2020共同规范研究总结报告

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1、广船国际股份有限公司 1 2020 共同规范研究总结 报告 广船国际股份有限公司 2 共同规范研究总结报告共同规范研究总结报告 广船国际股份有限公司编制 广船国际股份有限公司 3 技术性能指标技术性能指标 3 一一 货舱区船体结构设计与优化研究货舱区船体结构设计与优化研究 4 1 结构设计依据结构设计依据 4 2 JTPJTP 规范对结构设计的影响比较分析规范对结构设计的影响比较分析 5 3 3 货舱区船体结构舯剖面设计优化货舱区船体结构舯剖面设计优化 11 4 4 中纵舱壁及横舱壁设计中纵舱壁及横舱壁设计 13 二二 货舱区船体结构有限元分析方法评估货舱区船体结构有限元分析方法评估 17 1

2、 三维有限元模型的范围三维有限元模型的范围 17 2 边界条件边界条件 21 3 3 装载工况和有限元计算工况装载工况和有限元计算工况 23 4 4 应力衡准应力衡准 28 5 5 计算结果计算结果 30 三三 船体梁极限强度及屈曲强度评估船体梁极限强度及屈曲强度评估 37 1 船体梁极限强度及评估船体梁极限强度及评估 37 2 2 屈曲强度评估屈曲强度评估 38 四四 结论结论 41 1 确定了舯剖面的结构形式和构件布置确定了舯剖面的结构形式和构件布置 41 2 研究确定纵 横舱壁结构形式和构件尺寸研究确定纵 横舱壁结构形式和构件尺寸 42 3 应用有限元分析方法计算评估船体结构屈服和屈曲强

3、度应用有限元分析方法计算评估船体结构屈服和屈曲强度 43 4 应用应用 一步法一步法 计算校核船体梁极限强度计算校核船体梁极限强度 43 5 应用初步屈曲强度计算方法校核船体屈曲强度应用初步屈曲强度计算方法校核船体屈曲强度 43 四四 疲劳评估与节点设计优化研究疲劳评估与节点设计优化研究 43 1 纵骨疲劳强度评估纵骨疲劳强度评估 名义应力法名义应力法 44 2 热点位置的疲劳强度评估热点位置的疲劳强度评估 热点应力法热点应力法 45 3 研究结论研究结论 67 五五 研究成果的应用情况研究成果的应用情况 68 1 应用前景应用前景 68 2 取得的经济效益取得的经济效益 68 广船国际股份有

4、限公司 4 技术性能指标 No技术项目技术参数指标 1船型Handy Size Tanker 总长 Loa183 20m 垂线间长 LBP176 00m 型宽 B32 20m 2 型深 D18 20m 设计吃水 Td11 00m3 结构吃水 TS13 00m 设计载重量42 500T4 结构吃水载重量50 500T 5货舱容积 VC58 300m3 货舱壁形式带下墩的纵 横槽形舱壁清洁舱型 燃料油舱形式双壳6 服务航速 VS14 8kn 8锅炉1 套 每套 25 t h 9废气锅炉1 套 1 0 t h 10柴油发电机组3 套 每套约 960kW 11救生设备尾抛艇 救助艇 广船国际股份有限公

5、司 5 一 货舱区船体结构设计与优化研究 1 结构设计依据 根据以上船型主尺度参数 船体布置 和结构型式上的特点 按船级 社协会 IACS JTP 共同规范 COMMON STRUCTURAL RULES FOR DOUBLE HULL OIL TANKERS 中对适用双壳油船船型的规范要求 本型 HANDYSIZE 型成 品油船完全满足本规范的适用范围 见表 1 中所列出比较结果 所以在结 构优化设计中应严格按 JTP 共同规范的要求进行结构形式研究 构件布置 结构强度校核 构件规格设计等 表1 成品油船满足JTP规范适用要求 项目 适用 JTP 规范要求 成品油船比较结果 Lpp m 15

6、0 满足 Lpp B 5满足 B D0 7满足 双壳是满足 双底是满足 机舱和甲板室布置在货舱区后是满足 分舱 布置 布置内壳和一道中纵舱壁是满足 船体为焊接形式是满足 船体为板架构成是满足船体 构造由横向舱壁 间隔强框架参与的纵向板 架构成 是满足 双壳双底尺度满足法定要求 IMO MARPOL 是满足 单甲板结构是满足 船体 结构 布置横纵舱壁位置满足法定要求 IMO MARPOL 要求 是满足 广船国际股份有限公司 6 2 JTP 规范对结构设计的影响比较分析 JTP 规范对 150m 以上双壳油船的结构设计在结构腐蚀余量 计算载荷 计算载荷点选取 结构设计细节 强度评估衡准等方面的要求

