船舶总纵强度计算方法
船舶强度与结构设计
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。
极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法
极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法张增胤;赵耀【摘要】Building a large ship in an overall sea area is a trend in shipbuilding. As such, it is necessary to take into account the influence of extreme waves in the calculation of a ship's longitudinal ultimate strength reliability. The general method of load calculation does not take into account the effects of special wave loads under extreme sea conditions. In addition, for reliability analysis, extreme loads have more complicated random variables. The general method of ship reliability calculation requires these variables to obey a certain distribution, which may mean that the original method cannot be used. From the perspective of navigational limit, the maximum value of the wave bending moment is greater than that of the conventional wave bending moment which does not take the impact of extreme wave sea conditions into account. The experimental data shows that the wave moment calculation method considering extreme wave sea conditions can to some extent reflect the wave loads of ships more realistically. Secondly, by considering the characteristics of different reliability calculation methods and using case calculations, this paper gives a selection of calculation methods of the longitudinal ultimate strength reliability of ships under extreme sea conditions.%船舶全海域大型化是一个发展趋势，因此船舶总纵极限强度可靠性计算中需要将极端波浪的影响参数考虑在内。
船体强度 第二章 总纵强度计算
（1）横骨架式 载荷的传递和构件变形： 纵 桁：仅当板格弯曲带动板架弯曲时，纵 桁才发挥作用，所以纵桁参与板架弯曲和总 纵弯曲。
船体构件的多重作用及按合成应力 船舶与海洋工程系 校核总纵强度
船底板：自身在水压力下发生板格弯 曲，肋板和纵桁约束板格的变形，肋板和纵 桁发生变形即板架发生弯曲，船底板参与船 底板架的弯曲。此外，船底船体整体弯曲时， 船底板也发生总纵弯曲，因此船底板参与三 种变形：板格弯曲、板架弯曲、总纵弯曲。
纵弯曲，还承受较大的局部载荷，因此船底的剖 面模数对于船体强度也十分重要。
船舶与海洋工程系
3、总纵弯曲应力计算 实际工作中总纵强度第一次近似计算可
以按照表2-1进行。
船舶与海洋工程系
总纵弯曲应力第一次近似计算 第一次近似计算，是一种强度方面的计
算，其前提就是剖面上构件没有失稳。但 是真实情况如何，请看下面的例子：
置。因此，对薄壁构件，相当于只对板厚作 上述变换。
若被换算构建的剖面
积为 ai，应力为σi，弹 性模量Ei，与其等效的 基本材料的剖面积为a， 应力为σ，弹性模量E。
则根据变形相等，承
受同样的力P 可得左
式。
������ ������ 问题：构件的 断面惯性矩如何折算？
船舶与海洋工程系
２、总纵弯曲应力第一次近似计算 船舶与海洋工程系
损坏。
构件的受力与工作特征
船舶与海洋工程系
船体梁构件的工作特征
1. 载荷较小时（压应力小于欧拉应力），横剖 面中纵向构件的应力同步变化，应力的变化规 律符合梁理论；
2. 当载荷增大时（压应力大于欧拉应力），纵 向构件中的应力不再同步增长。柔性构件（板） 由于失稳，其抗压能力降低，应力不再增加， 而与柔性构件相邻的骨材（纵骨、纵桁）应力 大幅度增加。
总纵向强度校核校核原理1许用剪力和许用弯矩从船舶资料中查取
2）显然P´d＞Pd，故需铺垫垫木。
3）计算铺垫面积
9.81W 9.81 35 2 A 14.95m Pd 22.96
