船體結構與結構設計.ppt

船體結構與結構設計 多媒體課件 第一章船舶類型和結構的一般知識 第一節(jié)船舶類型第二節(jié)作用在船體上的力及強度概念 第一節(jié)船舶類型 船舶可按下列方式分類 航行區(qū)域海船和內河船 航行狀態(tài)排水型船 潛水艇 滑行艇 水翼艇和氣墊船 推進動力蒸汽機船 內燃機船 汽輪機船 燃氣輪機船和核動力船 推進器螺旋槳船 噴水推進船 空氣螺旋槳推進船和明輪船 建造材料鋼船 木船 水泥船 鋁合金船和玻璃鋼船等 但通常按船舶的用途來分類 大致可以分為如下幾種 運輸船客船 客貨船 雜貨船 集裝箱船 滾裝船 散貨船和油船等 工程船挖泥船 起重船 布設船 救撈船 打樁船和浮船等 漁業(yè)船網漁船 釣漁船 漁業(yè)指導船和調查船 捕鯨船等 港務船拖船 引航船 消防船 供應船 交通船和助航工作船等 海洋開發(fā)船海洋調查船 深潛器 勘探船和石油鉆井船等 軍用艦艇戰(zhàn)斗艦艇和輔助艦艇 如巡洋艦 船等驅逐艦 護衛(wèi)艦 航空母艦 登陸艦艇 掃雷艦艇 布雷艦艇 各種快艇和運輸艦 修理艦等 水面艦艇 最常見的主要類型的船舶特點 一 雜貨船普通貨物船 載運包裝 袋裝 桶裝和箱裝的 多用途貨船 除能運輸一般雜貨 散貨外 還能兼運集裝箱 結構特點 多用途貨船有較大甲板開口 便于貨物裝御 并增大起重能力 以適應吊裝集裝箱的需要 有足夠的穩(wěn)性 以滿足在甲板上堆放多層集裝箱的要求 雜貨船都為單螺旋槳船 具有2 3層甲板和雙層底 根據(jù)機艙位置的布置 有所謂中機型船和尾機型船之分 近來趨向于建造尾機型船或中后機型船 圖1 128000T多用處干貨 集裝箱船 主尺度 總長 型寬 型深 吃水 m 181 26 14 4 10 02 噸位 總噸位 GROSS 19354 凈噸位 NET 9614 航速 15 5kn 主機 型號 功率 臺數(shù) MANB W5S50MC 6400 1 圖1 230000噸多用途貨船 本船型為單槳 柴油機驅動的多用途集裝箱貨船 船舶可裝載干雜貨 工程件 1 8類危險品和集裝箱等 船舶設置兩層連續(xù)甲板 縱中艙壁 重吊和首側推 全船設5個貨艙 第1貨艙和第5貨艙內設置20英尺集裝箱導軌架 主要尺度及參數(shù) 總長192 90m垂線間長182 00m型寬27 80m型深15 50m設計吃水 結構吃水10 00m 11 20m載重量25015t 30538t集裝箱數(shù)1841TEU 14t TEU裝箱量1339TEU 主機型號MAN B W7S60MC C1setMCR15785kWx105rpmCSR14206 5kWx101 4rpm服務航速19 4kn atCSRwith10 S M 二 集裝箱船集裝箱船的特點 貨艙內和甲板上堆裝規(guī)格統(tǒng)一的標準貨箱 貨艙口寬而長 多數(shù)依靠港口專用的起貨機裝卸 少數(shù)的也有自帶起貨裝置 裝卸速度快 可大幅度縮短船舶在碼頭的停泊時間 從而增加航次 圖1 37100TEU集裝箱船 圖1 43500箱集裝箱船 本船型是單槳 柴油機驅動的全集裝箱船 本船設計為無限航區(qū) 全船設7個貨艙 貨艙內設置20呎集裝箱導軌架 甲板上和貨艙內可裝載危險品 第1貨艙可裝載除5 2類以外的危險品 第2 5貨艙可裝載1 9類危險品 本船設帶球鼻的傾斜船首 方尾和首側推器 機艙及居住艙室設在中后部 船舶設置單層連續(xù)甲板 貨艙區(qū)域為雙底 