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7500DWT江海直达船的初步设计

来源:论文帮手 作者: 发布日期:2017-10-23 15:32:50

 7500DWT江海直达船的初步设计

 
 [摘要] 本设计以5000DWT江海直达船为母型船,对7500DWT江海直达船进行了初步设计。在本次设计过程中以母型船资料和设计任务书为依据,首先,使用母型改造法对设计船的主尺度进行了初步确定,并进行了航速校核以及稳性校核;其次,采用“ ”法对新船的船体水下部分型线进行了设计并且绘制了型线图;然后,以新船型值为依据,通过列表对其进行了静水力计算,绘制了静水力曲线图和邦戎曲线图,并以静水力曲线图为依据,进行了新船的干舷校核;参照母型船总布置图,进行了总布置设计,并校核了舱容;最后,以《钢制海船入级规范(2015)》为依据,对新船的典型横剖面结构进行了初步设计并绘制典型横剖面结构图。
 
[关键词] 母型改造法;结构设计;型线设计;典型横剖面设计 
7500DWT Sea-river-through Transportation Ship Preliminary Design 
 
[Abstract] The project was done to design 7500DWT sea to river transportation ship based on 5000DWT sea-river-through transportation ship. In the design process, it based on the design plan descriptions of the mother ship data. First of all, the project  have designed primarily determine the principal dimensions of the ship by using mother type transformation method, and check analysis about speed and stability. Second, the design of the underwater section of the ship's hull was designed and draw line plan. Then, the calculation of hydrostatic had been finished by the list and based on the lines offsets, and draw the hydrostatic curve and Dijon bond graph, and then the new ship freeboard was checkd based on hydrostatic curve. The general layout design was designed refer to the mother ship, and the hold capacity was checked. In the end, the cross-section structure of the new ship was preliminary designed and the typical section structure was drawn which was based on Classification of the Steel Sea Vessel Classification (2015).
[Key words] Mother type transformation method;Strctural design;Line design;Cross-sectional design
 
 
 
0 引言
 
由于我国幅员辽阔,内陆地区河流众多,对于航运业的需求日益加剧。因此设计性能优良的江海直达船,运用于我国长江中下游港口的货物运输。江海直达货船能装运各种杂货、散货、大件设备德多用途货船[1]。并同时连接近海港口,进行货物运输。利用江海直达船运输,减少了海船和内河船分段运输方式的换装作业的中转损耗,有利于江海联运节约成本。
此设计为适用于长江中下游至我国沿海港口的7500DWT江海直达船初步设计。设计过程将严格依据设计任务书要求进行。设计内容包括新船的各主尺度要素及排水量等数据;依据母型船的相关资料,绘制新船型线、静水力曲线图、邦戎曲线图、总布置图等。在设计过程中,使新船的设计更加合理,拥有优良的性能,在继承母型船优良性能的同时满足设计任务书的要求,设计出拥有优良的性能的新船。
本次设计将确定新船的主尺度方案,同时将进行新船各方面的初步校核,使船舶主尺度方案具有可行性。校核内容将包括航速、稳性、舱容、干舷以及强度等方面的相关校核。并依次进行型线设计、总布置设计和典型横剖面结构设计,是新船设计性能优良、设计合理同时具有可行性、经济性。
 
1  母型船资料和新船设计要求
 
 
1.1母型船资料
母型船相关资料如表1-1所示。
 
表1-1  母型船资料
项目 参数
 
102.0m×17.5m×7.6m×4.5m×0.85
设计航速 约11kn
船员 26人
主机 6230ZC,额定功率2×810kW, 额定转速 750 r/min
齿 轮 箱 GWC66.75-WX,减速比3.52 : 1 
排水量 6845.3t(4.5m吃水)
续航力 1800n mile
载重量 4500吨 (4.5m设计吃水)
船级 CCS
 
 
1.2新船设计要求
新船设计的相关要求如表1-2所示。
 
表1-2  新船的设计要求
项目 要求
船员 26人
设计航速 12.0kn
航区 中国近海及长江A、B级航区
载货种类 以铁矿石为主,兼顾运输煤炭等散货
续表1-2
项目 要求
续航力 3000n mile
载重量 7500t
船级 CCS
 
2  新船的主尺度选择
 
 
2.1 初步确定主尺度
    设计中所涉及的符号于表2-1中做出注释,在后续设计中不再说明,如表2-1所示。
 
表2-1 各符号含义
符号 含义 符号 含义
 
中国船级社  
油水储量
 
垂线间长  
锅炉额定蒸发量
 
水线间长  
蒸汽漏损率
 
型宽  
服务航速
 
        型深  
载货量
 
平均吃水  
主机耗油率
 
吃水  
货物积载因数
 
干舷  
货舱长度
 
方形系数  
中横剖面面积
 
菱形系数  
舱室容积
 
水线面系数  
机舱双层底高度
 
  前体菱形系数  
机舱长度
 
后体菱形系数  
浮心纵向坐标
 
中横剖面系数  
浮心垂向坐标
 
排水体积  
初稳性高
                         
          续表2-1
符号 解释 符号 解释
 
排水量  
油水密度
 
载重量  
容积折扣系数
 
钢料重量  
双层底高度
 
舾装重量  
炉水重量
 
机电设备重量  
续航力
 
裕度  
压载舱水容积
 
空船重量  
双层底舱容积
 
主机功率  
机舱容积
 
计及到型深的方形系数  
机舱前体丰满度系数
 
燃油量  
其他舱室容积
 
由于母型船资料较完善,本次初步设计主要采用母型船改造法及参考文献中的相关经验公式来初步确定新船的主尺度。
    新船主尺度计算公式[2]如下式:   
                                        (2-1)
                                      (2-2)
                                      (2-3)
                                    (2-4)
                                         (2-5)
                    (2-6)
 上式计算所得新船主尺度及船型参数初始值如表2-2所示。
 
表2-2 新船主尺度及船型参数初始值
 
 
 
 
 
 
 
116.8 20.1 8.8 5.2 0.847 10273.9
 
 
 
2.2 空船重量估算
1)船体钢料重量的估算公式[2]如下:
                    (2-7)
计算得 
2)舾装重量的估算
由于本船为江海直达船,舾装重量的估算公式:
                          (2-8)
计算得 。
3)机电设备重量的估算
根据母型船,本船使用柴油机同时为双主机型船舶,所以用以下公式计算[2]:
                           (2-9)
式中: —主机功率MCR(Kw),可以用海军系数法 进行计算。
 —系数,如缺乏母型船的资料时  参考文献[3],这里取8。
计算可得: , , 。
由上述计算所得数据可进行本船主机的选择。
依据相关数据及本船所需的主机功率,本船主机选择青岛淄柴博洋柴油机股份有限公司的ZC6270ZLC-5型船用柴油机,相关参数如表2-3所示。
 
 
 
 
 
表2-3 主机相关数据
项目 参数
型号 ZC6270ZLC-5
持续转速  
 
持续功率  
 
燃油消耗率  
 
机油消耗率  
 
 
4)排水量裕度 :
 取 的3%-5%,对 和 取8%-10%。计算可得:
                  (2-10)
综上,空船重量的计算结果如表2-4所示。
 
