97m近海多用途甲板运输船方案设计开题报告

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1目的及意义

随着我国沿海不断的发展,多用途甲板运输船舶就显得更为的重要，多用途甲板运输船主要用于载运工程辅料、块状石料及无毒块状矿物质, 大型机件货物和集装箱，因此研究更优化的船型就显得尤其的重要。甲板运输船是在甲板面上装载货物（散货、件杂货、集 装箱、重大大件等）的一类运输船舶，甲板面即为货物装载区^[1]。通过叉车直接在甲板上进行货物的装卸，既方便又快捷。甲板运输船便于装卸在沿海及内河运输中得到广泛应用^[2]。

从2008年金融危机后，对船市造成巨大的冲击，经济效益严重下滑，我国船市也走向发低迷，中小型船舶企业无法运营，我国各企业纷纷面临巨大的挑战。2012年一季度，新船订造总体低迷的态势依然在持续，船舶市场形势危难，但这是船舶市场走向复苏的必经过程，当前市场呈现的特征值得探究。^[3]船市的低迷，面临危机的同时，也代表这改革的机遇，减少低附加值的船舶的制造，转而研究制造高附加值船舶便成为了新的发展之路。甲板运输船主要用于运输不可分解的、大件尺寸的整体货物，包括海工模块、大型发电设备、 化工和炼油设备、重大基建设备、卫星和军事装备 以及拖船、驳船等，属于高附加值的特种船舶。^[4]由此，甲板运输船作为高附加值船舶，便具备了很好的经济效益以及国际竞争力，研究并设计出更优化的甲板运输船的必要性就显示出来了，更优化的船型，更匹配的工艺，更适合的设备，在提升产品本身的能力的同时势必会带来更多的订单流量。

从国内发展与国际竞争两个角度来看，发展研究多用途甲板运输船都是很有必要的。同时作为新时代的大学生，创新能力在研究过程中也可以得到充分的体现以及锻炼，为我们走向新的平台打下良好的基础，为我们的工程师之路添砖加瓦，砥砺前行。

1.2国内外研究分析：

甲板运输船便于装卸在沿海及内河运输中得到广泛应用。由于甲板运输船的甲板比较宽，导致长宽比小于5或者宽深比大于2．5，不能用规范来计算总纵强度。采用直接计算法与规范法计算了系列甲板运输船的波浪 载荷，并对计算结果进行了非线性修正与比对性分析。计算结果为同类型船舶波浪载荷计算提供了依据。^[5]

结合普通甲板货船及大型滚装船的特点和船东的特设要求，对全平甲板大件货物运输船进行了开发设计。针对全平甲板货船的设计难点和重点，提出了开发过程中相关问题的解决方案。^[6]

以118m箱型甲板运输船为研究对象，通过有限元分析对该船货仓段的构件进行了横向强度评估。^[7]

考虑甲板运输船的甲板相对较宽,容易导致尺度比超出规范的限定,因此其强度分析应该特殊考虑。利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran建立舱段有限元模型,对甲板运输船的艏部舱段在总纵外载荷、外部水压力和甲板局部载荷作用下的强度进行直接计算和分析。^[8]

甲板运输船是为适应大型工业构件、车辆、形状不规则的机械化设备的海上运输而产生的新兴船型。甲板运输船的货物全部积载于甲板,重心高、受风面积大、质量大,因此甲板运输船对货物的系固方案制定和核算方法提出了更高的要求^[9]

为了更准确地校核自航甲板驳船的结构强度,采用整船有限元直接计算方法对3艘船舶进行结构强度分析,经过建模、加载、计算,表明该系列船舶结构强度足够。^[10]

根据当前运营的大型甲板运输船的特点及操纵性能,以大型甲板运输船"ADUAX"轮艉靠天津临港博迈科码头为例,论述了该类船舶进行艉靠泊作业中的操纵要领及注意事项。^[11]

