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1、第八章 船体强度,船舶工程系陈 燕,第8章 船舶强度 (Strength of ship),专题一 概述 inf专题二船体总纵弯曲应力第一次近似计算inf7.3 详算法求总纵弯矩和剪力曲线 inf7.4 计算弯曲应力 inf7.5 总纵弯曲 强度衡准式 inf7.6 腐蚀对剖面模数的影响 inf7.7 许用弯曲应力 inf7.8 总纵剪切强度衡准式 inf7.9 营运船舶总纵弯曲强度的控制和判别 inf7.10 局部强度 inf,8.1 概述,船体结构及构件 inf船体受力 inf船体强度的分类 Inf船体总纵强度的校核内容 Inf,一、船体结构及构件,甲板：甲板纵桁、甲板纵骨、甲板横梁底板：
2、底板纵骨、中底桁、旁底桁、肋板舷侧：舷侧纵骨、舷侧纵桁、肋骨,强力构件的分类,一类构件：只承受总纵弯曲的纵向构件不计甲板荷重的上甲板二类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲的纵向构件船体纵桁材腹板三类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲及纵骨弯曲的纵向构件 横骨架式船底板四类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲、纵骨弯曲及板的弯曲的纵向构件 纵骨架式船底外板,二、船体结构承受的内、外力,内力：局部力外力：重力、浮力、惯性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖带力，螺旋桨的推力。,三、船体强度的分类,1、强度定义船体结构受内、外力作用时，船体抵抗发生变形或破坏的能力。2、强度分类,强度,总强度,局部强度,纵强度
3、横强度扭转强度,船体强度的分类,1）总纵强度：船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。2）横向强度：船舶抵抗横向变形和破坏的能力。3）扭转强度：船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。4）局部强度：船舶抵抗局部变形和破坏的能力。,3）扭转强度（Torsional strength）,定义船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的能力。产生原因沿船长方向单位长度重力和浮力横向、纵向不共垂线造成的。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。如集装箱船舶、木材船等。,四、船体总纵强度的校核内容,按许用应力校核： 总合正应力校核 剪应力校核按剖面最大承载能力校核：,总纵弯曲变形船体纵向弯曲或变形的原因 等值梁假设构件计入等值
4、梁的条件总纵弯曲应力的第一次计算,7.2 船体总纵弯曲应力第一次近似计算,中垂变形(sagging),中拱变形(hogging),一. 总纵弯曲变形,船体受负弯矩作用，中部的浮力 ? 于重力，首尾部的浮力 ? 于重力；船舶上甲板受? ，船底受? ，发生中部 ? 的变形。,船体受正弯矩作用，中部的浮力 ?于重力，首尾部的浮力 ? 于重力；船舶上甲板受 ? ，船底 受? ，发生中部 ? 的变形。,利用吃水判定船舶的拱垂,利用吃水判定船舶的拱垂,dM dM：dM dM：dM dM：,1）首尾平均吃水：,3）拱垂判定：,2）拱垂值：,中垂变形中拱变形无拱垂变形,二、总纵弯曲产生的原因,原因： 船舶所受
5、重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。,x,三、等值梁假设,用实心梁代替船体梁进行强度校核,等值梁：,船体梁：,等值梁假设：,把船当作一根漂浮的空心薄壁梁。,在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵抗能力的一种梁,四、构件计入等值梁的条件,1）纵向强力构件 纵向连续并能有效传递总纵弯曲应力的构件；船中部0.4L0.5L区域内的纵向连续元件 2）中部区域只占部分船长的非连续构件3）强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽度的20%均应扣除,在计算船体剖面模数时，由于船体结构对称于中纵剖面，一般只需对半个剖面进行计算。 具体步骤如下：,五、总纵弯曲应力的第一次计算,画半剖面图,强力构件编号,选取参考轴,按
6、表计算,船体剖面几何要素计算表,7.3 详算法求总纵弯矩和剪力曲线,计算步骤 inf影响弯矩和剪力的因素 inf标准计算状态 inf,一、 详算法求总纵弯矩和剪力曲线,3、负荷曲线（Load curve）,5、弯矩曲线（Bending moment curve）,4、剪力曲线（Shear curve）,1、重量曲线（Weight curve）,2、浮力曲线（Buoyancy curve）,示例,实例,总纵剪力和弯矩的计算 示例,结论,总纵剪力和弯矩的计算 实例,5t,5t,d,X,X,O,B,A,C,D,O,B,A,C,D,O,B,A,C,D,0.5t/m,1t/m,1.5t/m,2.5t,-
