【正文】 境的不斷惡化，各行各業(yè)紛紛開始作出自己的改變，從而船舶設計在追求高經(jīng)濟型性的同時也開始注重節(jié)約能源和保護環(huán)境。與此同時，各種新生效的規(guī)范，也在不斷影響著船舶結(jié)構(gòu)設計，例如壓載艙的新涂層標準、壓載水處理、燃油艙保護等綠色環(huán)保要求。因此原來老舊的船舶已經(jīng)不符合新的發(fā)展形勢要求，必須對其進行更新?lián)Q代，使得對于新船型的研究變得更有意義。 本文研究內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容就是通過研究 730TEU 集裝箱的性能特點、結(jié)構(gòu)特點、布置特點等，對船中艙段進行模型建造、載荷施加、校核計算，從而得出其應力分布圖，從而為結(jié)構(gòu)設計提出合理的指導意見。其主要內(nèi)容如下：（1）研究集裝箱船及結(jié)構(gòu)強度校核發(fā)展歷史，并對未來可能的發(fā)展方向做出合理的預測。（2）根據(jù)提供的基本結(jié)構(gòu)圖，中橫剖面圖，研究船舶的結(jié)構(gòu)設計特點。對于如艙江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）2口角隅，橫艙壁結(jié)構(gòu)等應力比較集中的地方進行單獨研究。（3）參照集裝箱船結(jié)構(gòu)強度直接計算指南中的相關(guān)規(guī)范，運用 Patran 軟件建立船中艙段強度校核的有限元模型，然后對于結(jié)構(gòu)單元施加響應的材料屬性，最后運用Nastran 軟件進行載荷施加，通過計算得出應力分布圖。 集裝箱船簡介 集裝箱船的分類 按照裝運集裝箱情況集裝箱船可以分類如下：（1）部分集裝箱船（2）全集裝箱（3）可變換集裝箱船 集裝箱船按照裝箱量的多少劃分如下：表 11 集裝箱船分類集裝箱船型分類 裝箱數(shù)/TEU小型集裝箱船 ～1000中型集裝箱船 1000～2500中型集裝箱船 2500～8000超大型集裝箱船 8000～ 按照巴拿馬型的船舶劃分：表 12 集裝箱船分類集裝箱船型分類 裝箱數(shù)/TEU中超巴拿馬型集裝箱船 8000超巴拿馬型集裝箱船小超巴拿馬型集裝箱船 55006500巴拿馬極限性集裝箱船 5000巴拿馬型集裝箱船巴拿馬型集裝箱船 4200 按照集裝箱船的發(fā)展情況劃分：江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）3表 13 第一代～第五代集裝箱船代表船型表船舶情況 船長(m) 船寬(m) 吃水(m) 載箱量(TEU) 載重量(t) 備注第一代 ～170 ～25 8 700～1000 ～10000第二代 ～225 ～29 ～11 1000～2022 15000～20000第三代 ～275 ～32 ～12 2022～3000 ～30000第四代 ～295 ～32 12 3000～4000 40000～50000第五代 280 設計吃 結(jié)構(gòu)吃水 144000～5000 68950 總載重噸以魯河號為例第六代 395 56 ～15 6000～8000 170890 愛瑪馬士基 集裝箱船的特點隨著越來越高的裝卸效率，集裝箱船對于港口的占用時間大幅度縮短，使得港口使用費用大幅縮減。由于集裝箱船是定時，定港，定航線運營，為了不耽誤航運時間，故集裝箱船的航速相對于散貨船來講比較高，通常為二十幾節(jié)。為了增加船舶的運量以增加其經(jīng)濟效益，所以通常在甲板以上也需要裝載集裝箱。