第三章船舶结构强度与结构设计课件(使用
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《船体结构与强度》课件
《船体结构与强度》PPT课件
# 船体结构与强度 ## 简介 - 船体结构的作用 - 船体强度的重要性 - 船体结构与强度之间的关系 ## 船体结构 ### 船体主要部件 - 船体骨架 - 船板 - 船底 - 船首 - 船尾 ### 船体结构设计要点 - 抗压性 - 抗弯性 - 抗剪性
船体结构与强度
船体结构
船体主要部件
船体骨架、船板、船底、船首、船尾是构成船体的主要部件。
船体结构设计要点
在船体结构设计过程中，需要考虑抗压性、抗弯性、抗剪性、抗扭性以及节能性等要点。
船体强度
1 船体强度分析方法
有限元方法、燃爆分析和沉没分析是常用的船体强度分析方法。
2 船体强度检测方法
超声波检测、磁粉探伤和声发射检测等方法可用于检测船体的强度。
船体结构的作用
船体强度的重要性
了解船体结构对船只性能的影响， 会使我们更好地了解整个船舶体 系的组成与工作原理。
船体强度是船只安全和有效运行 的基础，关系到船舶的使用寿命 以及航行过程中的安全性。
船体结构与强度之间的关系
船体结构和船体强度是相互关联 的，合理的设计和构造能够提高 船体的整体强度和稳定性。
船舶工业的发展趋势
未来，船只将更加先进和智能 化，船体结构和强度设计将更 加注重船舶的安全性和性能。ຫໍສະໝຸດ 船体结构与强度的未 来发展方向
船体结构和强度的未来发展方 向将致力于提高船体的轻量化、 智能化和可持续性。
船体结构与强度的优化
1
轻量化设计
通过使用新型材料和优化结构设计，减轻船体重量，提高航行性能。
2
智能化设计
引入智能化技术，提高船体结构和强度的可监测性和自主维护能力。
3
可持续发展设计
# 船体结构与强度 ## 简介 - 船体结构的作用 - 船体强度的重要性 - 船体结构与强度之间的关系 ## 船体结构 ### 船体主要部件 - 船体骨架 - 船板 - 船底 - 船首 - 船尾 ### 船体结构设计要点 - 抗压性 - 抗弯性 - 抗剪性
船体结构与强度
船体结构
船体主要部件
船体骨架、船板、船底、船首、船尾是构成船体的主要部件。
船体结构设计要点
在船体结构设计过程中，需要考虑抗压性、抗弯性、抗剪性、抗扭性以及节能性等要点。
船体强度
1 船体强度分析方法
有限元方法、燃爆分析和沉没分析是常用的船体强度分析方法。
2 船体强度检测方法
超声波检测、磁粉探伤和声发射检测等方法可用于检测船体的强度。
船体结构的作用
船体强度的重要性
了解船体结构对船只性能的影响， 会使我们更好地了解整个船舶体 系的组成与工作原理。
船体强度是船只安全和有效运行 的基础，关系到船舶的使用寿命 以及航行过程中的安全性。
船体结构与强度之间的关系
船体结构和船体强度是相互关联 的，合理的设计和构造能够提高 船体的整体强度和稳定性。
船舶工业的发展趋势
未来，船只将更加先进和智能 化，船体结构和强度设计将更 加注重船舶的安全性和性能。ຫໍສະໝຸດ 船体结构与强度的未 来发展方向
船体结构和强度的未来发展方 向将致力于提高船体的轻量化、 智能化和可持续性。
船体结构与强度的优化
1
轻量化设计
通过使用新型材料和优化结构设计，减轻船体重量，提高航行性能。
2
智能化设计
引入智能化技术，提高船体结构和强度的可监测性和自主维护能力。
3
可持续发展设计
第三章：局部强度
船底板架
对于舱长很短的船底板架（例如，舱长与板架计算 宽度之比小于0.8时），为确定这种板架中桁材的 弯曲应力，可将中桁材当作单跨梁处理。 近年来，有限元方法的应用，使得过去近似计算中 的一些难题得以解决。例如船底板架中构件大小形 状等的不同，间距的不同等。但是在按有限元计算 板架强度时要注意下列事项： 1.构件计算尺寸应按实际外形选取，一般不作任何 假定和简化。
桁架：几何不变性由足够数量杆件来保证。桁架传 递的只是轴力。
计算简图和力学模型
