第七章 船舶强度分析
船舶结构强度分析与风险评估研究
船舶结构强度分析与风险评估研究船舶作为重要的海上交通工具，结构强度和风险评估是确保航海安全的核心要素。
本文将探讨船舶结构强度分析和风险评估的研究，旨在提供船舶安全性管理的参考指南。
首先, 我们将对船舶结构强度分析展开讨论。
船舶的结构强度是指在正常运行和预期使用情况下，船体及其组件的承载能力。
结构强度分析的目的是评估船体各部分的强度，并确保其在各种载荷条件下的安全性。
为了达到这一目标, 需要进行全面的结构分析和计算。
主要的分析工具包括有限元分析和计算力学模型。
通过这些方法, 可以模拟不同的载荷情况, 包括静载荷和动载荷。
例如, 考虑到波浪、载重和操纵力, 结构分析可以预测船舶在各种海况中所面临的强度挑战。
此外, 还需要对船舶结构进行材料强度评估, 确保所选材料符合设计要求, 并具有足够的强度和韧性。
第二个方面是船舶风险评估。
船舶在运行过程中常常面临各种风险，如碰撞、火灾、泄漏等。
因此，对船舶的风险进行评估和管理至关重要。
风险评估的主要目标是确定并评估各种可能的事故和灾害情景，并制定相应的应对措施。
评估过程需要考虑船舶的各个方面，包括结构强度、航行性能、船舶系统和设备的可靠性等。
其中，结构强度是风险评估的重要组成部分，因为船舶的完整性是预防事故的关键。
通过结构强度分析和评估，可以识别和解决潜在的结构问题，提高船舶的安全性。
为了有效进行船舶风险评估，需要采用系统化的方法和工具，如风险矩阵分析和事件树分析。
风险矩阵分析通过将可能发生的事故和灾害情景与其潜在的严重性和概率相匹配，以可视化的方式展示风险级别。
事件树分析则通过建立各个事件之间的因果关系，确定可能发生的不同事故路径，并评估其潜在后果。
通过这些评估工具，船舶管理者可以制定相应的预防和应急措施，降低风险，并提高航行安全性。
船舶结构强度分析与风险评估研究的重要性不言而喻。
它们提供了有效管理船舶安全性和风险的方法和工具。
通过结构强度分析，可以预测船舶在各种载荷情况下的强度挑战，并采取相应措施来加强结构。
船舶结构与强度分析
船舶结构与强度分析
船舶结构与强度分析是对船舶结构进行计算、分析及验证的过程，旨在保证船
舶的安全性、可靠性和经济性。
一艘船舶的结构由许多部分组成，例如船体、甲板、船舱等，每个部分都有其具体的强度要求。
在进行结构分析前需要明确船舶的使用环境、航行条件、载货情况等诸多因素。
船舶结构分析一般可以分为三个阶段：静态强度分析、动态强度分析和疲劳强
度分析。
静态强度分析主要用于计算船舶各部分在受静载荷作用下的强度，例如船舶在停泊、装卸货时所受的荷载。
动态强度分析主要针对船体在水中航行时所受的作用力，例如波浪荷载、推进力等。
疲劳强度分析则是通过考虑船舶在长期使用中的疲劳作用，来评估船体在经过多次载荷循环后的损伤情况。
在进行结构分析时需要使用一些专业的软件，例如ANSYS和ABAQUS等。
这些软件可以模拟各种物理载荷对船体的作用，以及船体材料的力学性质。
通过数值模拟分析可以快速得出船舶各部分的强度，并根据计算结果针对性地进行结构设计和优化。
在玩具船到海上大货轮，不同类型的船舶在结构和强度方面都存在着天然的差异。
例如在大型油轮上，可靠性和安全性是最重要的要求之一。
因此，其结构设计需要考虑到较高的载荷和对液态羟基等液体的运输。
而在高速客轮上，需要优化船体的设计，以便在航行时降低阻力和提高速度。
总之，船舶结构与强度分析是保障船舶安全、可靠、经济的重要方法之一。
在
设计和制造的过程中，需要充分考虑各种使用环境和载货情况，以达到最优设计效果。
同时，不断研究和探索新的分析技术和方法，为船舶行业的发展做出贡献。
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。
船舶结构强度分析与优化方法
船舶结构强度分析与优化方法船舶作为一种重要的水上交通工具，其结构强度直接关系到船舶的安全性、可靠性和使用寿命。
因此，对船舶结构强度进行准确的分析和有效的优化是船舶设计和建造过程中至关重要的环节。
船舶在航行过程中会受到各种外力的作用，如静水压力、波浪载荷、货物载荷、风载荷等。
这些外力会使船舶结构产生变形和应力，如果应力超过了材料的强度极限，就会导致结构的破坏，从而引发严重的安全事故。
因此，在船舶设计阶段，就需要对船舶结构的强度进行精确的分析，以确保船舶在各种工况下都能够安全可靠地运行。
船舶结构强度分析的方法主要有两种：传统的解析方法和现代的数值方法。
传统的解析方法主要是基于材料力学和结构力学的理论，通过简化船舶结构的几何形状和载荷分布，建立数学模型，求解结构的应力和变形。
这种方法虽然简单直观，但由于其对船舶结构和载荷的简化过于严重，往往难以准确地反映船舶结构的实际受力情况，因此在现代船舶设计中已经逐渐被淘汰。
现代的数值方法主要包括有限元法、边界元法和有限差分法等。
其中，有限元法是目前船舶结构强度分析中应用最为广泛的方法。
有限元法的基本思想是将连续的船舶结构离散成有限个单元，通过对单元的分析和组合，求解整个结构的应力和变形。