4）确定衬垫方法
9.81W 9.81 35 n 3.27 P 104.97
中间甲板和底舱：
Hd---二层舱或底舱高度
9.81H d Pd
当船上µ无资料时： Pd=9.81×0.72Hd
3.实际负荷量的计算
集中载荷
9.81W P n
n—横跨的骨材数
W—重量
均布载荷
Pd
9.81 Pi A
hi 9.81 Pd SF i
4.满足船舶局部强度要求的条件
均衡装卸各舱货物，合理安排装卸顺序；
油水的合理分布和使用；
吃水差调整时兼顾船舶拱垂状态的改善；
合理压载；
避免船舶在波浪中的纵谐摇；
保证船舶局部强度
一、定义
船体结构抵抗局部变形和破坏的能力。 对营运船舶说： 主要考虑甲板、平台、舱底及舱口盖等载 货部位。
二、局部强度校核 1.许用负荷量的表示方法 1)均布载荷Pd 均布载荷是作用在载荷部位上货物重力均 匀分布在某一较大面积上 2)集中载荷P 集中负荷是指货物重力集中作用在一个较 小的特定面积上
常用的校核方法
1.船中弯矩估算法 许用静水弯矩--- MS 正值中拱状态
实际静水弯矩---MS′
负值中垂状态
当船舶MS M S
表明该装载状态总纵强度满足要求。
2.强度曲线图校核法
横坐标---平均型吃水dM
不包括空船重量 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 ∑PiXi (104kN· m)
船体结构与强度设计总结
1、结构的安全性是指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和（或）载荷效应，并且在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。
此外，结构在正常使用时，还必须适合营运的要求，并在正常的维护保养条件下，具有足够的耐久性。
2、船体强度计算包括：（1）确定作用在船体或各个结构上的载荷的大小及性质，即外力问题；外载荷（2）确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析（亦称载荷效应分析）；或者求使结构失去它应起的各种作用中的任何一种作用时的载荷，即结构的极限状态分析（亦或求载荷效应的极限值），即内力问题。
响应（3）确定合适的强度标准，并检验强度条件。
衡准（结构的安全性衡准都普遍采用确定性的许用应力法）3、通常将船体强度分为总强度和局部强度来研究。
4、结构的安全性是属于概率性的。
5、把船体当做一根漂浮的空心薄壁梁（成为船体梁），从整体上研究其变形规律和抵抗破坏的能力，通常成为总强度。
总强度就是研究船体梁纵弯曲问题。
从局部上研究局部构件变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。
6、作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷、局部性载荷。
按载荷随时间变化的性质可分为：不变载荷、静变载荷、动变载荷和冲击载荷。
7、总体性载荷是指引起整个船体的变形或破坏的载荷和载荷效应。
局部性载荷是指引起局部结构、构件变形或破坏的载荷。
冲击载荷，是指在非常短的时间内突然作用的载荷，例如砰击。
8、结构设计的基本任务是：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。
9、船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计。
10、结构设计应考虑：安全性、营运适合性、船舶的整体配合性、耐久性、工艺性、经济性。
11、大多数结构的优化设计都以最小重量（或最小体积）作为设计的目标。
但是，减小结构尺寸、降低结构重量，往往会增加建造工作量，从而增加制造成本同时还会引起维护保养费用的增加。
船舶总纵强度计算书
2.1首尾甲板纵桁
实取首甲板纵桁L , W=325.17㎝3.
实取尾甲板纵桁L , W=266.21㎝3.
3、首尾甲板强横梁：（§2.8.3.2）
实取首部甲板强横梁：L .
实取尾部甲板强横梁：L .
4、平台甲板骨架：
甲板横梁取：L100×60×8；
甲板强横梁取：L ；甲板纵桁取：L .
（二）、甲板
1、强力甲板(§2.4.1.1&§2.4.1.3)
船长小于50m的船，强力甲板厚度应不小于表2.1.1.1规定值，实取t=6mm。
船中部甲板边板的宽度应不小于0.1B，实取宽度为1200mm。
2、甲板边板(§8.3.6)
中部区域的甲板边板
实船中部甲板边板取t＝8mm，实船艏艉部分甲板取t＝6mm。
m
半 波 高
r
1.25（A级）
m
长深比
L/D=90.60/7.80=11.84<25
宽深比
B/D=15.20/7.80=2.46<4.0
符合规范要求。
二、构件计算：
（一）、外板：
1、船底板：（§2.3.2&§8.3.1）
双壳船在全船长度范围内的船底板厚度t不小于下列两式
大舱口船货舱区域的船底板厚度t应不小于按下式及本篇2.3.2.2式计算所得之值：
式中：L、s、a同本篇2.3.2.1式；
α、β、γ，按船舶骨架形式，由下表选取：
实取t＝6㎜
平板龙骨的宽度应不小于0.1B，且应不小于0.75m。
本船平板龙骨实取t＝6㎜，宽度为1200mm.
2、舭列板：（§2.3.3）
舭列板厚度应按船中部船底板厚度增加0.5mm。若船底板厚度大于8mm时，则舭列板厚度可与船底板厚度相同。实取t＝6.5㎜，采用圆舭，R=600mm，且超过实肋板以上150mm.