7、2.5t,12.5t.m,-0.5t/m,0.5t/m,剪力最大值Nmax：弯矩最大值Mmax ：,X,O,B,A,C,D,2.5t,-2.5t,12.5t.m,0.5t/m,结论,位于距首尾L/4剖面的中和轴处；位于船中剖面的上甲板处。,位于距首尾L/4的剖面处；位于船中剖面处。,剪应力最大值max：弯曲应力最大值max ：,二、 影响船舶总纵强度的因素,1、重力分布对拱垂变形的影响：（1）船舶布置（2）积载方案2、浮力分布对拱垂变形的影响：（1）船舶形状（2）船舶与波浪的相对位置3、船体有效构件的尺寸、材料及分布,（1）船舶布置对总纵强度的力影响,a、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线,
8、b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较,b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较,满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较,空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较,中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较,（2）积载方案对总纵强度的影响,a、经验法（舱容比配货法）,27742270,40003272,29442408,28812357,21511759,上下限范围,252,364,268,262,196,调整值,13408,2522,3636,2676,2619,1955,Pi,100,18.81,27.12,19.96,19.53,14.58,舱容比,21090,3967,5719,4210,4119,30
9、75,货舱容积,Total,NO.5,NO.4,NO.3,NO.2,NO.1,舱别,b、隔舱装载：,应用：合理分配载重提高总纵强度,合理分配载重，提高船舶总纵强度,方法：货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允许的条件下，中区货舱应按装货重量的上限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货物不应过分集中于中区货舱。油水分配及使用：油水应自中区向首尾装载；使用时应自首尾向中区。正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应空舱。,（2）波浪对总纵弯曲的影响,a、船舶中垂，波谷位于船中，危险。,W,X,W,X,b、船舶中拱，波 峰位于船中，危险,波长等于船长，,船舶与波浪的相对位置关系：,标准波：,三、标准计算状态,标
10、准波波长等于船长；波峰（谷）位于船中；坦谷波； 标准装载状态满载出港满载到港（剩10燃料）压载航行,最大弯曲应力：,弯曲应力最大值在距离中和轴最远处的龙骨板或上甲板处。,弯曲应力：,弯曲应力计算：,拉应力,压应力,剖面模数W,弯曲应力大小分布：,中和轴处为0,7.4 计算弯曲应力,中和轴,中和轴：,通过剖面几何形心且平行于基平面的轴线。是船体梁在弯曲过程中各个剖面转动的轴线,特点：中和轴处不承受压/拉应力。,zNA,位置：,剖面模数,剖面面积对中和轴的面积惯矩,剖面模数,最小剖面模数：Wmin,船底剖面模数：,甲板剖面模数：,它是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船体总纵强度
11、的一个重要标志,船体参加总纵弯曲的结构件的数目和尺寸决定。,7.5 总纵弯曲 强度衡准式,整体衡准式,典型点衡准式,任意剖面处,船中处的总纵弯矩,船中处的剖面模数,甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.40.6。,（1） 近似公式计算法,（2） 经验法：,使用年限小于5年的船舶取下限，使用年限10年以上的船舶取上限。,（3） 腐蚀极限：,7.6 腐蚀对剖面模数的影响,（3）腐蚀极限,船长大于或等于60m的远洋干散货船，船长大于或等于90m的远洋液体货船，在船中40L区间强力甲板的剖面模数应满足：,无限航区（类航区）：近海航区（ 类航区）：沿海航区（ 类航区）：,1、船用钢材：一般强度钢伸缩率：