表2-4 空船重量
项目重量 第一次近似值(t)
钢料 2113.0
舾装 362.5
机电设备 480.7
裕度 160.4
空船 3116.6
 
 
2.3 估算载重量
1)行李和人员重量的计算
 在我国船舶设计中人员重量通常按每人平均65kg,人员行李重量按每人平均55kg计算[3]。
                  (2-11)
2)食品、淡水的重量
                                       (2-12)
食品定量通常按每人每天2.5-4.5kg计算,淡水的定量与航程、航线气候有关,通常去每人每天100-200kg[3],本船食品定量取3.8kg,淡水取170kg。
取食品总储备量=12×26×3.8/1000=1.2(t);
淡水总储备量=12×26×170/1000=54.2(t);
计算得食品重量1.2t,淡水重量54.2t,共55.4t。
3)燃油重量的估算
    燃油储备量可以按公式近似计算:
                                                  (2-13)
    式中相关数据由表2-3可得,式中其余数据如下:
 —主机常用额定功率(Kw);
 —航行时间(h);
 —风浪影响船舶航行的系数,一般可取1.1~1.2[2],这里 值取为1.2,
即: 。
 4)滑油的重量估算
滑油的储量可以估算为下式:
                             (2-14)
式中:对设计中所使用的柴油机 可以取为0.04[2]。
即: 。
5)炉水的重量估算
炉水的储备量按下式计算[2]:
                         (2-15)
 —锅炉额定蒸发量(t/h), 取10(t/h);
  —蒸汽漏失率,辅锅炉可取为0.05;
  —航行时间(h)。
即: 。
6)备品与供应品的重量
根据船舶设计原理[3],备品与供应品的重量计算是载重量计算中进行[3],通常取 ,这里取为0.8%。因此本船的备用品与供应品的重量为25t。
计算结果如表2-5所示。
 
表2-5  部分载重量的计算
项目 计算值(t)
人员及行李 3.12
食品 1.2
淡水 54.2
燃油 177.5
滑油 7.1
炉水 125
备品供应品 25
 
393.12
 
 
 
2.4 重力与浮力平衡计算
新船排水量 , ,新船总重量 。相比知排水量少了 ,因此需要采用诺曼系数法进行浮力与重力的平衡[2]。诺曼系数按下式(2-16)计算:
                         (2-16)
式中: 取0.4, 取0。得 , 。
    载重量修正后的值: 。
与设计任务书要求的7500t的载重量多了30.8t,不满足重力与浮力的平衡。因此需再次修正, 。 
    代入数据计算得 , 。
    载重量修正后的值: 。
相比7500t的载重量少了2.66t,则对应的排水量小了2.66t,小于0.12%DW,满足平衡条件。
得 10613.9t,吃水增大。
因此新的设计吃水为: 。
经过浮力与重力的平衡计算后,设计吃水产生变化,相对应的新船的方形系数也会变化,需重新计算方形系数。可得 。
最终的主尺度和排水量如表2-6所示。
 
表2-6  主尺度和排水量的第二次近似值
 (m)
 (m)
 (m)
 (m)
 
 (t)
 
116.8 20.1 8.8 5.37 0.85 10613.9
 
 
2.5 新船所需舱容
新船货舱横剖面草图以及初步分舱图如图2-1及图2-2所示。
 
图2-1  新船货舱横剖面草图
 
 
 
图2-2  初步分舱划分图
 
1)货舱所需容积
货舱所需的容积 可按下式计算[2]:
                       (2-17)
式中: —载货量(t), 减去除货物以外的重量[3], ;
 —货物的积载因素(m³/t),本船装载的货物参照母型船主要以煤炭以及重载货物铁矿石为主,此处估算选取积载因素较大的煤炭, ;      
 —容积折扣因数,选取中部货仓的 , =0.99。
计算得: 。
2)新船所能提供的货舱舱容 
通过图2-1及图2-2可以对新船所能提供舱容进行粗估。新船所能够提供的货舱容积可按公式(2-18)进行估算[3]:
                   (2-18)
式中: —分别为货舱、尾尖舱、首尖舱以及机舱的长度,其中 , , ;
 —船中处货舱横剖面积, ;
 —考虑舷弧、梁拱、舱口围板内体积以及型线首尾收缩等影响的系数,             。
计算得: 。
3)主船体所提供的容积
主船体所提供的容积用式(2-19)估算:
                                                 (2-19)
式中: ,这里 ,得 ;
 , 取首尾舷弧的1/6,首舷弧 ,尾舷弧 , , 取 ,得 。
计算可得: 。
4)全船所需容积
(1)压载水舱容积
压载水舱容积可以用下式来进行初步计算:
                      (2-20)
式中: —根据船舶设计原理可以得出散货船的取值范围为0.32~0.5[2],此处计算中 =0.4。
    计算得: 
(2)机舱、油水舱及其他舱室容积
 ① 机舱容积
                    (2-21)
式中: —机舱段体积丰满度系数,本船取1;
       —机舱双层底结构高度,在此处计算中取1.0m;
       —机舱长度, 。
计算得: 。 
② 油水舱容积 
                          (2-22)
                         (2-23)
 式中: —油类、水类等储存量;
  —油水的密度(t/m³)。一般重油取0.9,轻油取0.85,淡水取1.0;
  —容积折扣系数。对于水舱可取结构折扣系数0.98,对油舱再考虑膨胀系数0.97~0.98(此处取0.98),重油舱内因需设置加热管,故还要占去0.03左右的容积,实船设计中该系数的取值还应注意与轮机部分的设计相协调[2]。
 计算得:
 。
③ 其他舱室的容积 
主船体的其他舱室还有艏尖舱、尾尖舱、隔离空舱、轴隧室等,这些舱室的容积约占总容积的2%~5%[2],实取3%。
计算得: 。
(5)新船双层底舱能提供的容积按下式估算
            (2-24)
式中: —双层底高度,本文取1m。
计算得: 。
综上所述,全船所需舱容积汇总如表2-7所示。
 
表2-7  全船所需舱容积
舱名 容积(m3)
货舱 8399.05
机舱 1427.7
压载水舱 3000
油水舱 405.7
其他舱室 531
13763.45
 
所得容积的汇总为 ,小于主船体所能提供的容积 ,满足要求。
 
 
2.6 航速校核
根据经验公式可估算出设计船的可达航速[4],公式如下:
             (2-25)
由此可得 ,大于12kn,满足要求。
 
 
2.7 重心高度估算  
重心的x轴坐标与y轴坐标分别用 与 来进行表示,一般 为0是因为通常船左右弦重量的分布式是对称的。船重心的纵向坐标 和垂向坐标 的计算值构成了船舶的重心的估算值[3]。
1)船体钢料重心高度 
船体钢料的重心高度与型深呈正比或者相当型深,即:
                          (2-26)
式中:— 型深;
 —由于母型船相关资料的不齐全,所以可以用统计公式(2-27)来进行计算[3]:
        (2-27)
其中 ,这里 ,计算得 。
计算得: , 。
2)舾装重心高度 
因为本船为江海直达船,因此 需按货船估算重心高度方法来估算,其公式如下[2]:
                      (2-28)
式中系数在这里可取值为1.03,计算得出: 。
3)机电设备重心高度 
在初步方案设计时,本船的机电设备重心高度一般可取为 [3],故可得出 。
4)空船重心高度
空船重心高度可按公式(2-29)进行估算[3]:
               (2-29)
计算得: 。
 