工程上的实际问题并不是理想的刚架或者是桁架， 所以只能根据实际传递力的情况来判断用刚架还是 桁架来作为模型。船体肋骨框架各构件连接有肘板 连接，节点刚性极大，约束角位移，所以简化为刚 架，节点为刚性节点；工程上的桁架节点不是理想 的铰支，而是近似刚性节点，但仍简化为桁架计算， 是因为在对比轴力和弯曲内力后，前者远大于后者， 可以将后者忽略不计，故计算时仍按照铰支算。
船底板架
• 内底板结构分析
内底板要求：计算应力不与总纵弯曲应力合成叠加。 横骨架式内底和外底板一样，计算时考虑缩减。
甲板板架
上甲板是船体等值梁的上翼板，是保证总纵强度的 最重要组成部分之一。下甲板主要承受的是货物重 量，局部强度问题在这一部位尤为重要。 横向载荷是甲板板架局部强度计算的主要载荷，无 论是上甲板还是下甲板。横向载荷的主要来源是堆 积货物和甲板上浪，尤其是甲板上浪而造成的积水， 是一定要考虑的。 货船对露天甲板堆积木材有着规范规定，所有的计 算最后都要转化为水头高度来计算。
计算简图和力学模型
• 小结
确定结构计算的力学模型时， 确定结构计算的力学模型时，必须从实际出发和分 清主次。 清主次。 实际出发：考虑结构的布置和构造，了解结构受力 状态的实际情况；
船舶强度与结构设计
1
2.船体强度计算内容和方法
(1)确定作用在船体及各个结构上的外力。 (2)确定船体结构在外载作用的响应：结构 剖面中的应力与变形 ；结构的极限状态分 析。即所谓内力问题。 (3)确定合适的强度标准，并检验强度条件。 这三部分内容是一个综合的整体，通常 被
分散到船舶静力学、船船结构力学等几门课 程中讨论。
局部强度─局部构件(纵桁、横梁、肋骨等)、节 点(肘板等)、局部结构(舱壁、甲板、船底板、 舷侧板等)的强度。
5
§2 作用在船 体结构上的 载荷
6
作用于船体上的载荷可按其响应和随时间变化进行 分类。
1.按结构响应分类：总体性载荷和局性载荷。 总体性载荷─引起整个船体变形或破坏的载荷和 载荷效应。如总纵弯曲的力矩、剪力、应力及纵 向扭矩等。
14
§4 评价结构 设计的质 量指标
15
为得到一个优秀的结构设汁，应考虑以下问 题：
1．安全性
即结构要能承受正常使用时各种可能的 载荷作用，并在偶然事件发生时及发生后， 仍能保持必需的整体稳定性(即仅产生局部 损坏而不发生整体的破坏)。
2.船舶的整体配合性
船舶是一个整体，在船舶设计时，结构 设计必须同总体、轮机、设备电气及通风等 其它方面的设计互相配合，以保证船舶在各 方面都具有良好的工作性能。
船体强度是研究船体结构安全性的科学。
1.结构的安全性
结构的安全性包括： (1)结构能承受在正常施工和正常使用时可 能出现的各种载荷，并在偶然事件发生时及发 生后仍能保持必需的整体稳定性。 (2)结构在正常使用时，对于民船必须适合 营运的要求，和具有足够的耐久性；对于军船 还必须满足在规定海况下，具有良好的战斗性 能和生命力。
局部性载荷─指引起局部结构、构件变形或破坏的 载荷，如水密试验时的水压力，机器的不平衡所 造成的惯性力、局部振动，海损时的水压力等。
2.船体强度计算内容和方法
(1)确定作用在船体及各个结构上的外力。 (2)确定船体结构在外载作用的响应：结构 剖面中的应力与变形 ；结构的极限状态分 析。即所谓内力问题。 (3)确定合适的强度标准，并检验强度条件。 这三部分内容是一个综合的整体，通常 被
分散到船舶静力学、船船结构力学等几门课 程中讨论。
局部强度─局部构件(纵桁、横梁、肋骨等)、节 点(肘板等)、局部结构(舱壁、甲板、船底板、 舷侧板等)的强度。
5
§2 作用在船 体结构上的 载荷
6
作用于船体上的载荷可按其响应和随时间变化进行 分类。
1.按结构响应分类：总体性载荷和局性载荷。 总体性载荷─引起整个船体变形或破坏的载荷和 载荷效应。如总纵弯曲的力矩、剪力、应力及纵 向扭矩等。
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§4 评价结构 设计的质 量指标
15
为得到一个优秀的结构设汁，应考虑以下问 题：
1．安全性