12、高强度钢伸缩率：,2、影响许用弯曲应力的因素：材料的力学性能；海波与标准计算波高的差异；钢材腐耗和船舶使用年限；底和甲板尚需计及局部结构强度的影响；结构的稳定性；,3、许用弯曲应力大小：,7.7 许用弯应力,7.8 总纵剪切强度衡准式,详算法计算剪应力 inf承担剪切强度的主要构件 舷侧外板，纵向舱壁板 总纵剪切强度整体衡准式 inf,许用剪切力,剪切应力计算,中和轴x,D,A,B,其中：N总纵剪力I面积惯矩b 高度处水平线上构件厚度的总和S 剖面上或下边缘与ZA高度线之间所围面积 对中和轴的面积静矩,总纵剪应力：,最大剪应力？,在中和轴处,7.9 营运船舶总纵弯曲强度的控制和判别,估算法计算
13、船中弯矩估算式 inf前苏联船中弯矩估算式 inf平水拱垂判定方法 inf总纵弯曲调整 inf船舶总纵强度校核 inf,1. 船中弯矩基本估算式,总纵弯曲的原因？,最大弯矩的位置？,船体弯矩=重量力矩-浮力力矩波浪弯矩,？,估算式（首尾对称）,详算：,2. 前苏联船中弯矩估算式,解释,船体弯矩=重量力矩-浮力力矩波浪弯矩,船体弯矩=重量力矩-浮力力矩波浪弯矩,90m以下的船舶 仅考虑静水中的船中弯矩和剪力；90m-150m的船舶 应同时考虑静水中的剪力和弯矩及波浪中的剪力和弯矩；150m以上的船舶 应对重要剖面的弯矩和剪力进行校核,详算法计算M判定估算(首尾对称)M判定吃水判定 inf,二、平
14、水拱垂判定方法,中拱中垂无弯曲,3、利用吃水判定拱垂,拱垂值：,中拱中垂无弯曲,三、总纵弯曲调整,1、船内载荷纵向移动,2、装卸载荷 inf,2、装卸载荷,1、许用弯曲应力和切应力法2、许用弯矩/剪切力法4、强度曲线图法5、船舶吃水校核法,？,？,？,？,四、船舶总纵强度校核,材料的许用弯曲应力,材料的许用剪切应力,计算的最大弯曲应力：,计算的最大剪切应力：,其中：,1. 许用弯曲应力和切应力法校核,2、许用弯矩/剪切力法,M许用弯矩,由于,取：,由于,则：,N许用弯矩,（1）绘制原理,3、强度曲线图法,（2）曲线图的使用,因为：,a. 无弯曲点划线,载重弯矩范围：,c. 中垂许用载重弯矩：下
15、实线,？,b. 中拱许用载重弯矩：上实线,曲线图的构成纵坐标：横坐标：,强度曲线图,曲线图的使用,？,强度曲线的使用,点划线虚线实线点划线左上方：点划线右下方：点划线和虚线之间：虚线和实线之间：实线之外：,（1）适用条件 船长小于90m或者装载均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。（2） 使用方法：纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。横坐标：平均型吃水。（3）区域划分：,中拱范围中垂范围有利范围允许范围危险范围,有利范围）,正常范围）,极限范围）,危险范围,有利拱垂范围：正常拱垂范围：极限拱垂范围：危险拱垂范围：,4、利用拱垂差的大小校核总纵强度,拱垂值：,注意,船舶处于有利和正常拱垂范围
16、： 船舶处于极限拱垂范围： 船舶处于危险拱垂范围：,注意,可以开航；只能好天气开航；不能开航。,第二节 保证船舶局部强度,一、定义船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏的能力。船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。二、核算部位舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。三、核算指标及核算方法四、实际负荷量的计算五、允许负荷量的确定六、保证局部强度不受损伤的措施,三、负荷量的表示及校核方法,载箱部位上作用在箱底座处的集装箱总重量（kN）。,校核方法,均布载荷pd：集中载荷P：车辆载荷Pv ：堆积负荷Pc ：,单位面积允许承受的最大重量（kPa）。,某一较小特定面积上允许承受的最大重量（kN）。,载车部位允
17、许承受的以特定车轮数目为前提的车辆及所载货物的总重量（kN）。,甲板实际负荷量 甲板允许负荷量,局部强度的校核方法,均布载荷pd：集中载荷P：车辆载荷Pv ：堆积负荷Pc ：,原则：,四、实际负荷量的计算,（2）集中载荷：（Concentrated load）,（1）均布载荷（Even distributed load）,（3）集装箱载荷：（Container load）,五、允许负荷量的确定,1、查取局部强度计算书 P153,集中载荷和集装箱载荷的允许负 荷量同理可查得。,2、经验法,2、经验公式计算法（均布载荷pd）,中间甲板和内底板,上甲板：,一般：,加强结构：,轻结构：,加强结构：,六、保证局部强度不受损伤的措施,按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；舱内货物重量分布应均匀；装载重大件货物时应加衬垫；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；固体散货应合理平舱；装载重货时应限制其落底速度。,最小衬垫面积Smin的确定,最小衬垫面积：,均布载荷的校核：,