3  型线设计
 
本节设计中,型线设计部分采用“ ”的方法,使新船的型线与母型船的船体型线较为接近,从而获得优秀的船体型线。
 
 
3.1 母型船横剖面面积曲线
母型船横剖线图如图3-1所示。
 
 
图3-1  母型船横剖线图
 
由横剖线图可得母型船在设计水线下各站横剖面面积,处理后可得无因化坐标,如表3-1所示。
 
 
 
 
 
表3-1  母型船各站横剖面面积和无因化坐标
站号 横剖面面积 无因次化横坐标 无因次化纵坐标
0 1317.09 -1 0.04 
1 8208.0198 -0.9 0.26 
2 16828.155 -0.8 0.54 
3 25714.4078 -0.7 0.82 
4 29656.7636 -0.6 0.95 
5 31009.782 -0.5 0.99 
6 31328.1589 -0.4 1.00 
7 31328.1589 -0.3 1.00 
8 31328.1589 -0.2 1.00 
9 31328.1589 -0.1 1.00 
10 31328.1589 0 1.00 
11 31328.1589 0.1 1.00 
12 31328.1589 0.2 1.00 
13 31328.1589 0.3 1.00 
14 31328.1589 0.4 1.00 
15 31328.1589 0.5 1.00 
16 31018.0038 0.6 0.99 
17 29424.689 0.7 0.94 
18 24411.3894 0.8 0.78 
19 15555.132 0.9 0.50 
20 3649.9156 1 0.12 
 
依据上表绘制母型船横剖面面积无因化曲线,如图3-2所示。
 
 
图 3-2  母型船横剖面面积无因次化曲线图
3.2 设计船横剖面面积曲线
1)母型船棱形系数和浮心位置
利用CAD查询命令,由母型船横剖面面积曲线查得其前体棱形系数 =0.8798,后体棱形系数 =0.8098,棱形系数 =0.8448,浮心纵向位置 。
由此可得,中横剖面系数 ,所以设计船 。
2)“ ”法设计新船横剖面面积曲线
母型船横剖面面积曲线各站移动距离 的表达式如下:
                            (3-1)
                           (3-2)
式中: —设计船前体棱形系数, ;
 —设计船后体棱形系数, ;
 , 。
由式(3-1)、式(3-2)计算得新船横剖面积曲线各站的偏移量,如表3-2所示。
 
表3-2  “ ”法各站偏移量
站号  
 
变化后的值
0 -1 0.0000 -1.0000
1 -0.9 -0.0011 -0.9011
2 -0.8 -0.0022 -0.8022
3 -0.7 -0.0033 -0.7033
4 -0.6 -0.0044 -0.6044
5 -0.5 -0.0055 -0.5055
6 -0.4 -0.0066 -0.4066
7 -0.3 -0.0077 -0.3077
8 -0.2 -0.0088 -0.2088
9 -0.1 -0.0099 -0.1099
10 0 -0.0110 -0.0110
                                              续表3-2
站号  
 
变化后的值
11 0.1 0.0928 0.1928
12 0.2 0.0825 0.2825
13 0.3 0.0722 0.3722
14 0.4 0.0619 0.4619
15 0.5 0.0516 0.5516
16 0.6 0.0413 0.6413
17 0.7 0.0309 0.7309
18 0.8 0.0206 0.8206
19 0.9 0.0103 0.9103
20 1 0.0000 1.0000
 
根据以上数据,可画出新船无因次化横剖面积曲线图,如图3-3所示。
 
 
图3-3  新船横剖面积曲线图
 
用CAD查询命令,新船 和 在使用“ ”法后, =0.8521, 1.92% 。误差校核如下: ,满足要求。  ,不满足要求,需用迁移法调整。
3.3 迁移法变换
横剖面面积形变量[6]:
                                                         (3-3)
式中: —系数, ,  为新船所要的形心位置, 和 分别为“ ”法修改后的新船形心位置和竖坐标;
      —各站下曲线的竖坐标,则迁移法调整后的数据如表3-3所示。
 
表3-3  迁移法变换后的变化值
站号  
 
 
 
 
0 -10 0.0000 0.0000 -10.0000
1 -9 -0.0011 -0.0001 -9.0012
2 -8 -0.0022 -0.0003 -8.0025
3 -7 -0.0033 -0.0004 -7.0037
4 -6 -0.0044 -0.0005 -6.0049
5 -5 -0.0055 -0.0005 -5.0060
6 -4 -0.0066 -0.0005 -4.0071
7 -3 -0.0077 -0.0005 -3.0082
8 -2 -0.0088 -0.0005 -2.0093
9 -1 -0.0099 -0.0005 -1.0104
10 0 -0.0110 -0.0005 -0.0115
11 1 0.0928 -0.0005 1.0923
12 2 0.0825 -0.0005 2.0820
13 3 0.0722 -0.0005 3.0717
14 4 0.0619 -0.0005 4.0614
15 5 0.0516 -0.0005 5.0511
16 6 0.0413 -0.0005 6.0408
17 7 0.0309 -0.0005 7.0305
18 8 0.0206 -0.0004 8.0202
19 9 0.0103 -0.0002 9.0101
20 10 0.0000 -0.0001 9.9999
 
根据以上数据,绘制“迁移法”变换后的横剖面面积曲线,如图3-4所示。
 
 
图3-4  “迁移法”变换后的横剖面面积曲线
 
 ,不符合要求,需要再次进行迁移, , ,迁移量如表3-4所示。
 
表3-4  第二次迁移法无因次化偏移量
站号  
 
 
 
 
 
0 -10 0.0000 0.0000 0.0000 -10.00003952
1 -9 -0.0011 -0.0001 -0.0001 -9.001350381
2 -8 -0.0022 -0.0003 -0.0002 -8.002713127
3 -7 -0.0033 -0.0004 -0.0004 -7.004083859
4 -6 -0.0044 -0.0005 -0.0004 -6.005306249
5 -5 -0.0055 -0.0005 -0.0004 -5.006450947
6 -4 -0.0066 -0.0005 -0.0004 -4.007564601
7 -3 -0.0077 -0.0005 -0.0004 -3.008668702
8 -2 -0.0088 -0.0005 -0.0004 -2.009772803
9 -1 -0.0099 -0.0005 -0.0004 -1.010876904
10 0 -0.0110 -0.0005 -0.0004 -0.011981005
11 1 0.0928 -0.0005 -0.0004 1.091905263
12 2 0.0825 -0.0005 -0.0004 2.081589123
13 3 0.0722 -0.0005 -0.0004 3.071272983
14 4 0.0619 -0.0005 -0.0004 4.060956843
续表3-4
站号  
 
 
 
 
 