雙殼結構 主要尺度及參數(shù)總長231 00m垂線間長214 20m型寬32 20m型深18 80m設計吃水 結構吃水12 00m載重量41000t集裝箱數(shù)3534TEU 14噸 箱裝箱量2250TEU 主機型號MAN B W7K90MC C1setMCR31920kWx104rpmCSR28728kWx100 4rpm服務航速22 2kn atCSRwith15 S M 三 散裝貨船散裝貨船是專門裝運谷物 礦砂 煤炭等大宗散裝的 普通散裝貨船多用途的散裝船除了裝運谷物 礦砂外 還能裝載木材 板材 集裝箱等各種貨物 礦 油兩用船或砂 油 散三用船 自卸式散貨船貨艙底部是W形 貨物從下面的尖部開口漏到縱向傳送帶上作水平移動 再由垂直的鏈斗提升機或多級傾斜皮帶等裝置提升到艙面上 最后用懸臂式輸送帶運送到碼頭上 圖1 517 5萬噸好望角型散貨船 本船型是單槳 柴油機驅動的超大型單殼散貨船 主要承擔鐵礦石 煤炭等散貨的海上遠程運輸 本船設球首 方尾和連續(xù)的上甲板 尾部設6層尾甲板室 不設首樓 全船設9個貨艙 貨艙為帶有頂邊艙和底邊艙的常規(guī)散貨船型式 結構進行重貨加強并可間隔艙裝礦 No 2 4 6 8貨艙可以是空艙 本船No 6貨艙可兼作壓載艙 同時No 2 4 8艙也可在碼頭部分裝載壓載水 貨艙艙口蓋為齒輪齒條液壓驅動的側滾式艙蓋 全船不設起貨設備 主要尺度及參數(shù)總長288 92m垂線間長279 00m型寬45 00m型深24 50m設計吃水 結構吃水16 50m 18 10m載重量156093t 175080t主機型號MAN B W6S70MC1set服務航速15 0kn atCSRwith15 S M 圖1 6174000噸散貨船 總長 289 00米兩柱間長 278 20米型寬 45 00米型深 24 65米設計吃水 16 50米結構吃水 18 19米續(xù)航力 22000N MILES載重噸 174000噸服務航速 15 00節(jié)定員 29人 圖1 7自卸式散裝貨船卸貨過程 1 縱向傳送皮帶 2 提升裝置 3 懸臂輸送皮帶 4 W形貨艙底 四 油船目前世界上大型油船都在20 30萬噸左右 超大型的油船達50萬噸以上 除了裝石油外 還有成品油船 噸位一般在6萬噸左右 以2 4萬噸居多 石油的裝卸是利用船上的油泵和管路 為防止油船對海洋的污染 國際海事組織 IMO 決定在2015年前停止使用單殼油船 今后建造的油船 尤其是大中型油船 都應為雙殼體結構 結構特點 尾機型 單層甲板單層底 除機艙除外 油艙區(qū)按規(guī)范要求設置橫艙壁 并在縱向設置1 3道縱艙壁干舷較小 滿載時甲板貼近水面 設有從尾樓至橋樓或首樓的步橋供船員安全通行 大型的油船可在甲板下面設置封閉的通道代替步橋 船上的蒸汽 消防 海水等管系和電纜可裝在步橋下 上甲板上布置縱貫全船的輸油管 甲板上不設艙口 只設圓筒形的油氣膨脹阱 艙口蓋的油密性能良好 圖1 830萬噸油船 主尺度 總長 型寬 型深 吃水 m 333 58 31 22 2 圖1 937300噸成品油 化學品船 本船是低速柴油機驅動的單槳 雙底 雙殼結構的遠洋航行成品油 化學品船 可航行于冰區(qū) 符合1B級冰區(qū)加強 主要裝運各種成品油和化學品 IMOtype2 本船設有9對貨油艙和1對污油水艙 Sloptank 加1個殘油艙 可同時裝載9種不同貨品 每一貨油艙和污油水艙設1臺液壓深井泵 