这种方法可以较为准确地模拟船舶结构的复杂几何形状和载荷分布，从而得到较为精确的分析结果。
在进行船舶结构强度分析时，首先需要建立船舶结构的有限元模型。
这包括对船舶结构进行几何建模、网格划分、材料属性定义和边界条件设置等。
几何建模是将船舶结构的实际形状转化为计算机能够识别的数学模型，网格划分是将几何模型离散成有限个单元，材料属性定义是确定船舶结构所用材料的力学性能参数，边界条件设置是模拟船舶结构在实际运行过程中的约束和载荷情况。
建立好有限元模型后，就可以通过有限元分析软件进行求解。
求解的结果包括结构的应力分布、变形情况和振动特性等。
通过对这些结果的分析，可以评估船舶结构的强度是否满足设计要求。
船舶结构设计与强度分析研究
船舶结构设计与强度分析研究船舶是人类重要的运输工具之一，其结构设计与强度分析对于船舶的安全和性能至关重要。
本文将探讨船舶结构设计与强度分析的研究内容及其重要性。
船舶结构设计的目标是确保船舶在各种工作条件下都能满足安全、经济和可靠性的要求。
船舶结构设计的核心任务包括：船体、船内设备的布置设计、船舶各个部位的尺寸和形状设计、结构材料的选择与选型等。
这些任务在设计船舶时都要充分考虑船舶的载荷特性、运行条件和预期使用寿命等因素。
船舶结构设计的基础是对船舶载荷的合理估计。
船舶的载荷主要包括静载荷和动载荷。
静载荷包括自重、燃料、货物、人员等固定的重量，而动载荷则是由于波浪、风力和操作引起的。
船舶结构设计需要根据这些载荷对船舶各个部位的强度要求进行计算，以确保船舶在正常运行和紧急情况下的安全性。
船舶结构设计还需要考虑船舶的抗扭刚度和抗扭能力。
因为船舶在水中运动时，受到波浪等外界力的作用，会出现扭曲变形。
在设计船体时，需要合理布置结构材料和构件，以增强船体的抗扭刚度和抗侧倾能力，从而提高船舶的稳定性和安全性。
船舶结构设计中的关键问题之一是材料的选用和使用寿命的预测。
船舶结构在海洋环境下需要承受长期的水冲刷、氧化和腐蚀等作用，因此需要选择耐腐蚀性强、强度高的材料。
此外，船舶的使用寿命也是设计的重要考虑因素。
船舶运营成本巨大，设计人员需要预测材料的使用寿命，以在设计过程中考虑船舶维护和修理的成本，从而提高船舶的经济性和可靠性。
船舶强度分析是对船舶结构力学特性进行研究和计算的过程。
强度分析的目的是确定船舶结构在各种载荷和运行条件下的承载能力，确保船舶在正常和紧急情况下的安全性。
强度分析的主要内容包括船舶结构的应力分布、应力集中和疲劳分析等。
通过对船舶的强度分析，可以及时识别结构弱点和潜在的故障源，为船舶设计和维护提供重要指导。
船舶强度分析中的关键问题之一是疲劳分析。
船舶在长期运行过程中会出现疲劳破坏，这是由于载荷的反复作用导致材料出现裂纹和断裂。
第七章船舶结构强度与结构设计(使用精品PPT课件
船舶强度与结构设计
第七章 应力集中
本节内容
1
概述
2 常见结构的应力集中问题求解
3
肋骨框架计算
4
船底板架
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概述
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应力集中：在结构断面突变的位置，应力值远远高 于平均应力的局部现象称之为应力集中。概括为： 小范围、高应力
应力集中的特点： 1.应力变化范围大。可以远高于平均应力，也可为 0，甚至应力方向也可改变； 2.高应力分布范围小，属局部现象。一般只局限于 结构突变处附近，对远离突变处影响很小； 3.应力峰值随结构变化明显。结构不连续或者构件 断面突变；
解析方法——弹性力学 理论
数值方法——有限元分析
试验——光弹性、实船测量
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常见结构的应力集中问题求解
❖ 圆形开孔板拉伸时的应力集中
1898年德国的G.基尔施首先得出圆孔附近应力集中的 结果。 ▪ 无限大板 设圆孔半径为a，板宽2B→∞，均匀受拉，无限远应力 为σ。，根据弹性理论可知，板内任一点（r,θ)处的应 力状态：
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概述
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应力集中系数：应力集中处的最大应力与所选定的 平均应力之比值。
应力集中系数是表示应力集中的程度；所选定的应 力平均值要求与应力集中现象无关的名义应力，其 取法并不是唯一的。因此，确定应力集中系数时应 指明选择的基准应力。
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概述
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应力集中系数k值，多数是利用光弹性试验求得的， 仅有少数几个特定形状的开口，可以根据弹性理论 求出其精确值。当然，用有限元法也可得到相当精 确的数值。对于船体结构而言，由于其实际结构复 杂性，各种实船测量也是研究应力集中问题的一个 重要手段。