15 5 0.0516 -0.0005 -0.0004 5.050640704
16 6 0.0413 -0.0005 -0.0004 6.04033387
17 7 0.0309 -0.0005 -0.0004 7.030065537
18 8 0.0206 -0.0004 -0.0003 8.019899821
19 9 0.0103 -0.0002 -0.0002 9.009849411
20 10 0.0000 -0.0001 -0.0001 9.999890485
 
 
 
图3-5  “迁移法”变换后的横剖面面积曲线
 
 ,依然不符合要求,需要再次进行迁移, , 。迁移量如表3-5所示。
根据以上数据,绘制“迁移法”变换后的横剖面面积曲线,如图3-5所示。
 
表3-5  第三次迁移法无因次化偏移量
站号  
 
 
 
 
 
0 -10 0 -0.0001 0.00006 0.0000 -10.0000
1 -9 -0.0033 -0.0008 0.00036 -0.0001 -9.0038
2 -8 -0.0065 -0.0015 0.00071 -0.0002 -8.0075
3 -7 -0.0098 -0.0023 0.00109 -0.0004 -7.0113
4 -6 -0.013 -0.0027 0.00126 -0.0004 -6.0148
5 -5 -0.0163 -0.0028 0.00132 -0.0004 -5.0182
6 -4 -0.0196 -0.0028 0.00133 -0.0004 -4.0215
续表3-5
站号  
 
 
 
 
 
 
7 -3 -0.0228 -0.0028 0.00133 -0.0004 -3.0247
8 -2 -0.0261 -0.0028 0.00133 -0.0004 -2.0280
9 -1 -0.0293 -0.0028 0.00133 -0.0004 -1.0312
10 0 0.0882 -0.0028 0.00133 -0.0004 0.0862
11 1 0.0794 -0.0028 0.00133 -0.0004 1.0774
12 2 0.0705 -0.0028 0.00133 -0.0004 2.0685
13 3 0.0617 -0.0028 0.00133 -0.0004 3.0597
14 4 0.0529 -0.0028 0.00133 -0.0004 4.0509
15 5 0.0441 -0.0028 0.00133 -0.0004 5.0421
16 6 0.0353 -0.0028 0.00133 -0.0004 6.0333
17 7 0.0265 -0.0026 0.00125 -0.0004 7.0247
18 8 0.0176 -0.0022 0.00104 -0.0003 8.0160
19 9 0.0088 -0.0014 0.00066 -0.0002 9.0078
20 10 0 -0.0003 0.00016 -0.0001 9.9998
 
 
 
图3-6  “迁移法”变换后的横剖面面积曲线
 
校核误差如下:
 ,满足要求。  ,满足要求。 , 根据以上数据,绘制“迁移法”变换后的横剖面面积曲线,如图3-6所示。
 
 
3.4 设计船型线图的绘制
    1)绘制辅助水线半宽图
   (1) 根据设计船主尺度绘制格子线
   (2) 绘制纵剖线图的首尾轮廓线
   (3) 绘制水线图上的辅助站位置
根据得到的无因次辅助站位置求得辅助站实际位置,得表3-6。
 
表3-6  设计船型线图
站号 bl 250wl 500wl 1000wl 2000wl 3000wl 4000wl 4500wl 5000wl 6000wl 辅助站位置
0 2.030 3.500 4.234 5.142 -58.4003 
1 3.573/3.851 3.271/4.176 3.155/4.232 4.083 4.900 5.311 5.640 6.245 -52.5825 
2 3.359/4.176 3.030/4.492 2.680/4.863 5.327 5.835 6.380 6.621 6.830 7.173 -46.7640 
3 3.378 2.701/5.429 2.339/5.763 6.134 6.635 7.053 7.387 7.503 7.600 7.758 -40.9464 
4 2.905 8.352/6.691 7.039 7.395 7.760 7.929 8.027 8.068 8.086 8.120 -35.1268 
5 6.774 7.422 7.661 7.953 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 -29.3064 
6 7.192 7.805 7.996 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 -23.4856 
7 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 -17.6643 
8 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 -11.8436 
9 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 -6.0223 
10 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 0.5039 
11 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 6.2925 
12 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 12.0806 
13 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 17.8692 
14 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 23.6578 
15 7.053 7.860 8.055 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 29.4464 
 
 
续表3-6
站号 250wl 500wl 1000wl 2000wl 3000wl 4000wl 4500wl 5000wl 6000wl 辅助站位置
16 7.401 7.740 7.953 8.113 8.120 8.120 8.120 8.120 8.120 35.2350 
17 6.635 7.053 7.503 7.828 7.828 7.749 7.725 7.702 7.702 41.0245 
18 5.081 5.661 6.264 6.682 6.589 6.403 6.323 6.255 6.255 46.8140 
19 2.830 3.410 3.981 4.496 4.362 3.935 3.744 3.564 3.564 52.6058 
20 0.974 1.522 1.383 0.594 0.316 0.139 58.3989 
 
(4) 绘制辅助站的水线半宽图  
2)绘制横剖线图
在横剖面上画出设计船水线, ,其中 和 分别为设计船和母型船的设计吃水,而 为设计船与母型船水线 相对应的水线,数据如表3-7所示。
 
表3-7  理论水线与辅助水线相对应的数值
项目 数值
理论水线 0.0 250.0 500.0 1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 4500.0 5000.0 6000.0 
辅助水线 0.0 236.7 473.3 946.7 1893.3 2840.0 3786.7 4260.0 4733.3 5680.0 
 
量取水线图上理论站上各水线的半宽值得到表3-7,绘制到横剖面图的对应水线上,从而得到设计船的横剖线图。
 
 
 
 
 
 
表3-8  设计船理论站的半宽值
站号 BL 250WL 500WL 1000WL 2000WL 3000WL 4000WL 4500WL 5000WL 6000WL
0 2.039 3.505 4.238 5.145
1 3.534/3.958 3.262/4.262 3.143/4.334 4.258 5.087 5.456 5.764 6.342
2 3.26/4.316 2.890/4.643 2.497/5.042 5.556 6.099 6.588 6.811 7.002 7.306
3 3.306/4.467 2.333/5.833 2.089/6.262 6.535 7.002 7.346 7.616 7.703 7.772 7.888
4 2.614/6.246 7.005 7.28 7.669 7.969 8.061 8.105 8.12 8.12 8.12
5 7.024 7.631 7.848 8.057 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
6 7.054 7.86 8.047 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
7 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
8 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
9 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
10 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
11 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
12 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
13 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
14 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
15 7.054 7.86 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
16 6.976 7.767 8.055 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12 8.12
17 6.112 7.082 7.461 8.004 8.043 8.055 8.022 8.022 8.004 8.004
18 4.086 5.676 6.207 6.771 7.163 7.098 6.959 6.959 6.855 6.855
19 1.159 3.193 3.783 4.388 4.89 4.757 4.377 4.204 4.039 4.02
20 0.947 1.494 1.356 0.564 0.282 0.108 0
 
根据横剖线图可计算设计船的 与 ,如下表3-9所示。
 
 
 
 
 
 
 
