船體設計課 實習生: 國立成功大學 江擇利 林宏瑋 張宥棠

大綱 船體設計課介紹 船體結構艙區佈置 船體結構強度設計 船體結構強度分析 船體結構施工設計

設計流程圖 基本設計 施工程序 複審 船體設計 船體設計修正 送審

船體設計流程 基本設計資料 船舯剖面設計 船體各部位之結構設計 (有限元素法) 結構分析 設計圖送交船東、船級協會 3D建模船體設計 供現場切割 製造組裝資料 由3D模型繪製工作圖 NC資料供現場切割

船體設計課介紹 船體結構設計 船體機能結構設計 船體細部結構設計 船體模組設計 船體施工規劃 結構性能與強度分析

船體結構設計圖 Working Plan 主要設計 Yard Plan Key Plan 細部設計

Key plan Key plan 機能結構設計圖 A B 寸法計算 結構有限元素分析 C D 船樑震動分析 備料採購程序資訊 E

Yard Plan，Working Plan 考慮作業、限制因素 A B 施工時希望方便 修改必須審理在佈置上合不合適 C D 大小組合，板件各部份焊接標誌 3D的構件繪畫圖是 使用TRIBON建立而成 E

設計與施工的配合 最佳效益 最佳效率 施工品質 施工方便性 最佳平衡

船體結構艙區佈置 機艙 船艏 船尾

結構組成 甲板 底板 兩舷外壁 盒裝構體 = 縱向隔艙壁 船體 板之內壁以 肋骨,橫樑支撐

一般商船 縱向肋骨系統 尤其大型船隻 = 縱向彎矩大 縱向加強材盡量向前後延伸, 保持連續性

次要結構 縱向的適當間距 橫向強肋骨 抵抗水壓 支柱 縱向大肋骨 縱向隔艙壁 再視需要增加

船種結構差異 貨櫃輪 Container Vessel 散裝貨輪 Bulk Carrier

貨櫃輪結構特性: 功能需求: 裝載貨櫃 結構特性: 大開口甲板,面積少 階梯狀水平與垂直的結構 貨艙區以縱向結構為主

大開口,甲板面積少 艙口蓋 大開口

階梯狀 垂直與水平的結構

貨艙區以縱向結構為主

散裝貨輪結構特性: 橫,縱向結構並用 功能需求: 裝載散裝貨(原物料) 結構特性: 縱橫向結構組成貨艙區 艏肩艙的設計 波形壁的使用

波形壁 Corrugated Bulkhead Topside Tank 橫向結構 縱向結構 Bilge Hooper Tank

船體結構功能 力的傳遞 結構 力平衡 負荷 強度 勁度 整體負荷 局部負荷

結構 結構抗拒負荷之能力 降伏強度和抗拉強度 強度Strength 構件抵抗變形的能力 勁度 Stiffness

整體負荷 整體船體 運動考量 舯拱 Hogging 舯垂 Sagging

Girder 剪力 縱搖 彎矩

局部負荷 海水壓力 結構種類繁多 隔艙壁水壓 載貨負荷 應力集中 油水櫃液壓

材料選擇 重量? 成本? 具彈性,不可過硬(脆性) 強度? 鋼材 延性材料 承受,吸收應力

船體一般是用鋼板及鋼骨架建造而成 鋼材具有彈性，受力後會產生變形。但單位材料面積的受力（即稱應力）在某一限度以下時，結構鋼材雖因受力而產生變形，但當外力去除後能回復未應變前的狀態

船體結構強度設計 強度設計 為了抵抗結構破損 BUCKLING YIELDING FATIGUE

實例: 散裝貨輪外板破損

破損因素 破損部位: 船舯, 吃水線附近 壓力變化大 海水衝擊 應力大 應力集中 Total Yielding Fatigue Fatigue Buckling Buckling

設計考量 查船的破損穩度 浸水艙重量改變的影響 吃水改變的影響 知道其船體應力分佈情況 知道結構容許最大的應力 靜水性能曲線圖 查船的破損穩度 浸水艙重量改變的影響 吃水改變的影響 知道其船體應力分佈情況 知道結構容許最大的應力 結構擁有足夠的剖面積以 承受應力 設計考量 船體剪力和彎矩圖 剖面模數

整體縱向強度容許曲線圖

剖面模數 Section Modulus σ=M/Z Z=I / Y M與σ成正比,Y為固定的值 只要控制I的大小 掌握Z的值 彎矩 應力 Neutral axis 中性軸 Z=I / Y Constant 慣性矩 M與σ成正比,Y為固定的值 只要控制I的大小 掌握Z的值

中性軸 一般的船體中性軸位置往下偏移 不好的應力分佈 增加上部的Z值 改善

船體結構強度分析 設計船體結構所用的材料、位置佈置、尺寸，再用軟體進行強度分析計算與法規比較 以有限元素法進行更細部的強度分析 Class Software: ABS Safehull BV Veristar DNV Nauticus LR Shipright Example:Nauticus 符合標準 以有限元素法進行更細部的強度分析

用途 計算結構強度 步驟 輸入基本性質、畫出截面、材 料佈置 … 報告內容對照 法規、強度 NAUTICUS軟體 用途 計算結構強度 步驟 輸入基本性質、畫出截面、材 料佈置 … 報告內容對照 法規、強度

基本性質 垂線間長、船寬、高、吃水深、方塊係數、水線面積係數

截面結構 設計截面工具 高張力鋼 厚度60mm

法規

強度檢驗 強度標準 不符合標準 雖然符合標準但有節省成本的空間

有限元素(FEM)分析 分析基本概念 大結構 小元素 應力集中點 EX:隔艙壁,錨機,船艏 波浪衝擊…等 環境分析 EX:擬靜態分析

船體結構施工設計 船段 BLOCK 為工作圖的繪製單位 由板材與內構料件接合而成

Block Block考慮因素 Block命名 EX: S L 36 ? ? D:Double Bottom Shell 舷指示: S：Starboard side P：Port side EX: S L 36 ? ? D:Double Bottom Shell B:Bottom Shell S:Side Shell U:Upper Deck… L:Lower U:Upper M:Middle… 補號: A：AFTER F：FORE L ：LOWER M：MIDDLE U：UPPER

結論 施工現場的深入了解與經驗累積對結構設計的能力更為自主性 現今電腦直接計算能力提升,不必完全依賴經驗公式或法規限定,使結構設計更合理化 確保船舶結構整體穩定性與強度為船體設計的首要目的

報告完畢 感謝聆聽