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2339 TEU支线型集装箱船设计特点邵汉东刘在良周俊霖扬帆船舶设计研宄院浙江国际海运职业技术学院摘要：针对一艘出U德国的2 339TEU支线型集装箱，介绍其基于CFD技术的低阻线型 设计开发，基于MSC.Patran的高可靠性结构设计，大型左右不对称上层建筑整 体吊装有限元强度分析及窄边舱技术等在船舶设计与制造中的应用；新技术、新 设计手段在船舶设计与制造中应用使船舶各项性能显著提高，其对类似船舶的 设计与制造具有积极的参考价值和意义关键词：支线型集装箱船;低阻线型;高可靠性结构;整体吊装;窄边舱;作者简介：邵汉东（1974-），男，高级工程师，研宄领域为船舶总体与结构设 计Design Feature of 2339 TEU Feeder Line Container ShipSHAO Handong LIU Zailiang ZHOU JunlinYangfan Ship Design and Research Institute;Zhejiang International Maritime College;Abstract：The main characteristics of 2 339 TEU feeder line container ship which is exported to Germany are studied. The application of low resistance line type development based on CFD, high reliability structure design based on MSC. Pat ran software, the finite element strength analysis of integral hoisting of asymmetric superstructure are described, and the narrow side cabin technology application in the ship design and construction are deseribed. Thanks to the new technical and new design method applied to ship design and construction, various performances of ship are much more improved, which provides reference for the design and construction of similar ships.Keyword：feeder line container ship; low resistance line; high reliability structure; integral hoisting; narrow side cabin;0前言支线型集装箱船作为集装箱班轮航线的重要组成部分，是集装箱枢纽港和干线 运输的重要支撑。

支线型集装箱船在干线船的促进下，具有较好的市场前景为 此，世界各船舶设计研宄院、船厂投入大量人力物力，以期以高科技手段与良好 的性能指标来获得船舶所有人的青睐2 339TEU支线型集装箱船由扬帆集团股 份有限公司量身定造，设计与制造过程中采用线型CTO优化、高可靠性结构设 计、窄边舱技术应用、人型左右不对称上层建筑整体吊装有限元分析、节能装置 技术应用以及低轴中心线倾斜设计等新技术与新工艺1船型特征本船为无限航区，设有球鼻艏、方艉、单机、定距桨、高效舵(扭曲舵)、首侧 推，是一艘尾机型全格栅式集装箱船本船主尺度:总长为189.00 m;垂线间长为180. 2m;型宽为30. 4m;型深为16.9m; 设计吃水为8. 5m;设计载重量为21 200t;主机功率为12 840kWX97r/min;航速 为 19kno机舱、起居处所及驾驶室位于尾部，设冇艏楼，上甲板以下从船首至船尾依次设 置8道水密横舱壁，将全船分隔成艏尖舱、5个货舱、机舱和艉尖舱本船甲板上可装载18列集装箱，共计载箱2 345TEU，除可装载20英尺，40英 尺集装箱外，第3层以上还可装载45英尺集装箱全船还可装载500个自冷式 40英尺集装箱，货舱内可装载290个40英尺集装箱，甲板上可装载210个40 英尺集装箱。

同时本船还能运输国际危险货物海运规则(International Maritime Dangerous Goods Code, IMDG Code)规定的 1. 4S, 2, 3, 4, 5.1, 6.1， 8, 9类危险品其总布置图如图1所示图1 2 339 TEU支线型集装箱船总布置图 下载原图本船按照英国劳氏船级社(Lloyd’s Register of Shipping, LR)的现行规范进 行设计与建造，满足燃油舱完全双壳保护，是一条环保节能型船舶耗油量相对 较低，燃油舱双壳保护满足MARP0L公约附则T要求;氮硫化物排放满足MARP0L 公约附则II和欧盟禁排区要求;压载水的置换采用顺序置换法，并制订压载水 管理手册，满足船级社的有关要求;上层建筑满足国际劳工组织MLC 2006要求； 制冷剂管理，垃圾管理，生活污水的处理等满足MARP0L公约相关要求;防污底 系统满足国际控制船舶有害污底系统公约附则I的要求，不使用含有机锡化合 物作为水生物灭杀剂2低阻线型开发CFD技术的应用在基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的船舶阻力计算 中，船舶线型优化成为提升船舶科技含量的研宄热点，在船舶设计中其所创造 的经济效益，表现出强劲的竞争优势。

本船前体横剖面采用“V形”线型，后体采用“V-U形”结合，设计水线8.5 m 以上外飘较大，采用球艏、球艉线型，浮心位置在舯后0%~2%，弗劳德数Fn取 0. 2〜0.3在主尺度等参数已确定的情况下，优化艏、艉部线型是关键船体球艏设计，主 要是通过球艏与船艏兴波的有利干扰来减小兴波阻力，要求球艏体积集中在艏 柱以前，与船体连接处体积尽可能小，并iL采用合适的球艏主要几何参数本船 球艏最终取长度系数为0.030、高度系数为0.706、横剖面面积系数为0.039 本船采用传统的球艉船型，球艉设计合理，船舶伴流分布均匀，从而使船身效 率优良，改善了尾部振动，提高了总推进效率设计时采用合适的球艉儿何参数, 取第1站为特征站，球艉大小系数为0.218，高度系数为0.202在合理设计线 型的基础上，本船采用CH)技术辅以线型设计和航速预报建立船壳的实体模型:采用芬兰NAPA船舶性能计算软件将线型的船体SURFACE 以1GS的文件格式导出，在三维设计软件KH1N0中进行三维半体的实体建模，并 在UG三维软件中进行局部坏面的修补建立流体计算域:网格采用全六面体非结 构网格，在自由液面处进行加密，网格总数约150万;釆用稳态物理模型，计算 模式为湍流模型Komega (SST) -Menter,设置边界条件和运动方程，进行迭代 计算。