表3-9  新船的 与 计算表
理论站号 横剖面面积 面积
成对和 间距 
体积V=0.5×C×D 力臂
系数 面积矩S=4.7355×B×F 面积矩
成对和 体积矩M=0.5×H×D
0 1.30 -10 -61.56
1 19.26 20.56 4.7355 48.32 -9 -820.85 -882.41 -2073.67 
2 39.79 59.05 4.7355 138.77 -8 -1507.40 -2328.26 -5471.40 
3 56.70 96.49 4.7355 226.75 -7 -1879.52 -3386.92 -7959.27 
4 65.82 122.52 4.7355 287.92 -6 -1870.14 -3749.66 -8811.71 
5 68.46 134.28 4.7355 315.56 -5 -1620.96 -3491.10 -8204.09 
6 68.88 137.34 4.7355 322.75 -4 -1304.72 -2925.68 -6875.35 
7 68.88 137.76 4.7355 323.74 -3 -978.54 -2283.27 -5365.68 
8 68.88 137.76 4.7355 323.74 -2 -652.36 -1630.91 -3832.63 
9 68.88 137.76 4.7355 323.74 -1 -326.18 -978.54 -2299.58 
10 68.88 137.76 4.7355 323.74 0 0.00 -326.18 -766.53 
11 68.88 137.76 4.7355 323.74 1 326.18 326.18 766.53 
12 68.88 137.76 4.7355 323.74 2 652.36 978.54 2299.58 
13 68.88 137.76 4.7355 323.74 3 978.54 1630.91 3832.63 
14 68.88 137.76 4.7355 323.74 4 1304.72 2283.27 5365.68 
15 68.88 137.76 4.7355 323.74 5 1630.91 2935.63 6898.73 
16 67.62 136.50 4.7355 320.78 6 1921.29 3552.19 8347.65 
17 66.92 134.54 4.7355 316.17 7 2218.30 4139.58 9728.02 
18 57.00 123.92 4.7355 291.21 8 2159.39 4377.69 10287.56 
19 37.56 94.56 4.7355 222.22 9 1600.79 3760.1 8836.41 
 
续表3-9
理论站号 横剖面面积 面积
成对和 间距 
体积V=0.5×C×D 力臂
系数 面积矩S=4.7355×B×F 面积矩
成对和 体积矩M=0.5×H×D
20 8.20 45.76 4.7355 107.54 10 388.31 1989.10 4674.38 
求和 5511.60 9377.28 
 
根据表3-9的计算,可以得到新船的相关要素:
排水体积 ;
浮心位置 ;
方形系 ;
船中剖面系数 ;
棱形系数 。
以上数据均在允许的误差范围内,满足设计要求。
3)绘制纵剖线图
新船型线图如图3-7,大图见附录A:7500DWT江海直达船型线图。
 
 
 
图3-6  7500DWT江海直达船船型线图
 
4  静水力计算
 
    据型值表数据,在船长方向进行水线面的数据计算。由于本次设计船的是双机双桨船,因此在设计中,规范段采用梯形法,不规范段采用近似法计算,首尾修正的选择也不相同,需列表计算。
邦戎曲线计算中,将横剖面分成基线至最高等分水线(6000WL)、最高等分水线至甲板边线和甲板边线至梁拱的三部分。
 
 
4.1 静水力计算
静水力计算结果如表4-1、表4-2和表4-3所示。
 
表4-1  静水力计算结果(1)
水线号 水线面积 漂心纵向坐标 排水体积 排水量 浮心纵向坐标
BL 946.986 4.859 0.000 0.000 0.000 
250WL 1151.778 4.015 262.345 268.904 4.437 
500WL 1215.163 3.779 558.213 572.168 4.151 
1000WL 1271.252 3.329 1179.817 1209.312 3.836 
2000WL 1326.143 2.320 2478.514 2540.477 3.306 
3000WL 1347.445 1.319 3815.308 3910.691 2.785 
4000WL 1396.140 0.369 5187.101 5316.778 2.272 
5000WL 1420.552 -0.573 6596.178 6761.083 1.752 
6000WL 1442.397 -0.969 8022.282 8222.839 1.304 
 
表4-2  静水力计算结果(2)
水线号 浮心垂向坐标 TPC 横稳心半径 纵稳心半径 每厘米纵倾力矩
BL 0.000 9.707 0.000 0.000 0.000 
250WL 0.125 11.806 79.488 1647.751 46.798 
500WL 0.191 12.455 41.530 824.421 49.821 
1000WL 0.486 13.030 21.315 504.052 64.381 
2000WL 1.017 13.593 10.695 282.206 75.722 
3000WL 1.537 13.811 7.127 205.241 84.773 
4000WL 2.056 14.310 5.303 151.498 85.074 
5000WL 2.578 14.561 4.219 119.503 85.337 
6000WL 3.098 14.785 3.523 99.755 86.636 
 
表4-3  静水力计算结果(3)
水线号 水线面系数 舯横剖面系数 方形系数 纵向棱形系数 垂向棱形系数
BL 0.616
250WL 0.749 0.920 0.682 0.742 0.911 
500WL 0.790 0.953 0.726 0.762 0.919 
1000WL 0.827 0.976 0.767 0.786 0.928 
2000WL 0.862 0.988 0.806 0.816 0.934 
3000WL 0.876 0.992 0.827 0.834 0.944 
4000WL 0.908 0.994 0.843 0.848 0.929 
5000WL 0.924 0.995 0.858 0.862 0.929 
6000WL 0.938 0.913 0.870 0.953 0.927 
 
 
4.2 绘制静水力曲线图和邦戎曲线图
静水力曲线图包括8条浮性曲线、3条稳性曲线和4条船型系数曲线[4]。邦戎曲线图用于计算船舶纵倾状态下排水体积以及浮心位置[6]。
1)静水力曲线图的绘制
取合适横坐标与纵坐标,绘制曲线图网格线。后据前面计算的excel表格数据,运用cad软件,进行绘制,最后进行标注。
静水力曲线图如图4-1所示,大图见附录B:7500DWT江海直达船静水力曲线图。
 
 
图4-1  4000DWT江海直达船静水力曲线图
 
2)邦戎曲线图的绘制
邦戎曲线图反应横剖面面积与其对基平面静矩随吃水的变化情况[4]。新船邦戎曲线图如图4-2所示,大图请见附录C:7500DWT江海直达船邦戎曲线图。 
 
图4-2  7500DWT江海直达船邦戎曲线图
 
 
 
4.3 干舷校核
干舷计算公式如下[2]:  
                  (4-1)
1)按上式所得的 时,取 ;
2)基本干舷 
由船舶设计原理[2]得 ;
3)船长 >100m的 型船舶的干舷的修正值 =0;
4)方型系数对干舷的修正值 
因为 ≥0.68,所以 由式(4-2)计算:
                   (4-2)
可得: 。
5)型深对干舷的修正值 
因为 ,所以 由式(4-3)计算:
 
                       (4-3)
式中: —当L小于120m时, 。
可得: 。
6)上层建筑和凸形甲板对干舷的修正值 
 由式(4-4)计算:
                           (4-4)
式中: , 取凸形甲板有效长度为0.3 时的系数。
可得: 。
7)舷弧对干舷的修正值 ;由于资料不足,无法确定,此处略去不算。
所以最小干舷为: 。
由于 ,符合要求,为富裕干舷船。
 
