船舶结构规范设计
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结构设计解决的主要矛盾
强度与质量的矛盾: 结构与工艺性的矛盾: 结构与使用性的矛盾:
船体结构强度与质量的矛盾
保证船体结构具有足够的强度、刚度和 稳定性是设计者应首先考虑的问题。但这 并不是说构件选得愈大、愈坚固愈好,强 度过剩会造成质量增加,钢材消耗多,建 造成本提高并减少船舶载运能力。我们希 望在保证船体结构满足强度、刚度和稳定 性的前提下,力求减轻结构质量,节约材 料,降低成本,提高船舶的营运经济性。
计算设计局限性
依赖经验: 目前,船体结构的计算设计必须辅之以经验
设计才能完成。这是由于船舶结构设计的计算 方法还不完整,计算设计一般只能在船舶中部 的结构设计中实现,对于首、尾这些复杂部分 还需参考型船进行设计。 工作量巨大。
规范设计
定义:规范设计是指按照有关部门颁布的规范来进行 船体结构的布置及构件尺寸的确定。
满足国际海事组织对于船பைடு நூலகம்使用寿命的更高要求 是CSR的目的之一。
共同规范的影响
所有IACS的成员 将贯彻CSR,从而可以有效避免 竞争导致协会成员降低技术标准的可能。
CSR要求增加船舶关键部位的钠材厚度,造船成本 的增加,致船舶的运费收入减少。
对于船舶维护,CSR提出了更高要求,这会导致船 舶的维护成本上升。
从长期来看总的成本却不见得增加,因为适当的 维护可以有效降低船舶修理的次数,缩短修理的 时间,从而提高船舶的实际运营效率。
船体规范设计的局限性
规范制订中某些不合理因素限制了新型结构 设计的合理性
不断诞生的新型船舶无法依据规范进行结构 设计
造船新材料的问世也使得原有规范不能适用
规范法设计的基本步骤
结构设计的方法
计算设计 规范设计
计算设计
定义:船体结构的计算设计是根据结构力学的原理来 确定满足强度、刚度和稳定性要求的船体结构布置及 构件尺寸。
发展:电子计算机技术的发展,给计算设计提供了迅 速有效的工具,加之结构优化设计理论的发展,结构 的计算设计将有较大的发展。
军船:对于设计技术要求较高,对结构质量控制严格 的军用船舶,只能用计算设计。
调查分析:根据对母型船的调查研究和所设计 船的特殊要求,分析所设计船的船体强度要求, 选择合适的建造规范。
结构形式:根据型线图和总布置图,绘制中剖 面图、基本结构图和肋骨线型图等草图,并进 行结构构件的初步布置。
结构尺寸:按规范计算船体主要构件的尺寸, 边计算、边绘图、边完善初始的结构布置方案。
特点:规范根据以往的经验,且统计分析了大量型船 资料和实船测量资料,并辅之以日趋发展的结构力学 计算方法,总结出一系列的规定和经验公式,作为新 船船体结构设计的依据。利用规范设计船体结构能比 较方便地确定构件的布置与尺寸。目前,民用船舶一 般都采用规范设计。
船级社主要职责
规范监督船的建造 允许船舶正式“入级” 办各种国际协定所要求的证书 对使用中的船舶作定期检查,以确定这些
解决结构设计中的主要技术问题,确定构件的 尺寸和连接方式,同时应充分考虑结构施工的 可行性。
提出船体主要钢料预估单,并为总体设计提供 船体钢料的质量重心资料。
完成工作
船体主要构件计算书;中剖面图;基本结 构图;首、尾结构图;首尾柱结构图;甲 板平面图;肋骨型线图;外板展开图;主 舱壁结构图;主机座结构图;尾轴架结构 图;主机座和推力轴承座结构图;甲板室 和上层建筑结构图;舱盖结构图和强度计 算书;通风筒、空气管和排水口布置及结 构图等。
船是否仍保持在“级”内。
共同规范
2006年4月1日,国际船级社协会(IACS)油船和散 货船共同结构规范(Common Structure Rule,CSR) 正式实施。该规范应用了当前船舶科学发展前沿 的新技术、新材料、新理念。CSR对船舶强度的评 估范围,较传统的有很大延伸。CSR规范首次明确 区分了净尺寸和腐蚀增量,同时考虑了船舶的服 务、极限、疲劳、破损4种有限状态,应用了以载 荷为第一设计准则的力学理论公式,是一套符合 基于目标型标准的规范体系。
等应符合标准尺寸或常取尺寸; 5. 考虑船体结构维修与保养的可能性与方便性等。
结构与使用性的矛盾
结构布置与构件尺寸要符合使用要求。例如
1. 货船的结构布置要便于装卸货物; 2. 旅客及船员住舱应有足够净空高; 3. 支柱的布置应不妨碍总体布置及机器设备安装的
要求等。
因此结构设计要与总体、轮机和设备的设计密切 配合,树立整体观念,保证船舶各方面都有良好的 性能。此外,根据使用要求在选取构件尺寸时要合 理地考虑锈蚀、磨损余量及其他特殊加强,以降低 维修费用和提高使用年限。
结构构件的布置要尽可能均匀,以避免构 件规格太多或是造成材料的浪费。
结构应保证某一构件承受外力后,能有效 地将力传递到邻近的结构构件上,以避免 某一单独的结构构件承受外力。
结构与工艺性的矛盾
在结构设计时,还必须考虑到结构工艺性要求。 好的结构工艺性包括: 1. 考虑到船舶所有部位的装配和施焊的可能性; 2. 尽可能扩大分段建造范围,缩短造船周期,改善作
业条件,提高造船质量; 3. 尽量简化零部件结构,减少规范品种,尽可能采用
标准件; 4. 尽量减少零部件的曲线外形,结构上的开孔、切角
已知条件
在船舶总体设计初步完成后进行, 此时已经确定条件:
1. 主尺度 2. 型线图 3. 总布置图和按设计任务书对结构的要求
(船舶用途、航区、装载情况、建筑形成、 甲板层数、主要设备及使用要求等)
主要任务
确定整个船体结构设计的原则,如选择材料、 骨架形式、肋骨间距、分析结构质量对经济性 的影响。
结构布置的一般原则和规定
结构合理布置,将直接影响船体结构的强度、 重量及工艺性等。
一般原则: 1. 结构的整体性原则: 2. 受力的均匀性和有效传递原则: 3. 结构的连续性和减少应力集中原则: 4. 局部加强原则: 基本规定:
各规范对结构布置都有一些具体规定。 骨架型式的选择(横,纵,混)
受力的均匀性和有效传递原则