即结构要能承受正常使用时各种可能的 载荷作用，并在偶然事件发生时及发生后， 仍能保持必需的整体稳定性(即仅产生局部 损坏而不发生整体的破坏)。
2.船舶的整体配合性
船舶是一个整体，在船舶设计时，结构 设计必须同总体、轮机、设备电气及通风等 其它方面的设计互相配合，以保证船舶在各 方面都具有良好的工作性能。
船体强度是研究船体结构安全性的科学。
1.结构的安全性
结构的安全性包括： (1)结构能承受在正常施工和正常使用时可 能出现的各种载荷，并在偶然事件发生时及发 生后仍能保持必需的整体稳定性。 (2)结构在正常使用时，对于民船必须适合 营运的要求，和具有足够的耐久性；对于军船 还必须满足在规定海况下，具有良好的战斗性 能和生命力。
局部性载荷─指引起局部结构、构件变形或破坏的 载荷，如水密试验时的水压力，机器的不平衡所 造成的惯性力、局部振动，海损时的水压力等。
船舶结构设计与强度分析
船舶结构设计与强度分析船舶作为一种非常重要的交通工具，在人类的生活和经济发展中发挥着巨大的作用。
而船舶的结构设计和强度分析则是保证船舶安全和性能的重要因素之一。
本文将从船舶的设计原则、结构设计和强度分析等方面为读者详细介绍船舶结构设计与强度分析的知识。
一、船舶设计原则船舶设计原则主要包括几个方面，如船舶的设计目的、功能和性能、流体力学、海洋环境、安全等。
在设计船舶时需要充分考虑这些因素，以保证船舶的安全和性能。
首先，船舶的设计目的、功能和性能是设计的重要基础。
不同类型的船舶有不同的设计目的和功能，因此其设计也不同。
例如，客船需要舒适和安全，货船则需要承载大量货物和保证运输效率。
另外，船舶的性能也是非常重要的，如航行速度、稳定性、操纵性等。
设计者需要考虑到这些要素才能满足用户的需求。
其次，流体力学在船舶设计中也是非常重要的。
设计者需要考虑到水动力学因素，如阻力、推进性能等。
另外，船舶的浮力和稳定性也是需要考虑的要素。
在设计船舶时需要确保其稳定性和纵倾角，以保证其在海上航行的安全性能。
除此之外，海洋环境对船舶的设计也有很大的影响。
海洋环境因素，如水深、气候、风浪等，都会影响船舶的性能。
因此在设计船舶时需要考虑到这些因素，充分考虑海洋环境的影响。
最后，安全也是船舶设计中必须考虑的因素。
在设计船舶时需要确保其安全性能，如抗波性、抗风性、耐受性等。
此外，船舶应当装备相应的安全设备以应对不时之需。
设计者需要充分考虑这些因素，确保设计出的船舶具有良好的安全性能，以保障人民生命和财产安全。
二、船舶结构设计船舶结构设计是指对船体的各个部分进行设计，满足其航行需要和根据需要进行改进。
包括以下几个方面：1. 船体结构设计船体结构设计主要分为船头、船尾和船体三个部分。
其中，船头主要包括船头上部和船头下部，它们的几何形状和在船体中的位置都要满足航行和稳定性的要求。
船尾主要包括船尾甲板、船尾边缘和船尾柱，其中船尾柱的设计对船的稳定性影响较大。
第三章船舶结构强度与结构设计(使用精品PPT课件
船舶摇摆引起的扭矩
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5、横摇扭矩曲线的计算和绘制 （1）计算单位长度剖面的惯性矩
i mr2da A
曲线1
（2）积分得当每个站段的转动惯量得曲线2：
2、提高扭转刚度的结构措施
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扭转强度计算的必要性
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扭转强度计算的必要性
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3、船体扭转强度计算的方法与步骤
1）确定扭矩产生的原因，计算扭矩；
2）根据横剖面结构的布置，确定扭转刚度严重 消弱的剖面，计算该剖面的船体抗扭惯性矩；
3）计算扭转剪应力 计算模型：船体梁模型，按照总强度第一次总弯 曲应力的计算方法，将船体简化为梁模型，计算剖 面的抗扭特性。
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船舶摇摆引起的扭矩