 
5  总布置设计
 
本章依据上述计算和母型船总布置图,对新船的总布置进行初步设计,并绘制总布置图[7]。总布置包括对新船的船舶主体部分和上层建筑进行划分,设计水线以上船体的外形以及布置舱室和设备等工作。
 
 
5.1 区划总体布局
1)水密舱壁的设置
确定横舱壁的位置需要先确定肋骨间距,肋骨标准间距参考下式选取[2]:
                         (5-1)
式中, ,计算中船长L取夏季载重水线,由首柱前缘量到舵柱后缘的长度;但均不得小于设计夏季载重线总长的96%,且不必大于97%[8]。故在本章后续计算中取 =117.14m 。
计算得, 。据此,本船全船肋骨间距设为:#40~#140为700mm,其余肋位上间距为600mm。
根据海船应设置的水密舱壁数的相关规定[5],本船在主甲板以下设9道水密横舱壁,分别位于#6、#13、#35、#38、#92、#95、#149、#152、#158肋位。
2)机舱部位与长度
本船属于尾机型船,参考母型船选取机舱位置,机舱长度可得: 。
3)甲板与平台
本船甲板与平台设计参照母型船布置形式[9],尾楼甲板处设置单人间、双人间、厕所、浴室、CO2间、娱乐室等;居住甲板室内设单人船员室、船长室、厕所、浴室等;驾驶甲板室内设有报务室、海图室、驾驶室、厕所等;罗经甲板设一只磁罗径,一根信号灯桅[10]。
甲板层高的选取参照母型船,取主甲板至尾楼甲板2.91m、尾楼甲板至居住甲板2.48m、居住甲板至驾驶甲板的层高均为2.48m。驾驶甲板至罗经甲板的层高取2.48m。
4)双层底高度
双层底高度: 。
5)各舱具体划分
各舱室的具体划分见总布置图。
 
 
 
5.2 总布置图绘制
总布置图按照规范的要求进行绘制,绘制结果如图5-1所示。详细大图见附录D:7500DWT江海直达船总布置图。
 
 
图5-1  7500DWT江海直达船总布置图
 
 
5.3 舱容校核
为确保总布置的可行性和正确性,在表2-7对舱容粗估的基础上再次对新船舱容进行校核。本次校核以已绘制的7500DWT总布置图以及图2-1新船典型横剖面草图为依据,通过CAD的面域查询进行估算。
1)新船所能提供的货舱舱容 
通过CAD的查看面域选项,可知所能提供的横剖面的面积大小为117.9m2,所以 。新船所需货舱容积 ,所以货舱容积满足要求。
2)新船所能提供的压载水容积 
压载水分别放在货舱的顶边舱、首尖舱以及首尾划分的压载水舱内。顶边舱内的压载水可通过CAD的面域查询功能获得,首尖舱内型线变化剧烈,所以无法较具体的估算压载水量,故只粗略估算,则:
 。所以压载水舱容积满足要求。
3)新船所提供的机舱容积 
机舱位于#13~#35肋位之间,并需扣除滑油舱容积,则:
     ,所以机舱容积满足要求。
4)新船所提供的油水舱容积 
油水舱包括淡水舱、燃油舱、滑油舱、污油水舱、轻油舱,这些舱室均较小,可以将其看作是规则的形状,则:
 ;
 ;;
 ;
 ,油水舱容积满足要求。
新船容积和重心位置估算表如表5-1所示。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表5-1  新船容积和重心位置估算 
舱      名 容积(m3) 重心位置(m)
距基线 距船舯
压载水舱 571.2 4.77 -51.78
滑油舱 17.6 0.47 -35.75
下方炉水舱 144 2.5 -33.29
上方燃油舱 246.24 6.53 -33.29
应急消防泵仓 240.52 5.03 5.78
第一货舱 4304.64 5.03 -13.6
第二货舱 4304.64 5.03 25.16
第一压载水舱 846.72 7.61 -13.6
第二压载水舱 768.32 7.61 -25.16
淡水舱 78.4 7.61 10.2
空舱 240.52 5.03 44.54
压载水舱 393.98 5.03 47.6
艏尖舱兼压载水舱 541.18 3.08 54.4
机舱 1788.16 5.03 -41.48
 
 
 
5.4 稳性校核
1)重量及重心估算
估算结果汇总如表5-2与表5-3所示。
 
表5-2  压载重量重心计算
项目 (t) (m) (t) (m)  
人员及行李 3.12 9.8 30.576 3.12 9.8 30.576
食品 0.12 9.8 1.176 1.2 9.8 11.76
淡水 5.42 5.76 31.2192 54.2 7.2 390.24
燃油 17.8 2.78 49.484 177.5 6.2 1100.5
滑油 0.7 0.05 0.035 7.1 0.5 3.55
炉水 12.5 1.14 14.25 125 2.4 300
备品供应品 25 8.8 220 25 8.8 220
空船 3116.6 5.24 16330.984 3116.6 5.24 16330.984
压载水 3000 7.2 21600 3000 7.2 21600
货物 0 0 0 0 0 0
总计 6181.26 4.83 29855.4858 6509.72 4.26 27731.407
 
注: 为压载到港排水量, 为压载到港重心高, 为压载到港静矩
     为压载出港排水量, 为压载出港重心高, 为压载出港静矩
 
表5-3  满载重量重心计算
项目 (t)
 (m)
 
 (t)
 (m)
 
 
人员及行李 3.12 9.8 30.576 3.12 9.8 30.576
食品 0.12 9.8 1.176 1.2 9.8 11.76
淡水 5.42 5.76 31.2192 54.2 7.2 390.24
燃油 17.8 2.78 49.484 177.5 6.2 1100.5
滑油 0.7 0.05 0.035 7.1 0.5 3.55
炉水 12.5 1.14 14.25 125 2.4 300
备品供应品 25 8.8 220 25 8.8 220
空船 3116.6 5.24 16330.984 3116.6 5.24 16330.984
压载水 0 0 0 0 0 0
货物 7106.88 4.9 34823.712 7106.88 4.9 34823.712
总计 10288.14 4.83 49691.7162 10616.6 4.26 45226.716
 
 
注: 为满载到港排水量, 为满载到港重心高, 为满载到港静矩。
     为满载出港排水量, 为满载出港重心高, 为满载出港静矩。
初稳性校核计算如下:
                                        (5-2)                  
可近似用公式(5-3)代替:
                                            (5-3)
其中:    ,  ,  
满载出港时:
 , 计算得 =0.89, 0.49, 0.056,
 
 
满足要求[11]。
横摇周期根据下述公式估算[3]:
                          (5-4)
式中 f≈1+0.07(B/d-2.5)=1.09 (B/d>2.5)
计算得 ,根据文献资料[3]满足条件。
压载到港时根据公式[3]:
吃水 ;
吃水d’时水线面系数 ;
吃水d’时方形系数 ;
 , ,  ;
  
      
 
满足要求[11]。
横摇周期根据公式(5-5):
式中 f≈1+0.07(B/d-2.5)=1.24(B/d>2.5),计算得 ≈10.81s,根据文献资料 满足条件。
 