第一节船舶总纵强度.
第一节 船舶总纵强度一、船舶强度基本概念1. 船舶强度：船舶结构抵抗内外力而不致破环的能力。
2. 船舶强度种类⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎨⎪⎩⎪⎪⎩纵强度总强度横强度船舶强度扭转强度局部强度 二、船舶总纵强度1. 总纵强度概述1)船舶漂浮在水面上，受到重力和浮力的作用，就整个船体看总重力与总浮力是平衡的。
但实际上在船体长度每一段上其重力与浮力是不平衡的。
由于这种重力与浮力沿着船长方向分布不均，使船体产生了纵向弯曲。
2)船体上每一段重力与浮力的差值就是实际作用在船体上的负荷。
船体正是由于负荷的作用而产生了剪力和弯矩。
剪力最大值在距首尾约1/4船长附近；最大弯矩值则在船中附近。
3)船体纵向变形的两种形式：中拱(Hogging)船体中部上拱的弯曲状态(受正弯矩作用)。
中垂(Sagging)船体中部下垂的弯曲状态(受负弯矩作用)。
2. 总纵强度的校核1)许用切力：按“许用剪切应力、横剖面对水平中和轴的惯性矩、横剖面水平中和轴以上有效构件对中和面的静矩、计算横剖面水平中和轴处舷侧外板或纵舱壁的厚度以及波浪切力”计算的许用静水切力。
许用弯矩：按“许用弯曲应力、甲板或龙骨处的剖面模数、局部构件折减系数以及波浪弯矩”计算的许用静水弯矩。
2)校核各横剖面的静水切力和静水弯矩3)当不需要校核切力时 船中静水弯矩：1[()]2SLi i i i i i M W x P x B x '=∑⋅+∑⋅-∑⋅ (,)i i m f P x d =∑⋅分别令SM '取S M ±(船中许用静水弯矩)、0、LS M ±(空船许用静水弯矩)，绘制以载荷对船中弯矩i i P x ∑⋅为纵坐标，平均型吃水m d 为横坐标的强度曲线图。
4)经验方法(拱垂值)(1)拱垂值2F A M d d d δ+=- ，则： 当0δ>时，船舶呈中拱变形；当0δ<时，船舶呈中垂变形。
(2)纵强度校验方法 当01200bpL δ≤<，纵强度处于有利状态； 当1200800bpbp L L δ≤<，纵强度处于正常状态； 当800600bpbp L L δ≤<，纵强度处于极限状态； 当600bpL δ≥，纵强度处于危险状态。
船舶总纵强度计算方法
可是这些构件的端部，由于抵抗总纵弯曲的程度较小， 则应该按下图所示扣除斜线部分的构件剖面积。
2015-3-29
总纵强度计算
2015-3-29
总纵强度计算 相邻舱口之间的甲板、同样可视为间断构件，因此如 计算剖面选在下图所示的斜线区域内时，则斜线部分 的甲板面积应扣除。
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总纵强度计算
3）、强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽 度的20%者均应扣除。 纵桁腹板上的开口，如大于腹板高度的20%，则 应扣除开口部分。 至于纵向连续构件上的个别开口，如人孔、舷窗 等，计算剖面模数时不必扣除
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总纵强度计算
不同材料之间的相换算____依据变形相等
i
Ei
E
P P i Ei E Ei i E
一、引言
总纵强度计算
问题提出：
船舶在运营过程中，船体结 构的受力颇为复杂。尤其是船体所 受重力和浮力沿船长方向分布的不 一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯 曲应力。 (这时弯曲应力大小如何衡准？)
解决思路：
将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形. 已成为研究船舶总纵强度(Longitudinal strength of ship)的标准方法。
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总纵强度计算
横骨架式——假定在船底板架上只作用着水压力。直接承受水压力的构件是外 底板，外底板将水压力传给骨架（纵骨、肋板以及船底纵桁等），然后在传到 板架的支承周界（横舱壁及舷侧）上去，传力过程如下图.
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总纵强度计算
纵骨架式——假定在船底板架上只作用着水压力。直接承受水压力的构件是外 底板，外底板将水压力传给骨架（纵骨、肋板以及船底纵桁等），然后在传到 板架的支承周界（横舱壁及舷侧）上去，传力过程如下图.