貨油艙內涂敷酚醛環(huán)氧特涂漆 貨艙內外的貨油管系和閥門均為不銹鋼 本船設傾斜式船首帶球鼻 方尾 可調螺距螺旋槳帶1250千瓦軸帶發(fā)電機 貝克舵 可左右旋轉450 1200千瓦電動可調槳首側推裝置 機艙 起居處所和駕駛室設于尾部 主要尺度及參數(shù)總長185 00m垂線間長176 00m型寬31 00m型深17 00m設計吃水 結構吃水10 50m載重量37300t主機型號MANB W6S50MC C1setMCR9480kWx127rpmCSR8058kWX127rpm服務航速16 3kn 五 客船和客貨船客船是以載客 按規(guī)定載客超過12人 為主兼運貨物的船舶 一般的客船都兼帶少量貨物和郵件 純粹載客不裝貨的客船是很少的 對客船的要求是更加嚴格的安全性和舒適性 航速通常高于一般貨船 沿?？痛瑸?6 20kn 遠洋客船為20 30kn 客船必須滿足一系列有關分艙 穩(wěn)性 救生 消防 無線電通訊等方面的國際公約 規(guī)范的要求 客船具有良好的穩(wěn)性 抗沉性 耐波性和足夠的強度 客船上房艙的布置應合理 舒適 美觀 具有良好的通風 采光 照明 空調設施和衛(wèi)生設備 并為旅客提供寬敞的游步甲板和休息 文化娛樂 體育活動場所 客船上有二個或二個以上的推進器 甲板層數(shù)多達7 8層 一般長江客船也有5層甲板 圖1 10東方皇后 圖1 111688高速客船 主尺度 M 17 25 3 52 1 48乘員 人 52 58功率 HP 245 280 2時速 KM 42 48 本船是一種減阻 節(jié)能 抗燥 消波的新型單底 單甲板 雙槳 雙舵的消波滑行艇 配備國產高速柴油機作動力 馬力強勁 性能穩(wěn)定 經久耐用 船體選用進口優(yōu)質纖維增強材料 上層建筑仿國外游艇設計 造型優(yōu)美 內裝考究 通過鏡面陰模成型工藝 表面光潔 使航行時風 水與船體的磨擦阻力降至最低 該艇具有尾浪小 飛濺少 起滑快 吃水淺 航速高的特點 是一種理想的水上高速交通工具 主要設備 主機 臺 齒輪箱 臺 軸系 套 螺旋槳 片 液壓舵機 套 舵系 套 燃油箱 只 機油箱 只 DC24V蓄電池 組 電動抽水泵 臺 手搖污水泵 臺 油水分離器 臺 5KW發(fā)電機組 臺 主配電板 臺 充放電板 臺 船用空調 臺 擴音機 臺 收放機 臺 雨刮器 臺 搜索燈 盞 汽笛 只 高頻電話 部 適航燈具 套 不銹鋼欄桿 套 不銹鋼扶手 套 不銹鋼纜樁 只 不銹鋼旗桿 根 洗手間 個 沙發(fā)座椅 座 天花 套 船用地板 套 護舷材 套 擋風玻璃 塊 耐擊玻璃舷窗 只 救生衣 件 救生圈 只 MF2滅火機 只 太平斧 把 太平桶 只 黃砂箱 只 錨 支 纜繩 根 國旗 面 圖1 12青海湖旅游船 本船為青海湖三星級豪華旅游船 鋼質 雙機 雙槳 雙舵 中后機艙 兩層縱通甲板 4層上層建筑 供中外游客在湖上觀光 度假 娛樂 會議之用 全船設旅客房88間 其中 總統(tǒng)套間2套 豪華套間2套 單人房4間 商務房4間 標準客房76間 公共娛樂處所有 棋牌游戲中心 健身房 桑拿 美容 影視廳 兒童游戲室 氧吧 醫(yī)務室 小超市 閱覽室兼商務中心 首 尾 觀光酒吧 頂層觀光廳 多功能會議廳 進廳 中西餐廳 大餐廳 露天咖啡座 高級接待廳等 主要尺度及參數(shù)總長79 98m垂線間長69 00m型寬18 00m型深4 70m 7 40m設計吃水 結構吃水3 00m 3 