设计吃水工况下的计算结果自由液而波形如图2所示建立数值拖曳模拟水池，对航行中的船模绕流流场进行数值模拟，优选出总阻 力最小的线型方案，并在德国汉堡HSVA水池进行压载吃水、设计吃水、结构吃 水工况的船模试验加以验证图3为试验图片本船实船试航，采用国际拖曳水池修正法(International Towing Tank Conference, ITTC)经过HTC法修正后，设计吃水工况下，主机功率为11 440kW,并在15%海上贮备功率的工况下，航速为18.95kn，比船模试验的航速 18. 93kn还快0. 02kn,完全达到预先设计研发的目的图3 2 339 TEU设计吃水状态船模试验 下载原图本船低阻线型的成功开发与应用，在很大程度上得益于CFD技术的应用3小型集装箱船全船有限元及结构疲劳分析全船有限元分析在支线型集装箱船的应用还不常见，通常运用有限元对货舱舱 段进行直接计算，计算货舱区域的局部强度，但本船船舶所有人为了追求高结 构安全可靠性，要求本船进行全船有限元疲劳分析，其全船疲劳强度满足北大 西洋海况航行25年的要求1) 全船有限元模型分为2部分:一个是全船结构有限元模型，另一个是用来做 水动力计算的面元模型。

全船结构有限元模型运用有限元软件MSC/Patran建立; 全船有限元模型包含货舱区、首部、尾部、机舱以及上层建筑等全船范围内的主 耍结构，如图4所示为建模方便，LR船级社同意采用大网格建模，网格大小 为强框间距，非主要构件的梁单元相应分担到强框架处图4全船有限元计算模型 下载原图(2) 为了对高应力区域结构进行疲劳强度分析，经与LR商量，全船筛选了近40 处舱口、角隅等高应力集中区域进行高精细网格划分，细化网格大小为50 mmX50 mm局部细化节点模型如图5所示图5疲劳细化节点 下载原图水动力计算模型为船体外壳有限元网格，即湿表面运用LR的水动力软件进行 水动力分析，得到船体外壳水线以下部分的外部波浪载荷，并将其导入有限元 模型;然后运用有限元后处理运算器MSC. Nastran计算;最后应用LR的有限元软 件ShipRight评估计算结果3) 通过对计算结果的分析，本船在总纵弯矩剪力以及扭转弯矩影响下，高应 力区域出现在货舱前后端的主甲板处及角隅处、纵向舱U围前后端部、舱U围顶 板角隅处从疲劳强度评估结果可以看出，在舱口围、主甲板、二甲板的角隅处 都有不同程度的应力集中问题，解决这种屈服屈曲和疲劳问题最有效的方法就 是在应力集中处局部增加加厚板和增大角隅半径。

另外，集装箱装载吋过大的角 隅半径，易导致箱脚碰到角隅，影响集装箱的吊装，因此，在不影响装箱的前 提下，舱U围角隅半径尽可能地大，以减小角隅处加厚板的板厚，能釆用负角 隅的地方尽量采用负角隅，对减小应力集中都是有益的4大型左右不对称上层建筑整体吊装有限元计算法的应用上层建筑整段W装技术对缩短造船周期、降低造船成本、改善施工作业环境具有 显著的成效，是国内外规模船厂重要的工艺之一本船上层建筑由7层甲板室和 烟囱组成，长度方向从FR 5〜FR 24,长度为12 919醐，最大宽度30 400画，高 度方向自A甲板依次到罗经甲板，最大高度为24 589mm;上层建筑最大起重量 585to 由于上层建筑左右不对称，采用简单的板架理论计算存在局限性，对吊码的设 罝和结构的加强造成困难，在吊装中由于重量载荷的不一致性，极易造成局部 变形和开裂，发生吊装事故木船设计中采用有限元法，对不对称上层建筑的吊 装进行有限元模拟，确保上层建筑的安全吊装图6为上层建筑有限元模型有限元分析发现，有多处区域应力值明显比许用应力大，已远远超出钢板屈服 强度235N/mm,超出钢板最大抗拉强度520N/mm上限表1中描述了高应力区域 结构范围及临时或永久加强措施情况。

图6上层建筑有限元模型 下载原图表1上层建筑应力集中区结构列表 下载原表续表1上层建筑应力集中区结构列表 下载原表有限元分析可知，应力集中区域基本都集中在脱硫塔预留区域附近造成局部构 件应力集中的原因：上层建筑右侧A甲板上面脱硫塔预留区域的布置，导致此区 域左右前后结构不对称，在A甲板形成结构特变区，在吊装受力时，相当于脱硫预放A甲板与整个上层建筑在结构特变区形成附加弯矩，再加上此区域壁板 上开孔，强度及刚度进一步递减，另外下端的结构离这个附加弯矩的转动轴较 远，受力就更大另外，吊码处应力集中的原因主要是上层建筑结构不对称，吊点处受力不均匀 和多元受力方向以及吊点处结构相对较弱等。