7、较以往的规 范作出了重大的改变 对船体结构设计要求更加严格 其影响深远 在结 构设计优化过程中 通过熟悉和应用 JTP 规范对货舱区的纵 横构件进行 规范设计 并与应用以前规范设计出的船体结构进行比较 得出 JTP 规范 主要在下面几个方面导致结构重量大大增加 a 合成计算载荷方面 在结构设计衡准中设计载荷的计算较目前规范更加复杂 载荷分类被 进一步的细化 见表 2 在构件规范设计计算中应用的是在不同吃水下 不同装载状态下的合成载荷 表2 合成计算载荷的分类 合成载荷 载荷成分 静载荷 S 静载荷 动载 荷 S D 破损载 荷 A 冲击载荷 IMPACT 砰击载荷 外载荷海水静载荷 海水静载荷

8、 波浪动载荷拍击载荷 液货静载荷 所有液舱 水压试验载 荷 所有液 舱 置换法静载 荷 压载舱 内载荷 溢流法静载 荷 压载舱 液货静载荷 波浪诱导液舱 内动载荷 所 有液舱 平衡水 线下的 破损载 荷 广船国际股份有限公司 7 由表 2 可知 合成载荷总体上分为静载荷 动载荷 晃荡载荷 冲击 载荷和破损载荷 这几种载荷在构件计算中根据构件的所在部位按内 外 不同载荷成分进行合成计算 并在对应力计算衡准中要计及垂直和水平静 水 波浪合成弯矩 剪力的影响 另外计算动载荷要考虑船体运动六个自 由度以及船体与波浪方向的横浪 斜浪 迎浪不同状态下引起的加速度变 化 见表 3 表 3 货舱区的动载荷工况

9、 JTP 规范的设计载荷要求大体上与 DNV 规范设计载荷的要求基本类似 但计算载荷的合成与计算过程更加复杂 繁琐 同时由于压载水置换法和 溢流法的引入 使弯矩和剪力大大增加 载荷计算值中要考虑过压载荷 造成压载舱周围边界构件计算载荷较原来有所增大 导致结构构件的尺寸 大大增加 b 结构腐蚀余量方面 JTP 规范要求的构件腐蚀余量较 ABS DNV 等船级社目前规范的要求大 广船国际股份有限公司 8 大增加 见表 4 中及图 1 中所示的对于货舱区船体构件 JTP 规范要求值与 ABS DNV 以前规范要求值的比较 图 1 结构腐蚀余量的比较 广船国际股份有限公司 9 表 4 JTP 规范与原

10、来规范对于腐蚀余量要求的比较 货舱区 腐蚀余量值 mm 构件部位 ABSDNVJTP 比较 结果 主甲板在液货舱范围内 1 01 04 0 400 主甲板在压载舱范围内 2 02 04 0 200 压载舱内部构件在甲板下 3 0m 内 2 03 04 0 133 压载舱内部构件在甲板下 3 0m 外 1 01 53 0 200 液货舱内部构件在甲板下 3 0m 内 1 52 04 0 200 液货舱内部构件在甲板下 3 0m 外 1 01 02 5 250 舷顶列板 2 02 03 5 175 舷侧外板 1 01 03 0 300 内壳板与斜底板 1 51 03 5 233 内底板 1 51

11、54 5 300 外底板与舭部外板 1 01 03 0 300 由上表看出 对于结构构件腐蚀余量 JTP 要求较以往规范要求大大增 加 增加幅度在 100 400 之间 主甲板和内底板腐蚀余量增加值达到了 3mm 这将造成船体构件的板厚大大增加 结构重量越来越大 c 结构计算的 净厚度 应用 在上述计算载荷和结构腐蚀余量要求增加的情况下 JTP 规范要求在 广船国际股份有限公司 10 船体结构强度计算校核中应用构件的 净厚度 即要求用于强度计算的 构件尺寸是建造厚度扣除腐蚀余量后的净尺寸 如图 2 图 2 净厚度示意图 根据校核不同的结构部位和不同的校核方法 规范对 净厚度 的定 义不同 见表