這對于集裝箱的穩(wěn)性來講，要求就比較高，故其船體形狀和船體結(jié)構(gòu)與普通貨船有很大的不同。通常集裝箱船比較瘦長，只在頂部設置一層寬敞平整的甲板以存放集裝箱。為了裝卸方便，集裝箱船的甲板開口的范圍都比較大。集裝箱船一般都是尾機型，上層建筑在機艙的上部，從而可以留出更多的甲板空間來裝載集裝箱。在甲板以上可以堆放 2～6 層集裝箱，為了穩(wěn)性起見，在甲板及貨艙口上都設有固定的綁扎設備，貨倉內(nèi)部的裝置有導軌架、格柵等。集裝箱船由于甲板大開口，總縱強度、局部強度、扭轉(zhuǎn)強度的損失都比較大，在結(jié)構(gòu)設計時為了彌補強度的不足，故通常船體為雙層底和雙層舷側(cè)，在頂部也設置有效的抗扭箱結(jié)構(gòu)以增加總縱強度。集裝箱船一般都?？吭谟刑厥庋b卸設施的港口，因此不需要在船上設置裝卸設施。江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）4 本文研究集裝箱船特點 型及航區(qū)為了方便裝卸集裝箱，提高裝卸效率，因此與大多數(shù)集裝箱船一樣也有寬大的貨倉開口。船舶的結(jié)構(gòu)強度有很大損失，故集裝箱船一般都為雙層底，雙殼，并在舷側(cè)頂部設置抗扭箱。同時為了增加船舶的總縱強度，雙層底、甲板都采用縱骨架式，而為了增加橫向強度，在雙層舷側(cè)采用橫骨架式。船型特點有：寬大艙口、無艙口蓋、裝卸靈活、停港時間短等特點。船舶的航區(qū)為沿海航線。 船體總體布置在整個船廠范圍內(nèi)總共有七對十四個壓載水艙，中間平行中體部分設置了六對，由于向首位延伸線性的變化，在首部的一對壓載水艙比較小。集裝箱船滿載出港的時候通常也需要把壓載水艙注滿，原因在于甲板上裝載了許多集裝箱，這樣做可以降低船舶的重心，增加適航性能。當船舶處于壓載狀態(tài)時，浮力在船中部比較大，而重量分布在船長范圍內(nèi)分布都比較均勻，這樣會導致船舶處于中拱狀態(tài)，因此把首尾兩端的艙室設置成了空倉以降低首尾重量。機艙布置在尾部，由于甲板集裝箱裝載層數(shù)比較高，為了不影響駕駛員的視野，提高船舶的操縱性，同時也為了減小了機艙振動和噪聲對船員的影響，因此該船舶的駕駛甲板和居住甲板位于船首?？偛贾脠D如圖 所示：圖 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）5 船體結(jié)構(gòu)布置該船的中橫剖面圖如圖 所示。圖 為了增加穩(wěn)性，故船寬比較大，從而船的寬度吃水比較大，形式上看船的中橫剖面比較扁平，從而導致甲板和船底板距中和軸的距離先對較小。由于中垂彎曲和中拱彎曲的影響，從而船的中部遭受總縱彎曲應力比較大，因此，貨艙段主船體結(jié)構(gòu)采用縱骨架式，以提高總縱強度度和屈曲強度。由圖中可以看出，左側(cè)為弱肋位，右側(cè)為強肋位，并且為橫骨架式。船舶結(jié)構(gòu)設計都是按照最大的設計彎矩來校核相應的構(gòu)件的，但是，在選取靜水彎矩時，要綜合考慮經(jīng)濟型和適航性兩方面，取得過大過小都不合適。 集裝箱運輸簡介為了提高貨物的裝卸效率，降低運營成本，人們開始考慮采用集裝箱裝卸貨物，這樣也可以減少貨損。最早是在陸地上采用這種形式，后來才普及到船舶運輸上。1957 年，美國船企第一次將散貨船改裝成為集裝箱船，并在第一次運營中驚奇的發(fā)現(xiàn)，其裝卸效率比散貨船高出很多倍。集裝箱船停港時間短，大大降低了港口的使用費用，江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）6增加了經(jīng)濟效益。