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5/23/2020
船海
2
总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
概述
在求得船体的总纵弯曲和剪力之后，我们就可以计算船 体的弯曲正应力，进行强度校核。
Mz
I
max
=
M max Wmin
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实验现象： ✓1、变形前互相平行的纵向直线、
F
F
变形后变成弧线，且凹边纤维缩
对于不同的构件，其局部弯曲正应力所包含的应力数目是不同 的，所以为：
船体总纵强度的校核内容，包括：
1、按许用应力校核 总合正应力校核 剪应力校核
2、按剖面最大承载力校核
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总纵强度计算
第一节 船体总纵弯曲应力第一次近似计算
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总纵强度计算
N、M → σ、τ→强度校核
Mz y
Mx o
x
1
总纵强度计算
计算方法： 总强度计算的标准计算方法：
（1）将船舶静置在波浪上，即假定船舶以波速在波浪的传播方向 上航行，船舶与波浪处于相对静止的状态；
（2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长，计算波高 按有关规范或强度标准选取。
（3）取波峰位于船中和波谷位于船中两种状态分别进行计算。
剖面模数定义 计算点至该中和轴的距离所得的值。
剖面面积对中和轴的面积惯矩 I z2ds
D
剖面模数
I wA zA
船底剖面模数：
wb
Ix Zb
甲板剖面模数：
wd
Ix Zd
最小剖面模数：Wmin
A
中和轴x
B
船体[参加总纵弯曲的结构件] 的(数目和尺寸)决定。
• 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。
Iz
在求得船体的总纵弯曲力矩和剪力之后，就可计算船体的 总纵弯曲应力和剪应力，以便进行强度校核。
试验表明：在一定条件下（剖面内没有构件 丧失稳性），用实心梁弯曲理论对船体梁 进行强度计算所得的结果与实际测量结果 基本相符，或极近似。
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总纵强度计算
因此为了应用梁的弯曲应力公式来计算船体总纵弯曲应力，就 必须对空心薄壁的船体梁作一个假设——等值梁假设，即假定 船体是一根等值梁。 等值梁是指在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵抗能力的一 种梁，也就是与船体等效的一种梁。
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总纵强度计算
Ai A
Ai Zi B
Ai Zi2 i C
由此，剖面中和轴距参考轴的距离为 B A
剖面对水平中和轴的惯性矩为：
I 2
C 2A
2C
B2 A
任意构件距中和轴的距离为： Zi Zi
构件中的总纵弯曲应力为：
i
M I
Zi
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总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
等值梁的剖面可以把船体剖面
中所有参与抵抗总纵弯曲的构件，
在保持其高度和面积不变的条件下，
Mz y
假想地平移至船舶中纵剖面附近，
Iz
并对称的构成一梁的剖面。
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总纵强度计算
计算剖面的选取:
进行船体总纵强度校核时应选取可能出现最大弯曲应力的危险 剖面进行计算。由总纵弯矩曲线可知，船体梁最大弯矩一般出 现在船中0.4L范围内，所以一般应选取船中0.4L范围内的最弱 剖面进行校核。
总纵强度计算
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总纵强度计算 相邻舱口之间的甲板、同样可视为间断构件，因此如 计算剖面选在下图所示的斜线区域内时，则斜线部分 的甲板面积应扣除。
2020/5/23
总纵强度计算
3）、强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽 度的20%者均应扣除。
纵桁腹板上的开口，如大于腹板高度的20%，则 应扣除开口部分。
mn
dx
z
y
d
dx
y
F
yd d y
d
E y E
FN
dA
A
E
ydA
A
0
M y
zdA
A
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A
zydA
0
M z
ydA E
A
y2dA EIZ
A
1 MZ
EIZ
Mzy
Iz
M
M
中性轴
z
m
n
y
o
o
dA
z
mn
y
dx
Mzy
Iz
max
Mz Wz
M
M x
max Wz
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总纵强度计算
总纵弯曲;板架弯曲;纵骨弯曲;板的弯曲
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总纵强度计算
第一类：只承受总纵弯曲的纵向构件，如不计甲板荷重的
上甲板，其应力记为
