好望角CAPESIZE散货船优化设计报告
-
177
，
000 DWT
双
壳
散
货
船
总
结
报
告
(General Performances
study of 177,000 Bulk Carrier)
大连福凯船舶设计有限公司
2006-12-12
摘要
：
<
/p>
本总结报告根据
2006
年颁布实施的共
同结构规范
CSR(Common
Structure Ru
les)
要求，对
177,000DWT
双壳散货船进行开发研究，历时一
年多圆满完成各项开发研究工作。
< br>
经过母型船分析及设计要
素后，优化确定了本船的主尺度。主要工作
包括空船重量、重心位置估算，舱容、航速等
计算
,
皆满足设计的要求。
并根据最
新的共同规范
CSR
及最新的结构计算软件进行结构的计算和优
化。
通过型线设计与优化，
得到降低阻力
,
提高性能的较佳型线。
该项主要
工作是
基于母型船线型为基础，然后通过船模试验进行线型优化研究。
根据规范对本船的稳性进行计算
,
主
要内容包括：
静水力计算、
舱容计
算、
干舷计算、完整稳性、谷物稳性及破舱稳性计算。结构设计以
CSR
要求进行计算，
并满足永久检测通道的要求，
减少检测通道
的栏杆
,
对本
船结构进行修改。
对结构进行三舱段的有限元分析，
此类分析在船舶领域属于使用新技
术在船舶上面的应用，让船舶结构的应力分析更加准确
。同时在结构计
算方面，使用最新的计算软件，且考虑了疲劳和腐蚀因素的影响。
关键词：双壳散货船；总体性能
一，
开发研究的目的和要求
1
，
在国际共同结构规范
CSR (Common
Structure Rules)
的生效，所有
船长大于<
/p>
150m
以上散货船均需要满足此规范，尤其对船体结构要
有较大变化，
为适应市场需要，
在国际市场上
占据有利的竞争优势，
本公司对
174
，
000DWT
好望角型双壳散货船
(
简称母型船
)
在深受
< br>船东青睐的基础上，开发研究出
177
，
000DWT
双壳散货船。本船
在总体性能、线型、<
/p>
船体结构布置和设计等方面皆保证最新规范要
求，且满足进入法国
敦刻尔克东港的条件。当前，在国内外此类船
型较少的情况下，在开拓国际市场既有一定
的竞争力和先进水平。
2
，
本船应满足下列要求：
(1). <
/p>
船级社
DNV
的相关规定。
(2).
主机推进轴线适当降低，并优化线型使
本船排水量比母型船增
加约
5000
吨
。
(3).
型深增加
0.2m
，
由
24.65m
改成
24.85m,
结构吃水增加
0.1m,
由
18.2m
改成
18.3m,
货舱口围板高度减少
0.1m
由原来的
0.9m
改成
0.8m,
主
甲板梁拱不变
1.1m
；货舱口盖高度不变
1.0m
。
这样使主
尺度仍然满足进入法国敦刻尔克东港装卸煤和矿砂的要求。
(4).
船体结构设计要满足国际散货船船体结构共同规范<
/p>
CSR
以及
2008
年前生效的国际公约、
规则和修正案和入
DNV
船级社的相关
规定。
(5).
主机型号改为
SULZER
6RT-flex68T-B.
二，
开发研究的关键技术
1
，
使用最
新的结构计算软件使船体结构尺寸满足最新的共同结构
规范
CS
R
的要求；
2
，
线型优化，获得降低阻力，提高性能的较佳线型；
3
，
确定满
足法国敦克尔克东港的入港要求和设计排水量的主尺
度；
4
，
按照规
范要求进行
FEM
（有限元分析）计算，由于该计算在国
际上处于摸索阶段，这方面计算是和
DNV
进
行合作
三，
开发研究的主要内容
1
，
母型船参数
主要尺度
LENGTH ALL
OVER
abt.289.0
m
278.2
m
45.0
m
24.65
m
16.5
m
18.2
m
155,000 t
174,000 t
186,000 m3
LENGTH BETWEEN PP.
