第07章船舶强度.ppt

海上货物运输,航海学院,货运教研室,第七章 船舶强度 （Strength of ship）,第一节 保证船舶总纵强度 第二节 保证船舶局部强度,,第一节 保证船舶总纵强度,一、船体强度的分类 二、总纵弯曲产生的原因 三、总纵剪力和弯矩的计算 四、总纵弯矩的估算 五、总纵强度的校核 六、影响总纵弯曲的因素,一、强度定义和分类,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 横强度 扭转强度,,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。

二、总纵弯曲产生的原因,1、总纵弯曲变形 2、船体纵向弯曲或变形的原因 3、弯曲力矩及弯曲应力 4、剪切力及剪切应力,中垂变形(sagging),中拱变形(hogging),,船体变形,船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形船体受正弯矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱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：中垂变形 dM¤ dM：中拱变形 dM¤ ＝ dM：无拱垂变形,首尾平均吃水：,拱垂判定：,拱垂值：,2、总纵弯曲产生的原因,原因：船舶所受重力和浮力沿船长方 向分布不一致造成3、船体弯矩和弯曲应力,弯曲力矩：,单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形船体结构的弯曲应力,弯曲力矩的大小：,纵向结构件：,外板、甲板板、纵骨、纵珩,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：,任意横剖面处的纵向连续构件将承受拉（压）力作用，单位面积所受的拉（压）力为弯曲应力弯曲应力计算,W：剖面模数,弯曲应力大小分布：,中和轴处为0,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,最大剖面模数：W,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4、船体剪切力及剪切变形,任意横剖面处的纵向连续构件将承受剪切力，单位面积所受的剪切力为剪切应力剪切应力最大值出现在中和轴处剪切力：,剪切变形：,剪切应力：,单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形Nx,剪切应力计算,其中：N—总纵剪力 I—面积惯矩 b—ZA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,三、总纵剪力和弯矩的计算,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,-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τmax： 弯曲应力最大值σmax ：,四、船中静水弯矩估算,1、基本估算式：,总纵弯曲的原因？,最大弯矩的位置？,五、船舶总纵强度校核,,1、弯曲应力和切应力法 2、许用弯矩/剪切力法 3、百分比校核法 4、强度曲线图法 5、船舶吃水校核法,1、弯曲应力和切应力法,—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：,材料的许用弯曲应力,1、船用钢材： 一般强度钢 伸缩率： 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；刚才腐耗和船舶使用年限；船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：,2、许用弯矩/剪切力法,[M]—许用弯矩,由于,若,则：,由于,若,则：,[N]—许用弯矩,,,3、百分比校核法,目前的装载计算机对船舶总纵强度的校 核多采用此方法 一般分港内和海上两种状态校核分数系数：,许用弯矩校核：,船中弯矩估算：,（1）绘制原理,4、强度曲线图法,（2）曲线图的使用,因为：,所以：,载重弯矩：,许用载重弯矩：,强度曲线图,曲线图的使用,曲线图的构成 纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。

横坐标：平均型吃水强度曲线的使用,点划线 虚线 实线 点划线和虚线之间：有利范围 虚线和实线之间：允许范围 实线之外：危险范围 点划线左上方：中拱范围 点划线右下方：中垂范围,（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：,,,,,,,,,,[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：,5、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： 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[有利范围）,[正常范围）,[极限范围）,[危险范围,六、影响船舶拱垂变形的因素,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,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）,b、隔舱装载：,应用：提高总纵强度的方法,提高总纵强度方法,（1）中拱状态：,中机船满载状态 尾机船压载状态 中后机船压载状态,合理分配载重，提高船舶总纵强度： 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）中垂状态：反之,（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：,甲板剖面模数的腐蚀修正,甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.4～0.6％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：,（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40％L区间强力甲板的剖面模数应满足：,无限航区（Ι类航区）： 近海航区（ Π类航区）： 沿海航区（ Ⅲ类航区）：,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,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,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：,四、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。