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▪ 船舶摇摆引起的扭矩
船舶在波浪上横摇时，横摇加速度引起惯性力，
产生扭矩。
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船舶摇摆引起的扭矩
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图 横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力
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船舶摇摆引起的扭矩
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扭转轴：通过全船重心的纵轴。
1、离心力对于扭转轴的回转力矩=0
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x 尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点
x
x
T(x)cdx0cdx0vedx
首端点扭矩为零，即
L
T 0 cdx0
船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：
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作用在船体上的扭转外力
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图 波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线
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作用在船体上的扭转外力
扭矩曲线的斜率等于分布扭矩曲线：
船舶与海洋工程结构物强度课件
船舶与海洋工程结构物强度课件船舶与海洋工程结构物强度是海洋工程领域中非常重要的课程，涉及到船舶和海洋工程结构物的设计、建造和运行过程中所需的强度学知识。
这门课程通常包括以下内容：1. 结构力学基础，介绍结构力学的基本原理，如受力分析、应力、应变、材料力学等，为后续学习提供基础。
2. 船舶结构强度，讲解船舶结构的设计原理、材料选择、受力分析等，包括船体、甲板、舱壁等部位的强度计算和评估。
3. 海洋工程结构物强度，涵盖海洋平台、海底管道、海洋风电等结构物的强度设计与评估，考虑海洋环境、载荷、材料等因素。
4. 疲劳与断裂力学，介绍材料疲劳与断裂的基本理论，以及在船舶与海洋工程结构中的应用和影响。
5. 结构可靠性与安全评估，讲解结构可靠性理论，以及如何对船舶和海洋工程结构进行安全评估和风险分析。
这门课程的学习对于从事船舶与海洋工程结构设计、工程管理、海洋资源开发等领域的工程师和研究人员来说至关重要。
学生通过学习这门课程可以掌握船舶与海洋工程结构物的强度设计与评估方法，提高工程实践能力，为相关领域的发展和创新做出贡献。
在课件设计方面，通常会包括理论讲解、案例分析、实例演练等多种教学手段，以帮助学生深入理解课程内容。
课件可能包括文字、图片、表格、动画等多种形式，以便更好地呈现和解释相关的知识点和案例。
同时，课件设计也应该注重与工程实际的结合，引入真实的工程案例和实践经验，帮助学生将理论知识应用到实际工程中去。
总的来说，船舶与海洋工程结构物强度课件应该全面系统地介绍相关的理论知识和实际应用，帮助学生掌握强度设计与评估的基本原理和方法，培养工程实践能力，促进相关领域的发展与创新。
船舶强度PPT课件
.
17
• 甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数wb
弯曲应力
wd
Ix Zd
wb
Ix Zb
Z d Z b w d w b
.