总纵强度
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，假想地平移至船舶中纵剖面附近，并对称地 构成一个梁的剖面。这个虚拟的实心剖面的梁就 是空心薄壁船体梁的等值梁，如下图所示。
于是，船体剖面上纵向连续构件的总纵弯曲应力就
可以按梁的弯曲应力公式计算：
总纵强度
船舶总纵强度的计算
总纵弯曲应力
静置法
假使船舶以波速在波浪的前进方向上航行，此时船与波的 相对速度为零。这样就可以认为船体是在重力和浮力作用 下静平衡于波浪上的一根两端完全自由的直梁。
由于重力和浮力沿船长的分布规律并不一致，故两者在每单位船长上 的差额就构成作用在船体梁上的分布载荷。船体梁在这个载荷作用下 将发生总纵弯曲变形并在船体梁断面上产生剪力和弯矩。
应力 外板 水 压 力 纵骨 水 压 力 肋板 随纵骨弯曲产生弯曲 应力
弯曲变形
以此类推：
板的弯曲应力
外 板 中 的 弯 曲 应 力
船体构 件承受 多种应 力，产 生多种 应力的 工作特 点
纵骨弯曲应力
板架弯曲应力
总纵弯曲应力
其变形特征如下图所示：
纵向强力构件分类
按照上述分析，根据纵向构件在传递载荷过程中所产
3.计算弯矩：波峰时M=654700KNM
波谷时M=-245700KNM
4. 船体材料：计算剖面的所有构件均采用高强度低合
金钢材。（即不需要基本材料的换算）
5.112号肋骨剖面参加总纵弯曲的纵向构件共39个，其
尺寸和编号见下图。计算中取比较轴距基线6m处。
6.剖面几何要素及应力计算见下表：
应按照下图扣除斜线部分的构件剖面积。
船舶结构强度分析及设计优化
船舶结构强度分析及设计优化船只是人类历史上的重要交通工具之一，它不仅可以通过水路连接各个地区，还可以承担货物和人员的运输任务。
但是，船只的安全性是最重要的，因此在每次设计和建造船只时，船舶结构强度分析和设计优化是非常重要的。
这篇文章旨在探讨如何进行船舶结构分析以及如何进行设计优化。
一、船舶结构强度分析在设计一艘船时，船舶结构强度是非常重要的，因为不光是船只的空间大小和灵活性需要考虑，还要考虑到船只能够在较恶劣的天气条件下安全地完成航行任务。
在进行船舶结构强度分析时，需要考虑以下因素：1. 负载情况船舶有多种不同的负载情况如：自重、船员、货物、燃料和水。
每一种负载都会增加船舶的重量，同时也会对结构强度产生影响。
因此，需根据实际负载情况进行船舶结构强度分析。
2. 力学要求在船只设计过程中，要考虑到船只能在恶劣的海洋环境中顺利航行，因此船只的结构必须能够承受气流和波浪的作用力。
船只设计时必须满足三个力学要求：剪切力、弯曲力和扭曲力。
3. 材料强度在船只设计过程中，需要考虑船只的材料强度。
通常船只在建造过程中会使用不同材料的组合，如钢铁、铝等。
因此，要进行材料强度分析，以确保船只材料本身的强度能够满足任务需求。
二、船舶设计优化进行完船舶结构强度分析后，接下来就是设计优化。
在船只设计中，只有满足以下几个方面，才能让一艘船只成为安全、高效和经济的船只：1. 减轻船只重量对于船只设计来说，重量已经是一个非常重要的方面。
因为船只的重量越轻，船员的航行成本也就越低。
船只重量的减轻可能可以通过改变船只的材料、结构和形状等方面来实现。
2. 提高航速为了让船只航行速度更快、航程更长，设计师需要在船只速度、船体设计和动力装置方面进行优化。
最终目标是提高船只的速度和性能，同时保持船只的稳定和可靠性。
3. 节油减排现在许多国家都提倡低碳环保的理念，国际海事组织为此颁布了许多关于船舶排放的法规。
因此，在船只设计过程中，需要考虑如何减少船只的能源消耗和减少对环境的影响。
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2、静水弯矩及静水切力法 LBP90m的船舶，通常只校核计算船中 剖面上的静水弯矩。
MS MS
90m<LBP 150m的船舶，通常需要校核 船中剖面上的静水弯矩和波浪弯矩。
MS MS
Mw Mw
LBP>150m的船舶，需要校核重要剖面的 剪力和弯矩。
M i .s M i .s
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。
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
3、百分比校核法 目前的装载计算机对船舶总纵强度的校 核多采用主要剖面的实际剪力和弯矩与该 剖面的许用剪力和弯矩的比值是否超过 100％来确定纵强度是否满足要求。 一般分港内和海上两种状态校核。
M i .w M i .w N i . s N i . s N i .w N i .w
影响MS因素：营运时间长短、LBP、B、夏 季满载时的方形系数Cb(不得小于0.6)、剖 面模数Wd 。 船中剖面实际静水弯矩MS´的计算
1 M S 9.81 [(W H m Wm x Pi xi ) C LBP ] 2
海上货物运输
