了我国与日、韩等造船强国站在同一起跑线的机会上。

这对于中国的油船船队无疑提供了一个历史性的发展机遇[11][12]。

目前国际上的油船都采用双层底结构。

双壳的技术要求：根据《MARPOL 73/78》有关规定：第19 条，“防止在碰撞或搁浅事故中的油污染”，对1996 年及以后交船的新造油船提出货油舱双壳要求。

即：边舱双壳间距根据船舶载重吨进行限制，在1 ～2m 之间；底舱双壳间距根据船宽进行限制，不得小于1/15 船宽或2m（取小者，但不小于1m）；同时规定对舱容、货油舱吸阱、压载与货油管路设置等进行限制，以保证达到规定的结构性能[13]。

双壳结构是双层舷侧加双层底，根据船舶排水量大小，可设置适当数量的纵舱壁间甲板的结构特点是舷侧设双壳结构，在底部不设双层底，中间甲板离底板的高度，由底舱货油对底板压力小于底板外板处海水压力的原则决定[14]。

在新造内河油船的防污染（双壳）结构方面，《内河船舶法定检验技术规则》并没有对此提出强制要求，但2002 年9 月1 日生效实施的《钢质内河船舶入级与
建造规范（2002）》对此作出规定：“载重量1 000 t 及以上的内河油船，货油舱区建议采用双壳结构型式”，尽管其并非法定规范，但是按照《中华人民共和国船舶和海上设施检验条例》规定，载重量1 000 t 以上的内河油船必须强制入级，并满足《钢质内河船舶入级与建造规范（2002）》的上述要求[ 15]。

随着相关法规和规范的频繁改动，每次改动都对船体的结构提出新的要求。

目前很多学者致力于研究船舶结构强度相关课题。

例如邓波，纪卓尚，刘寅东根据船舶入级与建造规范进行船舶结构设计时繁琐与计算量庞大，针对此问题利用Word、Excel 的VBA 功能与SQL 数据库进行混合编程，开发一种基于船舶入级与建造规范(CCS) 的船舶结构设计软件，不仅可以提高船舶结构设计和审图部门的工作效率，还可以提高船舶设计质量，确保船舶结构的安全16]。

还有直接计算法使得过去许多结构力学无法解决的问题迎刃而解。

并且直接计算方法可以从整体上反映结构的应力发布情况，可以实现全局优化，改变了传统的把总强度分开的做法。

有限元法很早就被引入到船体结构强度分析中，经过几十年的积累，船体结构有限元分析已经得到广泛的应用[17]。

另一方面还有研究船体结构极限强度分析。

传统船舶结构设计准则是基于线弹性理论以满足总纵强度下的最小剖面模数为依据的安全系数法，这种方法过于保守，低估了船体的安全性能。

所以研究船体极限承载能力、评估船体结构的真正安全余量，具有重要的实际意义。

理想化结构单元法( Idealized St ructuralU nitM ethod——ISUM ) ，是一种对大型结构物进行非线性分析有效的数值方法。

采用Paik 基于ISUM 开发的用于解决大型结构极限强度问题的计算程序AL PSöISUM ，对一系列油船进行了极限强度分析。

从分析结果可知，油船的两个基本参数(船长和载重量) 与极限强度值有着比较密切的关系：当船长较小时，极限强度增长相对比较缓慢，当船长达到一定值后，极限强度值增长相当迅速；极限强度值与载重量之间基本上呈线性关系[18]。

自船体结构总纵极限强度的概念提出以来，船体梁总纵极限强度的分析方法得到迅速发展，出现了多种船体梁总纵极限强度分析的方法。

但常用的船体梁极限强度分析方法可分为：直接计算法、逐步破坏分析法、有限元方法和理想结构单元法[19]。

三总结
总体来说船舶的结构强度设计一般采用规范设计和直接计算方法来完成。

由
于船舶尺度的增大以及行船的开发，世界各国的船级社都在寻找既先进科学又合理可靠的新的设计方法，因此船舶结构强度直接设计法的应用日趋广泛。

目前大多采用有限元方法来计算，能进行整体结构分析，从而改变了传统的把总强度与局部强度分开来孤立进行计算的概念。

目前，结构直接计算方法由于解决问题的深度和广度，越来越多的被船舶结构设计所用，国内外船级社对一些大型船舶的结构强度校核明确规定用此方法。

但是此方法也存在些问题，还是有很多是采用规范设计法来进行结构强度设计[20]。

参考文献
[1]/Article/syxs/syxs200902/syxs20090202.html
[2]/html/shownews.aspx?id=186827
[3]/zt/2007/boao2007/[4]/ask/ask_xx.asp?id=654
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