18
甲板剖面模数的腐蚀修正 （1） 近似公式计算法
wdnwdn
（2）经验法
根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖 面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.4～0.6％。
扣除原则：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。
（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生
弯曲或变形的能力。 （二）船体纵向弯曲或变形的原因
船舶所受重力和浮力沿船长方向分 布不一致造成。
.
4
.
5
p(x)
（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线
重量曲线（Weight curve） 浮力曲线（Buoyancy curve）
b ( x ) q(x)p(x)b(x)
影响因素：装载排水量、船舶类型、 LBP、计算状态时的方形系数Cb。
.
24
船舶各剖面实际剪力和弯矩的计算公式 （1）计算各剖面的重力和重力矩 （2）计算各剖面的浮力和浮力矩 （3）计算各剖面的实际剪力 （4）计算各剖面的实际弯矩
SF i Wi Bi BM i MGiWi li MBi
.
25
3、百分比校核法
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。
.
44
个人观点供参考，欢迎讨论！
M W
I
• M—计算剖面的总纵弯矩
• I—计算剖面对中和的惯性矩
• Z—所求应力点至水平中和轴的垂直距离
船舶结构与强度设计 第3章
E
2EI
Al2
2 E N / mm2 I cm4
A cm2 100l2
0.001E I a Al2
② 受压板格的理想弹性屈曲应力：
E
0.9K
C
E
tb 1000s
N
/ mm2
式中：E——材料弹性模量，N/mm2； s——板格的短边长度，m； tb——板的厚度，mm； KC——系数：
2
N
/
mm2
由于
1
a2 b2
2
1
横骨架式板欧拉应力近似为：
E
20 100t a
2 N
/ mm2
③四边受剪应力作用板欧拉应力：
E
107100t 2 N b
/ mm2
板欧拉应力与板厚度和短边宽度有关。 横骨架式板欧拉应力约为纵骨架板格的四分之一。 哪种骨架形式甲板稳定性好? “玛丽”号事故？
规范给出典型船体剖面类型剪应力计算公式。
作业 1. 方驳剖面如图，型宽8m，型深2.5m，甲板、舷侧 和纵壁板厚10mm，底板厚12mm，甲板纵桁 300×10/150×12(T)，底纵桁400×10/150×12(T)， 计算中剖面对甲板和船底模数。
2. 如果中垂静水弯矩MS＝－6210kN.m，分别计算甲 板和船底板总弯曲应力。
船体剖面模数是表征船体结构抵抗弯曲变形能 力的一种几何特征，也是衡量船体强度的一个重要 标志。
4.船体剖面几何特性计算
船体剖面几何特性——剖面惯性矩和剖面模数
船体剖面实际是一个复杂的组合剖面，因此船 体剖面特性计算采用组合剖面特性计算方法。
船体剖面特性计算应包括哪些构件？ 纵向强力构件——纵向连续并能够有效地传递 抗总纵弯曲应力的构件，即船中0.4L范围内纵向连续 构件。如，甲板、外板、内底板、纵骨和纵桁等。
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船舶摇摆引起的扭矩
船舶摇摆引起的扭矩
船舶在波浪上横摇时，横摇加速度引起惯性力， 产生扭矩。
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船舶摇摆引起的扭矩
图 横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力
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v c
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作用在船体上的扭转外力
尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点
x x
x
T ( x ) cdx cdx v edx
0 0
首端点扭矩为零，即
T cdx 0
0
L
船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：
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本节内容
1
2 3
船体扭转强度计算的必要性
作用在船体上的扭转外力
船舶摇摆引起的扭矩
4
扭转强度计算的标准状态
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扭转强度计算的必要性
1、船舶大开口引起船舶抗扭刚度减小 甲板开口船舶如下图所示：
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作用在船体上的扭转外力
船舶倾斜产生的扭矩(货物引起的扭矩)
船舶倾斜由于装载不对称引起，船舶在航行过 程中，由于风浪作用船舶发生剧烈运动，货物移动， 导致装载不对称引起船舶出现倾角，船舶在有横倾 角的状态保持平衡状态：即全船重量=排水量，横 倾力矩=复原力矩。 产生扭矩的原因：虽然总体上船舶满足平衡状 态，但是单位长度上倾斜力矩与复原力矩不相等， 其存在差额，该差额引起扭矩。