20m載客量180P主機型號6L23 302setsMCR2x810kWx825rpm服務航速18 0km h 六 滾裝船滾裝船的裝卸效率比集裝箱更高 是普通貨船的10倍 它是車輛或用拖車進行的水平裝卸 它便于組織水陸聯(lián)運實現(xiàn)從廠門到廠門的快捷運輸 廣義上講 集裝箱拖車滾裝船 車輛運輸船 火車汽車渡船和客貨滾裝船都屬于滾裝范圍 結構特點 首尾設有尖艙 機艙位于尾部 近于封閉式 自動化程度較高 機艙上面為主要的車輛通道 在主甲板兩舷設雙層船殼 貨艙作水平分隔 大都不設或少設橫隔壁 便于車輛通過 主甲板以上露天甲板以下 為縱通無橫隔壁的甲板間艙 車輛的上下過渡通過斜坡道或升降機 上下通道開口處根據(jù)抗沉性要求配置水密或非水密蓋板 一般在尾部 也有在首部或舷側設有供車輛通過的開口 配置水密門和活動的連接碼頭的跳板 滾裝船的缺點是空船重量大 壓載量大 艙容利用率低 造價高 此外 滾裝船的航行安全也是一個比較突出的問題 滾裝船有多層甲板 型深大 上層建筑多 受風面積大 不利于穩(wěn)性和操縱 船首尾或船舷處設置跳板的大開口 雖航行時收起關閉 船舶大橫搖時仍容易進水 貨艙縱通 無水密橫隔壁 進水時造成危害更大 過大的橫搖加速度對船體及車輛綁扎裝置都產生較大的動力負荷 若車輛掙脫綁扎索具的束縛將造成十分危險的結果 此外 車輛及油箱內燃料排出的可燃氣體都是造成火災的隱患 所以 現(xiàn)代滾裝船都采取相應的措施以確保航行的安全 圖1 13豪華客 車滾裝船 棒槌島 號 圖1 1412300dwt滾裝船 主尺度 總長 型寬 型深 吃水 m 195 3 25 6 16 62 6 6 航速 22 3kn 總噸位 23819 主機 型號 臺數(shù) 功率 WARTSILANSD8ZAL40S 4 6000 4 圖1 1516000總噸客滾船 本船型為雙機 雙可調槳 雙舵 中速柴油機驅動的現(xiàn)代化客 車滾裝船 短程國際和國內近海航行 以載客為主 兼運轎車 載重汽車和集裝箱拖車 船型為前傾首柱 球鼻首 方尾和流線型掛舵 并設有首側推 減搖鰭和防橫傾裝置 本船具有兩層連續(xù)甲板 機艙位于尾部 本船設兩層車輛甲板 旅客和船員區(qū)域布置在第5 6 7 8甲板 布置旅客進廳 總服務臺 小超市 旅客船員餐廳 酒吧和多功能娛樂廳等公共艙室 旅客定額1428人 船員72人 主要尺度及參數(shù)總長137 50m垂線間長127 50m型寬23 40m型深14 00 8 60m設計吃水 結構吃水5 40m 5 80m載重量2770t 3750t載客量1428人車道長度835m 小車車道94m主機型號WARTSILA8L38B2setsMCR2x5800kWx600rpmCSR2x4930kWx600rpm服務航速19 0kn 七 漁業(yè)船舶漁船是從事漁業(yè)工作船舶的總稱 可分為以下四類 1 直接從事捕撈作業(yè)的船舶 按其捕撈方式又分網式 釣式和獵捕式三種 2 從事漁獲物的冷藏和加工的船舶 3 從事漁獲物或漁品的收購 運輸?shù)拇?4 從事漁政 救助 試捕 實習和漁業(yè)調查的船舶 圖1 1696總噸鋼質拖網漁船 圖1 17日本 愛媛丸 號拖網漁船 實習船 船長約55米 圖1 1879m豪華游艇 八 其它船舶圖片欣賞 圖1 19小水線面雙體交通艇 圖1 20高速水翼艇 圖1 211600米車道客滾船 圖1 2218000噸化學品船 圖1 23LNG船 圖1 