如今，人类社会的快速发展带来了经济建设的繁荣和交通业的大发展，城市化不断加快的脚步使得在建和新开工的各型施工项目大量增加，项目施工船、材料运输船、客运船、检查执法船等各型船舶的数量和频次都大幅增加，由此带来许多新的问题也日渐突出. ^[12]

甲板运输船主要是指甲板上运输干、杂、散装货物的自航货船。该类船具有开敞的载货甲板、卸货方便的特点。但由于这类船型为长深比L/D和宽深比B/D较大,尤其是B/D远大于现行“规范”所适用的尺度比范围(B/D≤2.5)的扁平结构,往往船体变形较大,总纵强度校核和挠度变形必须给予足够的重视。^[13]

采用有限元计算法和蚁群算法,对罐装水泥运输船船体结构设计方案进行结构计算分析,结果显示:采用去除高应力区域结构以阻断载荷传递的方法比增强船体梁甲板结构的方法更为合理,对于改善结构局部高应力水平具有比较优势^[14]

3,000DWT甲板甲板运输海船由于甲板比较宽,导致宽深比为3.51,大于规范中规定的不大于2.5的要求,不能用规范来计算波浪载荷。本文采用直接计算与规范相接合的方法对其总纵强度进行了计算分析,计算分析方法可为同类型船舶总纵强度校核提供参考。^[15]

Ge Jiang，Dingzhong Feng，Weihang Zhu针对甲板运输船续航力以及承载情况进行了研究。^[16]

Mallam SC、 Lundh M和MacKinnon SN提出了在大型工程项目中将人为因素和工效学整合进船舶设计中的方法。^[17]

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究的基本内容

(1)任务书分析

(2)全船说明书

(3)船舶设计主要要素的确定

(4)型线设计（手绘）

(5)总布置设计（CAD绘制总布置图）

(6)完成螺旋桨初步设计和最终设计，并预报航速

(7)完成完整稳性计算

(8)舵的设计要素确定

(9) 最小干舷计算

(10) 吨位计算

(11)按规范计算主要构件尺寸，完成2个典型横剖面图（手工绘图，选作）

(12)外文阅读与翻译

a.阅读有关文献，不少于15篇。其中，不少于3篇外文文献。

b.翻译与设计任务相关的英文文献，字符不少于2－3万。

2.2任务书分析:

（1）船型及用途：本船为97m多用途甲板运输船，适航于我国近海各港口，主要用于载运工程辅料、块状石料及无毒块状矿物质, 大型机件货物和集装箱。用叉式装卸车（总重量不大于8吨，货物不超过5吨）进行装卸货物。砂和吸水率大于3%的货物不适装。装货甲板的设计载荷为8t/m²。本船设计航区为国内近海航区。本船冬季（12 月、1 月、2 月）可航行于青岛（北纬36°04'N）以北航区。

（2）傅氏数分析：傅氏数根据母型船计算=0.172<0.2,多用途甲板运输船为低速船,其阻力成分以摩擦阻力为主。设计船应该从减小湿表面积入手，型线应该更加丰满以减小吃水，从而减小湿表面积。同时应采用球鼻型艏，目的不是为了减少兴波阻力而是减少破波阻力以及舭涡阻力。

（3）主要矛盾分析：

a. 经济性分析：船舶的经济性涉及三个基本要素，即建造成本、营运开支、营运收入。第一，在满足载货量要求的情况下，力求减小其主要尺度，特别应力求缩短船长，以便减少船体钢料的消耗量，降低造价。第二，在设计中应使设计船达到设计任务书中规定航速要求的同时，力求所选择的主机功率最小,这样船舶造价也相对减少。在主机功率一定的情况下，应力求获得较高的航速，以便缩短航次的航行时间，增加年航次数，从而提高运输能力。

根据母型船资料简要分析船型对经济性的影响。而运输船舶最重要的三项技术要素为载货量Wc、装载效率Mc与航速Vks。它们对经济性的影响一般地可归结为对运输能力Qtm.单位运输投资atm和单位运输成本btm的影响。