12、 5 中结构校核中 净厚度 的定义 表 5 JTP 规范对于强度校核净厚度要求 不同校核方法构件类型净尺寸 tnet 最小板厚要求所有构件t 1 0 x t grosscorr 船体梁总纵强度所有参与总纵强度的纵向构件t 0 5 x t grosscorr 板材和局部扶强构件t 1 0 x t grosscorr 结构构件规范尺度校 核主要支撑构件 强框架 纵桁等 t 0 5 x t grosscorr 船体梁极限强度所有参与总纵强度的纵向构件t 0 5 x t grosscorr 结构有限元分析所有构件t 0 5 x t grosscorr 结构疲劳强度评估参与船体梁应力计算构件 t 0 2

13、5 x t gross corr 广船国际股份有限公司 11 参与局部应力计算构件t 0 5 x t grosscorr t 腐蚀余量 t 建造厚度 corrgross 广船国际股份有限公司 12 通过目标船的计算校核 JTP 规范要求总纵强度校核应用净尺寸与以 往规范要求完全不同 以往规范在总纵强度计算中应用构件的建造厚度 而 JTP 规范要求扣除 0 5 倍的腐蚀余量 这样导致应用原来规范校核出的 船体梁剖面模数不满足 JTP 规范的总纵强度要求 结构构件的尺寸必然大 大增加 d 结构疲劳寿命的改变 JTP 规范中有关船体结构疲劳年限和疲劳校核的外部波浪环境要求较 以往规范有较大的改变 疲

14、劳年限由 20 年改为 25 年 相比于以往的设计 寿命 20 年 设计寿命的增加除了是由于年限的增加 还由于外部波浪环 境由原来规范要求的无限航区 改为船舶完全在北大西洋波浪环境中营运 的疲劳评估标准的提高 另外 JTP 所使用的 Weibull 形状参数 S N 曲线 不同位置 不同应力成分的组合因子等的不同 也使得结构疲劳寿命的要 求更加严格 详细的疲劳设计优化见第四部分 e 结构重量变化比较 通过对目标船规的范设计校核结果与应用 DNV 规范设计出的货舱区船 体结构进行了比较 得到依据 JTP 规范设计出的货舱区船体结构重量增加 为 720 吨 增加的重量较以前规范计算出的船体钢料重量

15、的增幅达到了 10 不同结构部位纵向构件板厚重量增加的比例见图 3 广船国际股份有限公司 13 图 3 纵向板厚增加的比较 3 货舱区船体结构舯剖面设计优化 以 JTP 规范作为设计依据 根据总体性能研究的装载计算中得出的最 大静水弯矩作为最大设计静水弯矩 借助 NAUTICS 计算程序 从纵骨间距 强框架间距 材料的选用和总纵强度校核等几个方面 对舯剖面纵向构件 广船国际股份有限公司 14 进行了细致的优化研究 a 结构材料的使用 在船舶结构设计中 使用高强度钢可以提高结构强度 降低结构重量 但高强度钢结构构件尺寸变小 容易发生失稳变形 抗疲劳性能差 而且 舷侧纵向构件在水线附近承受波浪交变

16、载荷 极易产生疲劳裂纹 不宜采 用高强度钢 另一方面 由于舯剖面中和轴附近总纵弯曲应力较小 使用 普通碳钢很容易满足结构强度和疲劳的要求 本专题对方案 1 全部采用普通碳钢 的舯剖面结构和方案 2 部分 采用高强度钢 的舯剖面结构进行计算比较 以得出较为合理的材料选用 设计方案 见表 6 表 6 选用不同材料时 货舱区船体结构板厚及型材的比较 材料选用方案 比较项目 方案 1方案 2 舯剖面纵向连续构件截面积 Am m2 3 6553 298 中和轴距基线高度 h m 7 6757 387 规范要求甲板剖面模数 Zr m3 12 08111 852 规范要求船底板剖面模数 Zr m3 17 63515 195 甲板实际剖面模数 Zda m3 NET 14 60113 583 船底板实际剖面模数 Zba m3 NET 20 35419 972 Zda Zr 120 9114 6 Zba Zr 115 4131 4 局部强度要求值 15 514 最大甲板板厚 mm 实取值 1614 5 AH32 局部强度要求值 SMR 271 HP200X11 5 SMR 159 FB200X12 甲板纵