第二章 船体总纵强度的计算

第二章船体总纵强度的计算

知识点1 剖面模数W=I/Z

意义：表征船体抵抗弯曲变形能力的一种几何特性。

最小剖面模数——离中和轴最远的构件

（最上层连续甲板即强力甲板；船底。但船底离中和轴更近，则强力甲板处为最小剖面模数处，弯曲正应力最大）

知识点2

校核时候取危险剖面，即可能出现最大正应力的面（船中0.4倍船长范围内）。危险剖面指：骨架式改变处剖面，材料分布变化处，上层建筑端壁处剖面）

知识点3（填空）

强度等值梁：有效参与弯曲的全部构件组成的梁，该梁在抵抗总弯曲和总纵强度性能上和船体等效。

纵向强力构件：纵向连续并能有效传递总弯曲应力的构件。

（可以计入船体梁的计算中，如船中0.4-0.5倍船长连续纵向构件）

（间断构件看看即可，具体使用应该参考规范）

知识点4剖面模数及第一次近似总纵弯曲应力计算过程（课件第二章15-21页）看看即可。

知识点5（简答）为什么要校核船体构件的稳定性？

A．所有受压的甲板板列，与其他刚性构件相连的一部分完全有效。

B．而其余部分不能承受大于板极限载荷的压力。

C．不是所有纵向强力构件都完全有效参与抵抗总纵弯曲。

D．对船体结构的要求，既应该保证必要的强度，又要保证必要的

稳定性。

（简答）怎样校核稳定性？

计算临界应力：确定板的临界应力时的注意事项（课件45页）

具体的计算方法：板的稳定性计算中只需记住一些简单的边界条件，不用记那些经验公式。纵骨的稳定性计算只需记住当求得的

欧拉应力超过材料的比例极限时要对欧拉应力进行修正，以考虑材

料不服从虎克定律对稳定性的影响。

将实际应力与临界应力比较进行校核。

（填空）决定临界应力的条件：构建的几何尺寸、外力的作用方式、边界条件。

知识点6 （判断）纵向骨架在计算载荷下不允许丧失稳定性，只有板可能失稳。知识点7板的应力分布

同一水平高度的应力沿着板宽分布不均匀，与纵向骨架相连的部分板宽内应力较高，而板宽的中间部分应力较低。

知识点8剖面折减

将船体剖面中一部分失稳的板构件剖面积化为假想不失稳的刚性构件剖面积。

具体做法：刚性构件板承受按梁弯曲公式计算的总纵弯曲应力，其余部分只承受等于其临界应力的压应力。柔性构件用某虚拟刚性构件代替，保持剖面上压力值不变，柔性剖面积折算作刚性剖面积。

折减系数＝临界应力/总纵弯曲应力若大于1，取等于1.不会失稳。（之后的公式不用记）

知识点9总纵弯曲近似计算的大体思路（不要照着背，理解这个过程）第一次近似计算得到的总纵弯曲应力，在校核稳定性（和临界应力相比）时如果小，则该总纵弯曲应力可用；若大，则构件可能失稳，应进行折减计算，然后进行第二次近似计算，折减系数和总纵弯曲应力相互影响，故总纵弯曲应力计算是逐步近似的过程，选用第一次近似计算所采用的参考轴和修正面积对第一次计算的各种数据（静力矩，惯性矩等）修正，最终得到第二次近似计算的总纵弯曲应力值。若两次值相差5%，则该值可以进行校核，否则进行第三次近似计算。若第三次和第二次的值仍相差超过5%，则该结构不合理，应该设法提高柔性构件稳定性。而且第二次及更高次的近似计算均应该分别对船舶在中拱和中垂状态下进行，因为在不同弯曲状态下的剖面折减系数不一样。