表5-4  初稳性高计算结果
载况 吃水d(m) 方形系数CB 水线面系数CW a1 a2 初稳性高GM
压载到港 3.37 0.82 0.87 0.50 0.078 2.2
满载出港 5.37 0.85 0.89 0.49 0.056 2.32
 
 
6  典型横剖面主要构件结构设计
 
本部分依据《钢质海船入级规范(2015)》进行。本船为双底、双舷侧、单甲板纵骨架式钢制海船,且本船航区为长江中下游及沿海航区。由于本船在航运过程中需运输重货,因此在确定吃水d时,需要考虑船舶装载重货的情况,如装载铁矿石时, 取0.42,其理论吃水将远超型深,不符合要求。因此本船取淡水下的结构吃水为 ,在海水中的结构吃水为7.26m。
 
 
 
6.1 概述
 
                            表6-1  主要已知数据
项目 已知数值
船长L 117.14m
船宽B 20.1m
型深D 8.8m
结构吃水d 7.26m
方形系数Cb 0.86
船底纵骨间距 0.68m
内底纵骨间距 0.68m
横梁间距 2.04m
肋骨间距 0.7m
舷侧纵骨间距 0.68m
甲板纵骨间距 0.68m
纵骨跨距 2.72m                                               
折减系数Fb、Fd 1
 
6.2 典型横剖面结构设计
1)船底板
船中0.4 范围内船底板厚度不小于[11]:
  (6-1)
                          (6-2)
式中: —纵骨间距;
     计算时取不大于0.2d。
当 时, 。
计算得: =10.15mm, =11.34mm,故实取 =14mm。
2)平板龙骨
平板龙骨宽度b不小于下式值:
  (6-3)
计算得: =1310mm,实取 =1400mm,厚度不小于船底板厚度加2mm,故 =16mm。
3)舭列板
舭列板为纵骨架式,不小于外底板厚度[5],故 =14mm。
4)舷侧外板
(1)基线1/2D以上舷侧厚度不小于下式值(纵骨架式)[11]:
        (6-4)    
                                       (6-5)   
式中: ,取值不大于0.36d,计算得: =9.26 , 7.72 ,且参照母型船,则 14 。
(2)基线0.5D为中点的1/2D的范围内的舷侧厚度t不小于下式计算值(横骨架式)[11]:
      (6-6)
          (6-7)
计算得: 9.26mm, 11.01mm,实取 14mm。
(3)距基线1/4D以下的舷侧厚度t不小于下式计算值[11]:
 
 
  ,其中S为舷侧舯横间距[8], 。
计算得: 10.02mm, 12.76mm,实取 14mm。
5)舷顶列板
列板宽度不小于下式值:
  (6-8)
计算得: 1385.7mm,实取 1400mm。
舷侧为纵骨架式,不小于下式值:
  (6-9)
        (6-10)
计算得: 9.26mm, 8.48mm,舷顶列板的厚度不小于舷侧外板,实取 14mm。
6)舭肘板
舭肘板的厚度要求按下式增大15%:
  (6-11)
计算得: 8.7mm,实取 14mm。
7)内壳板
 
 
 
s—扶强材间距;
h—由内壳板板列下缘量至压载水舱仓顶的垂直距离[5]。
 由上式可得: , , ,由此参照母型船取 14mm, 14mm, 12mm。
8)强力甲板
船中0.4L区域内甲板厚度不小于下式计算值:
  (6-12)
      (6-13)
式中: —甲板纵骨间距。
计算得: 9.26mm, 8.48mm,实取 12mm。
9)甲板边板
船中0.4L区域内强力甲板宽度不小于下式值:
  (6-14)
计算得: 1296.55mm,实取 1400mm,厚度不小于强力甲板厚度,实取 。
10)舱口围板
依据母型船选取, 13mm。
11)船底肋板
货舱区实肋板厚度不小于下式值,但不大于15mm[5]。
  (6-15)
计算得: 9.57mm,实取 10mm。
12)水密肋板
水密肋板厚度较实肋板厚度增加2mm但不必大于15mm,实取 12mm。
13)船底桁材
(1)箱型中桁材
侧板厚度不小于水密肋板的厚度,实取 12mm,内底实取 13mm,外底实取 15mm,其内部的梯形材与母型船一致 。
(2)旁桁材
 旁桁材厚度可以比水密肋板少3mm,实取 9mm;水密旁桁材厚度应比旁桁材厚度增加2mm,实取 11mm。
14)外底纵骨
船底纵骨剖面模数不小于下式值: 
                            (6-16)
式中: —纵骨间距;
    —系数,由中间垂直撑柱取为0.52[5];
 — 0.26C,C与(6-2)中取值相同,取0.2d;
 —纵骨跨距。
经计算选用20a球扁钢,剖面模数 270.5 。
15)内底板
内底板厚度不小于下式计算值:
                                (6-17)
        (6-18)
式中: —纵骨间距;
 —装载率, ,其值应不大于0.833,这里考虑重载的情况取0.42;
H—在船中舷侧处,从内底板量至甲板的垂直距离。
计算得: 14.93mm,实取 16mm。
16) 内底纵骨
内底纵骨剖面模数为船底纵骨剖面模数的85%[13]:
  (6-19)
内底纵骨采用20a球扁钢,剖面模数为 230 。
17)平台纵骨
平台纵骨不小于内底纵骨的剖面模数,且还不小于下式计算值:
  (6-20)
计算得:选用20a球扁钢, 230 。
18)肋骨设计
肋骨剖面模数不小于:
                           (6-21)
式中,取 , 为肋骨跨距,  按照下式进行计算:
                           (6-22)
计算得, 。所以选用20b球扁钢。
2)强肋骨
强肋骨剖面模数由下式可得:
                           (6-23)
 —强肋骨间距,参照母型船可得 ;
 —强肋骨跨距中点至甲板边线的垂直距离,参照母型船, ;
 —强肋骨跨距;
 —无水平撑材时 ;有一根水平撑材时, ;有两根时, ;
计算得   ,14a球扁钢。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
19)强横梁
强横梁剖面模数不小于计算值:
  (6-24)
式中: —强横梁间距,本文取 ;
     —计算压头, ;
     —强横梁跨距,取舷侧与甲板纵桁(纵舱壁)或甲板纵桁(纵舱壁)之间的距离,本设计剖面取为船中0.4L区域货舱大开口,则强横梁跨距取为舷侧与货舱区顶边舱之间的距离[13], ;
单甲板船的强横梁剖面模数比(6-24)增加15%,即 。
20)强横梁 型材设计
(1)带板的有效面积不小于下式计算值:
(6-25)
式中: —系数, ;
     —主要构件的支撑面积,这里指强横梁所支撑减半平均宽度,即强横梁间距, ;
 —带板的平均厚度, 8mm;
计算得: 。
(2)强横梁腹板高度
  (6-26)
式中: —强横梁要求的剖面模数, 156.8 ;
 —腹板厚度,取与母型船一致,故 0.8 ;
计算得: ,实取 。
(3)强横梁面板设计
面板横剖面面积由下式确定:
        (6-27)
式中: — 0.216;
 —带板面积;
计算得: ,取面板厚度为12mm,则面板宽度 4.15cm,故货舱区强横梁选取 。
21)甲板纵骨
其剖面模数不小于:
                              (6-28)
                   (6-29)
式中, 、 、 分别取10.5、0、0。 根据下式计算结果取值,这里取1.6。
                          (6-30)
计算结果为84.5mm,本文取甲板纵骨为14a球扁钢。
22)在旁桁材处应设置垂直的加强筋,加强筋厚度与肋板一致,取 10mm。
 