BREA
TH MOULDED
DEPTH MOULDED
DESIGN DRAUGHT
SCANTLING DRAUGHT
DEAD WEIGHT A
T
DESIGN DRAUGHT
DEAD WEIGHT
A
T SCANTLING DRAUGHT
CARGO CAPACITY
2
，
主尺度调整
原计划本船将由母型船的
垂线间长
278.2m
增加一个肋位的距离即
< br>0.8m
而达到
279.0m,
从而使本船的排水量满足设计需要。经过论证在不
需要调整垂线间长的情况下，对线型
的修改完全可以达到设计排水量的
要求，并减少由船长的增加带来的空船重量的增加，虽
然对航速有一定
的影响，经线型的优化和计算，基本可以达到航速的要求。故而确定本<
/p>
船的垂线间长仍为
278.2m
。最后由
水池试验也证明了原船长的可行性。
型深为原来的
24.68m
改为
24.85m
< br>，结构吃水由
18.2m
改为
1
8.3m,
货舱口围板高度由
0.9
m
改为
0.8m,
主甲板梁拱不变为
1.1m
，
舱口盖高度
不变为
1.0m,
这样使主尺度满足进入法国敦刻尔
克港装卸煤和矿砂的要
求
（敦刻尔克东港要求船舶吃水
14.2m
时货舱口盖顶距水面
13.7m
，
即船
基线到货舱盖顶部高度不能大于
27.9m
）
。
型宽保持不变，仍为
45.0m
。
调整后本船主要参数：
LENGTH
ALL OVER
abt.289.0
m
278.2
m
45.0
m
24.85
m
16.5
m
18.3
m
155,800 t
177,000 t
187,000 m3
LENGTH BETWEEN PP.
BREA
TH MOULDED
DEPTH MOULDED
DESIGN DRAUGHT
SCANTLING DRAUGHT
DEAD WEIGHT A
T
DESIGN DRAUGHT
DEAD WEIGHT
A
T SCANTLING DRAUGHT
CARGO CAPACITY
3
，
空船重量、重心估算
本船空船重量是
在母型船资料基础上进行的计算，
减去母型船的部分
结构重量并
加上由规范引起的增加重量。
空船重量的计算结果见“空船重
量、重心计算书”
。
4
，
型线设计与优化
本船在长度
Lpp
和宽度
B
和母型
船保持基本不变的情况下，
要满足设
计排水量和航速的要求，对
母型船的线型进行了深入的优化设计。
在国际知名水池试验室
瑞典
SSPA
的模型试验后绘制了本船的线型。
本船最后线型保持了原母型船的首部侧投影外部轮廓，并大幅度修改
了首部线型，相对于母型船首部线型略显肥大，使其排水量增加。但球
鼻
首根据母型船的航行效果来看比较满意，只有略微修改。
<
/p>
尾部线型由于主机轴线的下降，使本船的线型在尾部修改较大，轴线
以上的线型肥大用来保证本船排水量。
船中部分，对舭部半
径进行了修改，由原来母型船的
1.9m
改成现在
的
1.2m
。
以上所述的线型修改，其主要目的，是在满足设计航速前提下尽量达
到船舶
排水量的要求。在优化中改变的线型尽量使其对船舶阻力所产生
的不利影响减到最小。<
/p>
经过船体的后续计算
(
完整稳性和航速计算
)
本船线型的改进基本达到
了设计要求。
5
，
结构设计
本船典型横剖面是
FKAB
公司和
DNV
船级社，按最新共同结构规范
的要求使用最新的
DNV
结构设计软件
NAUTICS HULL
完成的
。本船相
对于母型船有以下几个技术要点：
(1),
典型横剖面计算。
本船典型横剖面，按最新共同结构规范的要求下进行的计算。结合最
新规
范的特点，本船横剖面的计算具体可以归纳如下：
NAUTICS HULL
软件的独特结合规范的特性，以及
带有
BUCKLING
校
核和各种工况
载荷分析，使其结构最优化设计。并在结构计算报告中给
出规范所需的最小要求和所需的
腐蚀余量，便于我们的进一步优化结构
尺寸。
结构尺寸计算，具体如下：
舷侧外板
首先高强度钢的适用区域没有变化，修改外板的舷顶列板的厚度为
20.0NV
E36
。由于
buc
kling
计算得出的结果，相比在母型船的板厚
27.0 <
/p>
E36
减小很大。具体参见结构计算书。同时，中间舷侧外板厚度
由原来
21.5
改成了
17.5
，
舷侧外板的计算最危险的情况均为
S+D
Sea fP1 Sagging
此种装载状态。这类状态舷侧所受的压载舱的内部水压
力非常大。
舭部板，
舭部板在
S+D
Sea
fP1
Sagging
的装载状态下
计算得到了该板板厚为
19.0 NV
D32.