1）确定扭矩产生的原因，计算扭矩； 2）根据横剖面结构的布置，确定扭转刚度严重 消弱的剖面，计算该剖面的船体抗扭惯性矩； 3）计算扭转剪应力 计算模型：船体梁模型，按照总强度第一次总弯 曲应力的计算方法，将船体简化为梁模型，计算剖 面的抗扭特性。
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作用在船体上的扭转外力
图4-4. 吃水不对称引起的压力差
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作用在船体上的扭转外力
单位长度的总 扭矩为垂向力单位长度扭矩和水平力单 位长度扭矩叠加，即 单位长度扭矩=
c ch
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扭转强度计算的必要性
甲板面积严重损失，开口宽度b与船舶宽度B比值可达到 80%。
开口和闭口的自由扭转惯性矩按下式计算
开口惯性矩：
1 n 3 J n ti hi 3 i 1
4A Jn ds t c
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2
闭口惯性矩：
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扭转强度计算的必要性
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船舶摇摆引起的扭矩
扭转轴：通过全船重心的纵轴。 1、离心力对于扭转轴的回转力矩=0 2、切向惯性力对于扭转轴的倾斜力矩
d k m r da 2 A dt
2 2
：横摇加速度引起的单位长度的倾斜力矩
i mr da
2 A
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作用在船体上的扭转外力
船舶斜浪航行引起的扭转力矩
计算假定：不考虑波浪的动效应，计算结果为 静波浪扭矩。 波长与船长之间关系为：
L cos
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作用在船体上的扭转外力
图 4-1. 船舶斜浪航行受力图
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x x
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船舶摇摆引起的扭矩
c v e
:船舶倾斜后的复原力矩,
:船舶单位长度的排水量;
开口后，扭转惯性矩显著降低。因此大开口船舶容易 出现扭转刚度不足发生扭转变形破坏。
2、提高扭转刚度的结构措施
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扭转强度计算的必要性
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扭转强度计算的必要性
3、船体扭转强度计算的方法与步骤
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作用在船体上的扭转外力
图 单位长度浮力作用线偏离中纵剖面
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作用在船体上的扭转外力
单位长度的扭矩为
c v e
t .m / m
e
：单位长度船舶浮力作用线到中纵剖面的距离； ：单位长度的浮力 ：单位长度的扭矩。计算斜浪航行的波浪扭矩关 键是计算每个横剖面上的波面线,即确定波面与横剖 面的交线。
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作用在船体上的扭转外力
1、垂向力引起的扭矩 前体浮心距离中纵剖面为e,排水量为V；后体浮心 距离中纵剖面为e。在船中的扭矩为:
T中 V e
V : 前体排水量。
单位长度扭矩的计算：考虑单位船长，重力作用线通过 中纵剖面，但是浮力的作用线离开中纵剖面为距离e,如 下图
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大开口船舶水平力引起的扭矩
由于扭转中心离开重心G较远，扭转中心在横剖 面结构的下方，水平力：两舷压力差引起水平扭矩， 如下图
hi :微段上压力差的合力作用中心； ei ：作用中
心线到扭转中心的距离。
水平力引起的单位长度的扭矩为：ch
hi ei
Compa体上的扭转外力
图 波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线
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作用在船体上的扭转外力
扭矩曲线的斜率等于分布扭矩曲线：
dT c dx
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作用在船体上的扭转外力
船舶摇摆引起的扭矩
单位长度整个剖面质量对于扭转轴的质量惯性矩。 3、船舶倾斜 角时，浮力作用产生的复原力矩 船舶倾斜 角时，浮力作用产生复原力矩c和倾斜力 矩k在单位长度上是不相等的，其差值（k-c）引起单位 长度的扭矩。距离尾端x处剖面上的扭矩为：
d 2 T ( x) k c dx i k c dx 2 0 0 dt