 
6.3 强度校核
根据要求,船中最小剖面模数和惯性矩不小于(6-31)和(6-32)计算值[13]:
  (6-31)
式中: —系数, ;
计算得: 3538434.41 。
    船中剖面对水平中和轴惯性矩不小于下式值:
  (6-32)
计算得: 1243476621.6 。
    本船中横剖面结构强度计算表如表6-1所示。
 
表6-1 中横剖面结构强度计算表
构件名称 尺寸
 
面积
  
距参考轴 
静矩
   
惯性矩
   
自身惯性矩
  
 
强力甲板 2500×12 300 8.97 2691 24138.27 0
甲板边板 1400×12 168 8.85 1062 9398.7 0
甲板纵骨 5×14a 70.4 8.92 627.968 5601.47456 0.137
舷顶列板 1400×14 196 9.5 1092.5 10378.75 12.8
舭列板 3400×14 476 0.8 380.8 304.64 458.5
舱口围板 2000×13 280 10.12 2833.6 28676.032 93.3
舷侧外板1 1600×14 224 7.4 1657.6 12266.24 61.44
舷侧外板2 1600×14 224 4.75 1064 5054 54.6
 
续表6-1
构件名称 尺寸
(mm) 面积
(cm2)   距参考轴
(m) 静矩
(cm2m)   惯性矩
(cm2m2) 自身惯性矩
(cm2m2)
舷侧外板3 3000×14 420 2.25 945 2126.25 315
舷侧纵骨1 20a 27.36 6.24 170.7264 1065.332736 0.11
舷侧纵骨2 20a 27.36 6.88 188.2368 1295.069184 0.11
舷侧纵骨3 20a 27.36 7.52 205.7472 1547.218944 0.11
舷侧纵骨4 20a 27.36 8.16 223.2576 1821.782016 0.11
舷侧纵骨5 20a 27.36 6.24 170.7264 1065.332736 0.11
舷侧纵骨6 20a 27.36 6.88 188.2368 1295.069184 0.11
舷侧纵骨7 20a 27.36 7.52 205.7472 1547.218944 0.11
舷侧纵骨8 20a 27.36 8.16 223.2576 1821.782016 0.11
内壳板1 1600×14 224 7 1568 10976 61.4
内壳板2 4600×12 552 2.3 1269.6 2920.08 973.4
平台纵骨 20a×5 138 5.6 772.8 4327.68 0.55
舷侧平台 3500×12 882 9.7 8555.4 82987.38 428.8
平板龙骨 2000×16 320 0 0 0 0
外底板 7500×14 1050 0 0 0 0
内底板 6550×16 1048 1 1048 1048 3746.8
外底纵骨 13×20a 355.68 0.132 46.94976 6.19736832 1.43
内底纵骨 8×20a 218.88 1 218.88 218.88 0.88
中桁材 3× 
225 0.5 112.5 56.25 1.2
旁桁材 3×1000×11 330 0.5 165 82.5 27.5
8377.84 30160.02 289408.963 6293.217
 
综合表6-1的数据可以得出:
中剖面面积:     (6-33)
静力矩总和:                   (6-34)
惯性矩总和:             (6-35)
中和轴据参考距离:     (6-36)
中剖面惯性矩:             (6-37)
主甲板最顶端距中和轴距离:       (6-38)
中剖面处最小剖面模数:           (6-39)
可见: , 满足《钢质海船入级规范(2015)》要求,因此结构强度满足要求。
 
 
6.4 绘制典型横剖面结构图
货舱区#78和#80两个横剖面的典型横剖面结构图 ,大图见附录E:7500DWT散货船结构图。
 
 
总结
 
本次毕业以5000DWT江海直达船船为母型船,对7500DWT江海直达船进行了初步设计。主要内容包括:⑴依据母型船资料,采用母型船改造法进行了主尺度设计,并进行校核了航速;⑵采用迁移法设计了新船的型线,绘制了型线图;⑶进行了静水力计算,绘制了静水力曲线和邦戎曲线图;⑷依据母型船总布置图,进行了总布置设计绘制了总布置图,并舱容了校核;⑸进行了典型横剖面结构计算后校核了强度,并绘制了典型横剖面结构图。
由于本人相关专业知识的不足,相关文献资料以及母型船资料有限,在整个设计过程中还有许多不足,在进行稳性校核及横摇周期计算时,由于相关资料有限,计算存在不足;在型线设计中没有绘制相应容量图等;在总布置设计中未对设计船的浮态和自由液面进行校核。本人将在今后的学习工作中继续弥补不足。
 
致谢语
 
在本次毕业设计中,感谢孙倩老师的辛勤教导,过程中我得到了孙倩老师的悉心指导。遇到困难时耐心地解答,在循循善诱中帮助我开拓了思路,认识到了自身存在的不足,明晰了未来努力的方向。孙老师严谨的教学作风,求真务实的治学态度,为我们树立了典范,使我受益终身。孙老师的一言一行都向我们传达了做人与治学的精髓:认真与严谨。
同时,感谢毕业设计过程中帮助过我的所有人。
 
参考文献
 
[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.江海直达货船船型尺度系列 [M],北京:交通运输出版社,2009.
[2]刘寅东,谢新连.船舶设计原理[M],北京:国防工业出版社,2010.
[3]顾敏童.船舶设计原理[M],上海:上海交通大学出版社,2003.
[4]盛振邦,刘应中.船舶原理(上册)[M].上海:上海交通大学出版社,2003.
[5]盛振邦,刘应中.船舶原理(下册)[M].上海:上海交通大学出版社,2003.
[6]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册(总体分册)[M].北京:国防工业出版社,2013.
[7]中国船级社.CCS绿色船舶规范[S].北京:人民交通出版社,2012.
[8]中国船级社上海规范研究所. 船体结构疲劳强度指南[M].上海, 2007. 
[9]宣桂兰.船舶舱室设计[J].江苏船舶,2006,23(6):55~60. 
[10]刁玉峰.船舶舾装工程[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.
[11]中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京:人民交通出版社,2015.
[12]中华人民共和国海事局.船舶与海上设施法定检验技术规则[S]. 北京:人民交通出版社,2014.
[13]谢永和,吴剑国,李俊来.船舶结构设计[M].上海:上海交通大学出版社,2011.
[14]Daniele Peri. Robust Design Optimization for the Refit of a Cargo Ship using Real Seagoing Data[J].Ocean Engineering,2016,26(4): 197~199.  
[15]Ronald K. Kiss. Aspects of simplified hull forms-past,present and the future[J].Marine   
   Technology,2009,15(9): 49~52.