第二类：同时承受总纵弯曲和板架弯曲的纵向构件，如船 底纵桁材腹板，其应力记为 1+2 第三类：同时承受总纵弯曲、板架弯曲以及纵骨弯曲的纵 向构件；或者是承受总纵弯曲、板架弯曲以及板的弯曲 （横骨架式）的纵向构件，如纵骨架式中的纵骨或横骨架 式中的船底板，其应力记为 1+2+3
第四类：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲及板的 弯曲的纵向构件，如纵骨架式中的船底外板，其应力记为 1+2+3+4 以上各种弯曲，除总纵弯曲外均称为局部弯曲。
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总纵强度计算
由以上分析可知，船体纵向连续构件在总弯曲中所受到的正应 力，可以称为总合正应力。
它包括总弯曲正应力及局部弯曲正应力。
mn
短、凸边纤维伸长。
mn
✓2、变形前垂直于纵向线的横向 线,变形后仍为直线，且仍与弯曲 了的纵向线正交，但两条横向线 间相对转动了一个角度。
▪平面假设：
变形前杆件的横截面变形后仍 为平面。
中性层
▪中性轴：
中性层与横截面的交线称 为中性轴。
mn
o1
o2
m
n
中性轴
F
mn
mn
M
M
中性轴
m
n
z
y
o
o
dA
一总、纵引强言度计算
问题提出：
船舶在运营过程中，船体结 构的受力颇为复杂。尤其是船体所 受重力和浮力沿船长方向分布的不 一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯 曲应力。
(这时弯曲应力大小如何衡准？)
解决思路：
将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形. 已成为研究船舶总纵强度(Longitudinal strength of ship)的标准方法。
在舷侧上作用着的这些力 以及与舱壁相交处的剪力， 构成舷侧板架所受的不平衡 力，这个力以剪力的形式传 给相邻的舷侧板架，他就是 总纵弯曲时作用在船体剖面 中的剪力。
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总纵强度计算
由于构件相互连接，其作用是很复杂的。以纵骨架式船底板为例， 外板本身承受水压力将产生弯曲应力，然后将水压力传给纵骨，再 由纵骨传给肋板。 纵骨在传递水压力过程中将发生弯曲变形，与纵骨相连的外板部分 又将随纵骨弯曲而产生弯曲应力。 以此类推，外板中的弯曲应力将包含有板的弯曲应力、纵骨弯曲应 力、板架弯曲应力以及总纵弯曲应力等四种应力成分。 这就是船体构件承受多种作用、产生多种应力的工作特点。其变形 特征如下：
根据上层建筑强度理论分析，一般规定，凡长度超过 船长的15%，且不小于本身高度6倍的上层建筑以及同时受 到不小于3个横舱壁或类似结构支持的长甲板室，可以认 为其中部是完全有效地参加抵抗总纵弯曲的。
可是这些构件的端部，由于抵抗总纵弯曲的程度较小， 则应该按下图所示扣除斜线部分的构件剖面积。
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总纵强度计算
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总纵强度计算
中和轴：
位置：
*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。
zds
Z NA A
拉应力
中和轴z
zNA
压应力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总纵强度计算
**船体剖面模数
➢船体横剖面水平中和轴的惯性矩除以剖面内
货舱开口剖面； 船体骨架形式发生变化的剖面； 上层建筑端璧处剖面； 主体材料分布变化剖面； 重量分布特殊出现较大弯矩值的剖面；
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总纵强度计算
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总纵强度计算
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总纵强度计算
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总纵强度计算
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总纵强度计算
构件计入等值梁的条件
总纵强度计算
感谢下 载
MZ:横截面上的弯矩
y :到中性轴的距离
IZ :截面对中性轴的惯性矩
M
中性轴
总纵强度计算 z
y
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总纵强度计算
船体结构是由许多部件组成的，这些部件各自承担着一定的作用。其中一些是 直接承受外力的构件，另一些则承受别的构件传来的力。现以两种典型结构形 式的船底板架为例，进行船体结构的受力和传力过程分析。
计算船体剖面模数时，首先要确定哪些构件能够有效地参 加抵抗总纵弯曲变形，也即那些构件可以计入等值梁计算 剖面。
依据一些理论分析 和实验结果，可以 得出如下一些计入 等值梁的条件和规 定：
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总纵强度计算
1）、纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件均应 计入。
但有些纵向构件由于形状和构造的关系，不能有效地传 递总纵弯曲应力，则不能计入。