本多用途甲板运输船采用尾机型布置，可使中部方整的船体用于设置货舱，便于装货理货。装载散装货物时易于清仓，且有利于货舱口的布置及船体空间的利用，还可以提高装载效率，这些对于提高货船的经济效益非常有利。此外，艉机型可缩短轴系长度，提高轴系效率，降低造价，且不需设轴遂而使舱容有所增加，有利于结构的连续性与工艺性。

b. 安全性分析：耐波性方面，可以选用合适的减摇装骨。目前船舶的减摇装置主要有:舭龙骨、减摇鳍、被动式减摇水舱、可控式减摇水舱以及舵减摇系统等。

双层底可以增加船体的总纵强度、横向强度和船底的局部强度，可用作油水舱装载燃油、润滑油和淡水，也可用作压载水舱以调整船舶的吃水、纵倾、横倾、稳性和提高空载时车叶和舵的效率、进而改善航行性能，如果船底板意外破损，内地板仍能防止海水进入舱内，从而提高船舶的抗沉性，它还能承受舱内货物和机械设备的负载。

本船采用双舷侧，舷侧纵舱壁对甲板大开口所造成总纵强度上的削弱作了补偿，由舷侧纵舱壁和舷侧外板围成的舷边舱可用作压载水舱，并提高船舶的抗沉性。舷边舱内装设了两层平台甲板，可增加横向强度和刚性，舷边舱内的上层平台甲板可作为人员的通道。

c.快速性及稳性分析：解决快速性的问题主要是选择台适的主尺度和主机功率，优化船体的型线，控制好螺旋桨的设计参数，必要时采用一些改善快速性的特殊技术施。在设计方案构思中，主要是抓住主尺度与快速性之间的联系进行综合分析，把握好主尺度与快速性之间的关系。当选取了适宜的主尺度以后，其他与快速性有关的船型参数(如型线设计参数)大致上根据与傅汝德数Fn或者CB的关系就可以确定。稳性方面：散装谷物船需要考虑谷物移动产生的倾侧力矩。

2.3技术方案

（1）本船为多用途甲板运输船，属于载重型船舶，所以按照载重型船舶设计思路进行设计。

（2）首先通过采集相近的母型船资料，找出排水量或航速与自己的新船接近的型船，初估排水量，然后利用经验公式，母型船资料或者基于大量相似船型得到的回归公式，对船的主要要素（船长，船宽，吃水，方形系数等）进行第一次确定。计算空船重量，调整主要尺度满足浮性方程，然后对船的性能进行估算和校核（主要包括舱容、稳性、快速性、耐波性等），通过若干次迭代，适当地调整主要要素，力求在满足基本性能的前提下，得到最经济的主要要素方案。在选择主机型号时，通过海军系数法计算出所需要的功率，然后选择额定功率比计算值稍大的主机。

（3）确定好设计船的主要要素后，进行型线设计：选择主要型线要素，进行合理地型线改造及型线图绘制，最后进行静水力计算。

（4）参照母型船总布置图，按照法规和规范对船的总布置有所设想和考虑，并绘制总布置图。根据规范对船舱的要求进行设计肋距、分舱等，绘制基本结构图和横剖面图的草图。

（5）完成舵的要素设计，螺旋桨初步设计和最终设计，并预报航速，满足任务书要求。

（6）按照（国内航行海船法定检验技术规则）的要求完成船舶完整稳性、最小干舷和吨位的计算。

3、进度安排

第1周 设计选题调研,完成开题报告与英文翻译

第2-4周 船型设计的分析、绘制设计草图、确定设计船的主要要素

第5-7周 型线设计、计算静水力计算、绘制型线图、静水力曲线与邦戎曲线图

第8-9周 总布置设计、舱容计算、纵倾调整，绘制总布置图

第10-11周 完成螺旋桨设计与航速预报；舵设计

第12-13周 完成干舷与吨位计算、典型工况的完整稳性计算与稳性衡准、结构计算与绘图（选作）

第13-15周 完成设计报告书编制与修订，准备答辩

4、参考文献

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