從那以后，集裝箱船開始迅猛發(fā)展，逐漸成為貨件運輸?shù)闹髁?。集裝箱運輸?shù)膬?yōu)點有：（1）裝卸效率高。目前港口裝備的集裝箱起重機起重能力都比較大，裝卸速度也比較快，平均每小時可以裝卸大約 30 到 40 箱。按照每個集裝箱裝載 11 噸計算，每小時可以裝卸 350～400 噸。然而，假如采用傳統(tǒng)的船舶吊桿或者門式起重機，由于雜貨船的堆放比較散亂，裝卸不便等原因，效率較低，例如起重能力為 10 噸左右的門式起重機平均每小時只能裝卸 30～35 噸雜貨。很明顯，集裝箱船的運輸效率比雜貨船高出很多倍，因此集裝箱船正在逐步取代雜貨船。（2）安全可靠。集裝箱作為一個密閉金屬制的箱體，它對于裝載的貨物起到了很好的保護作用 ，使得在運輸過程中貨損大為降低。而假如用傳統(tǒng)的裝卸雜貨件出現(xiàn)約1%～2%的貨損是在所難免的，對于易碎品，如瓷器，玻璃品等，貨損可能高達 10%。（3）全天候作業(yè)。以前裝卸雜貨，為了減少貨損，遇到下雨天就必須停止作業(yè)，使得作業(yè)時間大為折減，使得裝卸效率低下。假如采用集裝箱裝卸，由于箱體是金屬密閉的，不受雷雨天氣的影響，可以全天候作業(yè)，使得裝卸效率大為提升。（4）集裝箱可重復使用。雜貨件的運輸必須有包裝，成組的貨物還需要大包裝，假如使用集裝箱的話，可以省去包裝，而且還可以重復使用，降低了成本費。（5）縮短了貨物運輸時間。集裝箱運輸有定航線、定港、定時、定船等特點，運輸 航線比較固定，定期定港的運輸方式極大地方便了運輸商，可以使得他們對于自己產(chǎn)品的售賣做出經(jīng)濟合理的安排，這樣可以提升這個運輸鏈的經(jīng)濟效益。當今的集裝箱航速高達 28 節(jié)，使得單次航運時間與傳統(tǒng)雜貨船大為縮減，使得商品和資金的周轉(zhuǎn)速度大為提升。（6）運輸成本低。綜上所述，由于裝卸效率提高，碼頭利用率高，運轉(zhuǎn)周期短等特點使得集裝箱的運輸成本大為縮減，提高了經(jīng)濟效益。隨著集裝箱運輸在總的運輸量中所占的比例的提升，其低廉的運營成本促進了世界各國之間的經(jīng)濟貿(mào)易，使得全球經(jīng)濟一體化的步伐進一步加快。綜上所述,集裝箱船運輸可以大幅度提高裝卸效率，從而降低港口使用費和運輸周期。與此同時，全天候作業(yè)提高了港口的利用率，這些都使得集裝箱運輸成本的降低。江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）7 集裝箱船發(fā)展歷史概述1956 年，美國泛大西洋航運公司（PanAtlantic Steamship Company） ，也就是后來的海陸服務公司（SeaLand Service, Inc） ，將其擁有的油輪“蓋特威城（GATEWAY CITY） ”號散貨船改裝，并在其甲板上轉(zhuǎn)載了一部分集裝箱，第一次試航是從美國諾瓦克港口出發(fā)到休斯頓去卸貨，然而結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)與散貨船相比，停港的時間由原來的7 天縮減為 15 小時，裝卸費也降為原來的 1/37，獲得了巨大的成功。從那以后，世界各大運輸公司紛紛開始建造自己的集裝箱船，掀起了集裝箱船建造的新浪潮。隨著建造速度的加快，各大船東開始確定最適宜運輸?shù)募b箱船型，并于上世紀七十年代末確定了第一代實用船型?，F(xiàn)如今，歐美國家如美國、英國、德國等，它們的雜貨物基本都是依靠集裝箱運輸。