2418000噸多用途重吊貨船 圖1 251萬馬力拖輪 圖1 26耙吸式挖泥船 圖1 272600噸雙臂桿起重船 圖1 2818000噸半潛船 圖1 29船體變形的趨勢 第二節(jié)作用在船體上的力及強度概念 一 作用在船體上的力船體在靜水中的總縱彎曲船舶在靜水中受到的外力有船舶及其裝載的重力和水的浮力 二者大小相等方向相反作用在一條鉛垂線上 此時 船舶處于平衡狀態(tài) 設想將船體從長度方向分割成若干段 并假設段與段之間可以上下自由移動 由于重力與浮力沿船長方向分布不一致 故作用在每一段上的重力和浮力并不相等 如果將段與段之間的約束解除 每一段為了重新取得平衡 必然會產生上下移動的趨勢 直到取得靜力平衡為止 見圖1 29 事實上船體是一個整體結構 當然不可能發(fā)生如圖所示的那樣變動 不讓它們自由變動 在船體結構內部就會有內力產生 使船體發(fā)生彎曲 船體各段重力與浮力的不平衡總是存在的 因為船上各種重量除了固定的結構和機械設備外 常隨著裝載的情況而變動 而浮力的大小和分布則是按照船體浸水部分的形狀決定的 長度方向上重力與浮力的差值即為作用在船體上的外力載荷 船體受到外力載荷會發(fā)生彎曲變形 在船體內產生彎曲力矩 圖1 30是船長方向的彎矩曲線圖 彎矩的最大值在船體的中部 向首尾端逐漸減小 圖1 30彎矩曲線 船體在波浪中的受力在波浪狀況下 船體內產生的彎矩會較靜水時為大 波浪長度等于船長時 船體的彎曲最為嚴重 當波峰在船中時 會使船體中部向上彎曲 稱為中拱彎曲 當波谷在船中時 會使船體中部向下彎曲 稱為中垂彎曲 中拱彎曲時 船體的甲板受拉伸 底部受壓縮 中垂彎曲時 船體的甲板受壓縮 底部受拉伸 圖1 31 圖1 31中拱彎曲和中垂彎曲 圖1 32船體肋骨的歪斜 此外 船舶在波浪狀態(tài)下航行 還會產生升降 俯仰和搖擺等運動 這對船體結構會產生不利的影響 例如船舶橫搖時會引起肋骨的歪斜和船體的扭曲 圖1 32 作用在船體上的局部力和其他受力情況船體在靜水或波浪中除了產生總縱彎曲外 它的各部分結構還受到局部的水壓力和貨物等橫向載荷 也會產生局部的彎曲 此外 艦船上還有機器和螺旋槳運轉時的振動力 發(fā)射火炮時的反作用力 及爆炸物的沖擊波和碰撞時的沖擊力等局部的外力 船舶進塢或擱淺時受到船底下墩木或河床的反力作用等 圖1 33 圖1 33船體的橫向載荷和變形 二 總強度和局部強度概念船體的總縱強度船舶在下水 進塢和航行過程中都會產生總縱彎曲 船舶在波浪中產生的總縱彎矩較靜水時為大 船體的結構如強度和剛性不足 就有可能使船體總的或局部的結構斷裂或變形 船體結構抵抗縱向彎曲不使整體結構遭受破壞或嚴重變形的能力稱為總縱強度 通常可以將船體看作為變斷面的空心梁 簡稱為船梁 它對總縱彎曲的抵抗能力是由船梁的橫剖面剖面模數(shù)決定的 船梁內產生的彎曲正應力為 式中 總縱彎曲正應力 M 總縱彎曲力矩 W 剖面模數(shù) I 船梁橫剖面對中和軸的主慣性矩 Z 縱向連續(xù)構件離中和軸的距離 船體上最大的總縱彎曲正應力通常出現(xiàn)在上甲板和船底部 見圖1 34 圖1 34彎曲正應力在船梁上的分布 橫向強度和局部強度除了總縱彎曲之外 船舶在使用過程中也會產生橫向彎曲 橫向強度是指橫向構件 如肋骨框架和橫艙壁等 抵抗橫向載荷的能力 船舶在進塢時 容易發(fā)生橫向變形 這時橫艙壁的作用很重要 船體的局部強度是指個別構件對局部載荷的抵抗能力 有時 船體的總強度雖能保證 但局部強度不一定能保證 