航海学院
货运教研室
第一篇 第七章 船舶强度 （Strength of ship）
强度定义及分类
总纵强度 局部强度 扭转强度
一、强度定义和分类
1、强度定义 船体结构抵御内外力作用的能力。 船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。 2、强度分类 纵强度 总强度 强度
注意 船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开 航； 船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开 航； 船舶处于危险拱垂范围，不能开航。
6、百分制校核法 （1）将最大静水许用弯矩作为100； （2）将船舶各项重量以舱为单位除100， 然后分别乘预先确定的分数系数得 到分数值； （3）将各计算分数值相加得到分数值和； （4）若该分数值和不超过100，则说明船 舶 的总纵强度符合要求。
p ( x)
b( x )
浮力曲线（Buoyancy curve） 负荷曲线（Load curve）
q( x) p( x) b( x)
剪力曲线（Shear curve） 负荷曲线的积分曲线。
N ( x) q( x)dx ( p( x) b( x))dx
0 0 x x
弯矩曲线（Bending moment curve） 剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重 积分曲线。
（五）船体拱垂变形 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。 弯曲应力的最大值出现在龙骨板或 上甲板。
1、中拱（Hogging） 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。 2、中垂（Sagging） 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。
MS NS 100%， 100% MS NS
4、强度曲线图法 （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）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。
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
横强度
扭转强度 局部强度
二、总纵强度 (Longitudinal strength)
（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。
（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线
重量曲线（Weight curve）
M S 0 M 校核法 （1）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 （2）利用吃水判定拱垂的变形大小
d M船 中－d M
（3）利用拱垂差的大小校核总纵强度
Vi .ch Pi Q Pi Pi Pi Pi (1 10%) Vi .ch
舱别 货舱容积 舱容比％ Pi 调整值 上下限 范围 NO.1 3075 14.58 1955 196 2151 1759 NO.2 4119 19.53 2619 262 2881 2357 NO.3 4210 19.96 2676 268 2944 2408 NO.4 5719 27.12 3636 364 4000 3272 NO.5 3967 18.81 2522 252 2774 2270 Total 21090 100 13408
3、影响船舶拱垂变形的因素 船体有效构件的尺寸、材料及分布 载荷配置 船舶与波浪的相对位置关系 （1）船舶中拱，处于波浪中，波长约等 于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。 （2）船舶中垂，处于波浪中，波长约等 于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。
（六）船舶总纵强度的校核方法
1、经验法（舱容比配货法）
LBP 正常拱垂值： 1200 LBP 极限拱垂值： 800 LBP 危险拱垂值： 600
LBP 有利拱垂范围： 1200 LBP LBP 正常拱垂范围： 1200 800
LBP LBP 极限拱垂范围： 800 600 LBP 危险拱垂范围： 600
M ( x) N ( x)dx
0
x
x
0
x
0
q( x)dx
结论 剪力最大值约位于距首尾L/4处； 弯矩最大值约位于船中处，且向 首尾逐渐减小。
（四）船体剪切变形 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。 剪切应力最大值出现在相应板材与 横剖面水平中心线的交点处。