集裝箱船發(fā)展至今已經(jīng)有六代，現(xiàn)簡介如下：第一代集裝箱船：上世紀六十年代，第一代集裝箱船基本定型，其裝箱量為 700到 1000 箱左右，總噸位在 2 萬噸左右，它的航行區(qū)域包括大西洋、太平洋等。第二代集裝箱船：到上世大幅度提升，已經(jīng)達到 2022 箱，總噸位也已經(jīng)達到 5 萬噸，與此同時航速也有了進一步的提升，已經(jīng)提高到了 2627 節(jié)。第三代集裝箱船：受 1973 年石油危機的影響，各種船型都開始考慮經(jīng)濟性的問題，集裝箱船的發(fā)展也不例外。第二代集裝箱船裝箱量少，使得其經(jīng)濟效益不佳，各大船企基于規(guī)模經(jīng)濟效益的思想繼續(xù)加大船型，于是第三代集裝箱船應運而生。然而其航速卻降低了，凸顯了其經(jīng)濟性。第四代集裝箱船： 上世紀八十年代后期，為了進一步凸顯集裝箱船運輸?shù)囊?guī)模經(jīng)濟效益，世界各大造船廠加快了集裝箱船大型化發(fā)展的步伐，然而船型的劃分開始以能否通過巴拿馬運河為準繩，開始出現(xiàn)巴拿馬型、超巴拿馬型船舶。裝箱數(shù)量也已經(jīng)超過 4000 箱。隨著船舶的大型化發(fā)展，高強度鋼的采用范圍和比例也開始不斷加大，這使得船舶的重量開始大幅度減輕，船舶的屈曲強度應該引起足夠重視。與此同時，新型的柴油機的功率不斷加大，而燃油費大大降低，伴隨著科技的進步，船舶的自動化程度也不斷提高，降低了人力需求，從而船舶的經(jīng)濟型進一步提高。第五代集裝箱船：為了增大集裝箱船的穩(wěn)性，從而增大其復原力臂，德國船企率先開建了幾艘 APLC 10 型集裝箱船，其長寬比略有縮小，裝箱量也有了進一步的提升，達到了 4800 箱。第六代集裝箱船：二十世紀末，為了加快集裝箱船大型化發(fā)展的步伐，船企開建江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）8大型集裝箱船，其中為代表的就是馬士基公司建造的 Rehina Maersk 號集裝箱船，從此大家紛紛開始建造以馬士基為代表的六代集裝箱船。近年來，可裝載 10000 個集裝箱的巨輪已經(jīng)在歐洲問世，而裝箱量高達兩萬箱的超大型集裝箱船在韓國已經(jīng)開建。 集裝箱船大型化發(fā)展趨勢當代集裝箱船的發(fā)展趨勢及所面臨的問題：進入新世紀以來，集裝箱船大型化發(fā)展的步伐越走越快，裝箱量已經(jīng)從最初的幾百箱到幾千箱，現(xiàn)如今已經(jīng)超過兩萬箱。集裝箱船呈現(xiàn)出經(jīng)濟化、環(huán)保化、節(jié)能化的新特點。船長也已經(jīng)超過 350 米，有的超大型的集裝箱船已經(jīng)接近 400 米。根據(jù)經(jīng)濟學中的規(guī)模效益理論，一次航行過程中的運輸量越大，其規(guī)模性越明顯，單件產(chǎn)品的運營成本也就越低，經(jīng)濟效益也就越明顯。近年來，隨著焊接技術(shù)的快速發(fā)展以及高強度鋼的采用，未來集裝箱船大型化的發(fā)展趨勢還會進行下去，也就意味著主尺度還會進一步增大。然而船舶大型化發(fā)展也帶來了一系列的問題，比如應力集中，穩(wěn)性不足，總縱強度和扭轉(zhuǎn)強度不夠等。隨著 EEDI 的全面生效，以及近年來石油等燃料價格的不斷攀升，航與企業(yè)開始加大對于低成本，節(jié)能環(huán)保的關(guān)注度。因此，如何設計出一艘能源消耗少、載箱量大、