知识点10纵骨架式和横骨架式的受力，传力示意图见课件67，68页。

知识点11纵向强力构件分类

第一类：只承受总纵弯曲的纵向强力构件。

第二类：同时承受总纵弯曲和板架弯曲的纵向强力构件。

第三类：同时承受总纵弯曲，板架弯曲及纵骨弯曲的纵向强力构件。

第四类：同时承受总纵弯曲，板架弯曲，纵骨弯曲及板的弯曲的纵向强力构件。

（按照合成应力校核时应保持在同一计算状态下合成应力，对四类构件可能出现最大合成应力点求其合成应力。）

注意：a. 拉正压负

b. 合成应力和相应位置许用应力比较。

c. 按合成应力校核总纵强度可以仅考虑前两个应力，后两者仅作用于个别点，不会对总纵强度有很大的影响。

（弯曲应力代数和作为总纵弯曲应力没有考虑应力性质不同而且破坏了力的平衡条件，不尽合理，但是考虑了构件参与抵抗总纵弯曲的有效程度和构件多重作用的特点，也算比较合理。）

知识点12船体总纵弯曲剪应力位于距船首尾约1/4船长附近剖面。

知识点13 梁剖面剪应力基本公式（看课件，应知道每一项的意义）

知识点14 船体梁剖面类型：开式剖面，闭式剖面（应用剪应力基本公式无法得到精确解，应该根据薄壁梁弯曲理论公式计算。）

知识点15总纵弯曲剪应力一般公式（知道什么样子）

知识点16 （判断）

剪流和弯矩无关，变化规律只和剖面对中和轴的静力矩有关，且分布规律完全取决于剖面的几何性质。

知识点17计算剪应力时候，将计算s的原点取在剪应力为0的点上（对开式剖面则是在开口端。对于闭室剖面，因计算剪应力时候为超静定问题，故应列出剖面变形协调条件来计算未知剪流q O, 将每一闭室认为的纵向切开，剖面施加剪流q i以保证切口剖面没有纵向的滑移。此时剖面变成有若干支路的“开式”剖面，每一支路在“开口”端都有非零剪流q i，该非零剪流q i都在对应于该支路的原闭室剖面引起常剪流分量q i，后对每一个闭室列出变形协调方程。（理解）

知识点18剪流连续定律

在剖面上任何连接点或者支路上，所有流进的剪流等于流出的剪流。知识点19（判断）

许用应力通常小于构件破坏时的极限应力值或危险状态的。

许用应力＝极限应力/安全系数（且随船长而增加。）

安全系数：考虑强度计算中的许多不确定性，为保证设计结构必要的安全度而引入的强度储备。

安全系数理论方法：统计方法得出。

实际方法：根据经验和实船航行实验结果，以安全经济为原则而得到的。

应用许用应力的缺点：没有考虑表征结构强度诸多因素的变动性和随机性。

优点：方法简单，经过长期的实际运用。

知识点20

塑性变形——屈服极限屈曲——临界应力断裂——疲劳极限

知识点21船体挠度（了解）

船体挠度＝弯曲挠度+剪切挠度（剪切挠度仅为前者10%，忽略）

（船体变形＝弯曲变形+扭转变形）

知识点22

载荷与应力之间具有线性关系，则强度储备系数代表船的实际强度储备，可以使用许用应力检测总纵强度。

载荷与应力之间不具有线性关系，则强度储备系数不代表船的实际强度储备，可以使用极限弯矩检测总纵强度。

（意外状态时的实际弯矩>计算弯矩）

极限弯矩即船剖面中离中和轴最远的刚性构件在受拉伸时候达到屈服极限，受压缩时达临界应力的总纵弯曲力矩。

（极限弯矩的计算公式必须知道，且应该知道各项的含义。）

计算极限状态下的最小剖面模数：

a. 确定剖面应力分布

b. 用第二次近似计算总纵弯曲应力的方法计算折减后的W

知识点23

按照极限弯矩检验船体强度：

极限弯矩/标准状态下的计算弯矩≥n（强度储备系数，表承受过载能力大小）该比值过大，有不必要的强度储备，材料未充分运用。过小，则结构强度得不到保证。

知识点24提高船体梁过载能力：

a.尽可能降低在极限弯矩下的折减程度。

b.在设计中使得临界应力达到屈服应力。

c.保证甲板边板，舷顶列板，平板龙骨在极限弯矩不失稳。