比母型船增加
1mm.
内底
在计算内底时，对内底板产生最危险的装载状态就是
S+D
Hbulk f H1
Sagging
。
内底板在
Hold
1,3,5,7,9
中，
在
S+D
Hbulk f H1 Sagging
状态下，
中间板取板厚
23.0
，其余板厚均为
26.5
。其中，
Buckling
对内底板的板<
/p>
厚影响不大，对内底板板厚取值还应考虑腐蚀和装卸时抓斗对底板的影
响。除中间板外，实际计算的裸板厚
(
< br>不计算腐蚀
)
为
19.35mm
,
而我们实
取了
26.5mm
，这个取值仍是规范要求的最小值，可以看出新规范对底板
要求比较严
格。具体取值及计算参见结构计算书。
舷侧内壳
舷侧内壳底部第一块板厚在最危险的装载工况（
S+D
WB
b
H1
Sagging
）时计算裸板板厚要求为
15.18
实取
17.0
。相对母型船
< br>15.5
板厚
变化较大。
舷侧内壳其他板厚均变化不大。
顶边舱底部板
由计算书可以看出板厚
变化较大的是与舱口围板相连板，母型船为
27.0
D36,
本船经过计算由
Buckling
决定
的板厚
21.5
即可以满足要求，
对此
本船取用了
22.0 NV D
36
。
甲板板厚
本船强力甲板中间有大开口，所以板厚为
35.0
，计算的结果和实际取
值变化很大，
从结构计算书中
可以看出。
甲板最危险的状态为
(S+D WB b
R2 Hog P
和
S+D WB b
R1 Sag p)
可以看出双壳散货船的甲板计算一般都
得考
虑
Sagging
和
Hogging
两种状态。
内底纵桁
内底纵桁由计算书可看出，
起决定因素是
buckling
，
结果一般都是
l
ocal
stress
计算结果的
1
0
倍左右。
骨材
<
/p>
通过对比，
由计算书中可以看出，
对骨材
的影响
buckling
和
local
stress
差不多。所以在计算时两者必须得以注意。
总观本船结构计算，使用新规范和配套的新型计算软件对本船
结构计
算，得出的结果既满足了规范的需要也没有太多的余量，使本船的结构
设计水平达到了一个新的高度。
从本船的结构计
算书中可以很容易的检
查结构的决定条件和危险的装载工况，便于校核。
由于软件不支持疲劳的计算，所以本船对于疲劳暂不作考虑。
(2)PMA
的考虑。
本船为了检查船体结构的方便性，首先在舷侧比原来母型船增加一道
舷侧纵桁
，使每两纵桁间距分别为
3.40m
、
3.70m
、
3.90m
。这样免去了
舷
侧内的永久检测通道的栏杆，简化结构、方便了施工及减轻重量。为了
检测甲板结构，
在舱口前端壁和后端壁分别安装一箱型结构的检测通道。
考虑到舱口盖间的纵骨不参加总纵强度，经计算将舱口围间的纵骨设于
甲板之上。
(3)FEM
计算。
由于
FEM
(FINITE
ELEMENT
ANAL
YSIS)
有限元的计算在现阶段造
船工业应用属于先进技术的推广阶段，
FEM
的分析能让结构的受力分析
更加
准确，先进的软件技术给出的三维分析结果能让结果更加直观。本
船采用的三舱段分析模
型是
CSR
的规范要求，从最后的分析结果我们能
发现明显的应力集中区域，对于我们进一步分析和优化结构提供有据的
理论基
础。也为其他结构的设计工作提出了一些改进方法。本船的
FEM