如船艙破損時的水壓力和超過構件承擔能力的外力作用下 局部構件也可能發(fā)生破壞或嚴重變形 扭轉強度當船舶斜置于波浪上造成浮力不對稱或者在裝卸過程中造成首尾區(qū)域兩舷的貨物分布不對稱于中縱剖面時 都會引起扭矩的作用 使船體產生如圖1 32所示扭轉變形 船體結構抵抗扭轉變形 使之不遭受嚴重破壞的能力稱為扭轉強度 對于一般甲板開口不大的船舶 扭轉變形較小 在總縱強度滿足的情況 扭轉強度基本上能保證 但是 對于具有甲板大開口的船舶 如集裝箱船 則必須考慮扭轉強度 除了強度之外 船體上的板和骨架還必須保證有足夠的剛性 使其變形不超過允許的范圍 對于受平面壓縮力的薄板 應保證其平面的穩(wěn)定性 不使其產生皺折而降低其強度 第一節(jié)船體結構的骨架型式船體是由鋼板和骨架組成的長箱結構 整個船的主體可分為若干板架結構 如甲板結構 舷側結構 船底結構和艙壁結構等 各個板架相互支持 使整個主船體構成堅固的空心的水密建筑物 圖1 35為板架結構的一種形式 1 縱骨架式 板格的長邊沿船長方向 短邊沿船寬方向 縱向骨架的數(shù)目多而橫向骨架的數(shù)目少 2 橫骨架式 板格的長邊沿船寬方向 短邊沿船長方向 橫向骨架的數(shù)目多而縱向骨架的數(shù)目少 3 混合骨架式 縱橫方向的骨架間距相差不多 板格的形狀接近正方形 圖1 35板架結構 縱骨架式和橫骨架式的結構各有優(yōu)缺點 縱骨架式結構的優(yōu)點是多數(shù)骨架縱向布置 骨架參與船梁的有效面積 提高了船梁的抗彎能力 增加了船體的總縱強度 并且由于縱向骨架布置較密 可以提高板對總縱彎曲壓縮應力的穩(wěn)定性 因而相應地可以減小板的厚度 減輕結構的重量 缺點是施工比較麻煩 橫骨架式結構的優(yōu)點是多數(shù)骨架橫向布置 橫向強度較好 施工比較方便 建造成本低 缺點是同樣受力情況下 外板和甲板的厚度比縱骨架式的大 結構重量較大 根據(jù)強度和使用要求 船舶某些結構可采用縱骨架式板架和橫骨架式板架的組合形式 例如有的貨船的上甲板和船底采用縱骨架式 舷側和下層甲板采用橫骨架式 首尾端全部用橫骨架式 根據(jù)彎矩和彎曲正應力在船體上的分布特點 這樣是合理的 第二節(jié)典型橫剖面結構1 雜貨船的橫剖面結構圖1 36是雜貨船的貨艙橫剖面結構 上甲板和雙層底是縱骨架式結構 下甲板和舷側是橫骨架式結構 上甲板和下甲板上開有貨艙口 艙口角隅有支柱支撐 近來一些船上為了理貨方便改在中線面設置支柱或半縱艙壁 結構構件的名稱都在圖中標出 2 散貨船橫剖面結構散貨船只有一層全通甲板和雙層船底 甲板下面有二個三角形的頂邊艙 其作用是防止散貨向一側移動使船傾斜 影響船的穩(wěn)性 雙層底舭部處有向上傾斜的內底邊板與舷側 下部構成的底邊艙 其作用是使散貨堆放于貨艙中央 便于用抓斗裝卸 傾斜的底邊艙對船舶的安全比普通的雙層底更可靠 頂邊艙和底邊艙可作為壓載水艙以改善船舶的適航性 圖1 37是裝運谷物和煤的散貨船結構圖 甲板和舷頂部 雙層底和舷側下部是縱骨架式 舷側中部式橫骨架式 礦砂船也屬散貨船類型 用于裝載鐵礦砂和比重較大的礦砂 其結構要求與普通散貨船不一樣 重礦砂對貨艙的容積要求不大 有富裕的艙容 其結構特點是雙層底很高 這樣可以提高船舶的重心 增大搖擺周期 有利于適航性 專線航行的礦砂船可利用舷邊的空艙裝載石油 設計成礦砂 石油兩用船 出港時裝運礦砂 回港時裝運石油 可以避免單程運貨 提高船舶營運的經濟性 圖1 38是礦