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。
船体受到的最基本的载荷有：装载的货物(或武备)、 油、水等重力及舷外水压力(静水或波浪)。这些载 荷既引起局部结构、构件的变形成破坏，同时又 是引起船体梁总纵弯曲或扭转的基本载荷。
7
2.按载荷随时间变化分类：不变载荷、静载荷、动 载荷和冲击载荷。 不变载荷─在作用时间内不改变其大小的载荷， 如静水载荷(包括静水压力、货物压力、静水弯矩 等)、水密试验时的水压力等。在不变载荷作用下 的结构响应分析称为静力分析。 静载荷─载荷在作用时间内基本不变化的，故又 称为准静态载荷。如，作用于船体的波浪载荷(包 括动水压力、波浪诱导弯矩等)、液体货物的晃动 压力、航行中的甲板上浪、下水载荷等，其中最 重要的是波浪载荷。由于波浪载荷的随机性以及 载荷与响应之间的复杂的相互作用，其计算是一 项复杂的任务它涉及统计理论、流体动力学，以 及系统分析等多种专门知识。
9
动载荷─是指在作用时间内的变化周 期与所研究的结构构件响应的固有振 动周期同阶。如局部结构的强迫(机械) 振动、由螺旋桨引起的脉动压力、船 体梁的波激振动等。这方面的内容属 于“船舶振动”课程内容。 冲击载荷─指在非常短的时间内突然 作用的载荷，例如砰击，水下爆炸冲 击等。
10
在计算动载荷及冲击载荷的响应时， 通常需作动力分析才能有足够的精度。
传统的评定船体强度和确定性的 设计方法终将会由船体结构的可靠性 分析的概率设计计算方法所代替。
4
总强度─将船体当作飘浮的空心薄壁梁(称为 船体梁)，从整体上研究其变形规律和抵抗 破坏的能力，通常称为总强度。
由于舶体主要是纵弯曲变形，所以总 强度就是研究船体梁纵弯曲问题。
随着如集装箱船这类甲板长大开口船 的出现，计算扭转强度也成了十分重要的 问题，目前在这方面的研究已取得了长足 的进步。
通常静力分析和动力分析是分开进 行的，动力分析通常只研究对于静载 荷的偏离，因此，结构总的响应为这 两种分析结果的和。
11
§3 结构设计 的基本任 务和内容
12
结构设计通常在船舶总体设计完成之后， 船舶的主要尺度、船体型线及总体布置(船 舶建筑型式、甲板层数、甲板与内底位置 及舱室的划分等)已经确定后进行。
1.结构设计的基本任务：
1)选择合适的结构材料和结构型式； 2)决定全部构件的尺寸和连接方式； 3)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。
13
2.船体结构设计各阶段的任务
船体结构设计分为三个阶段，即初步设计、 详细设计和生产设计。在不同的阶段完成不同的 工作： (1)初步设计 根据技术任务书对整个结构的设计 原则(例如，船体材料及结构型式的选择、重大技 术措施的采取等)进行分析比较，对主要构件的布 置与尺过进行理论估算，并绘制横剖面图，给出 钢料预估单。 (2)详细设计 根据确认的初步设计及审批初步设 计时所作的各项决定，解决结构设计中的技术问 题，最终确定构件的布置、尺寸及连接方式，提 交验船部门审查所需要的设计图纸及技术文件。 (3)生产设计 绘制各部结构、构件连接的施工详 图，以及分段施工图等。
8
直至目前造船业仍将船舶静置在波浪上 的纵强度计算的标准方法。由于所有船舶 的强度都是在同一计算原理的基础上进行 比较，而作为比较标准的许用应力又是以 大量安全航行的总纵弯曲应力计算、海损 事故的纵强度分析以及实船测量所得的大 量应力数据为基础，并按照安全要பைடு நூலகம்制定 出来的。实践表明，采用这种方法在一定 范围内进行应力比较和判断船体强度，具 有简单、方便、可靠等优点。
2
结构的安全性标准以在规定计算载荷下计算 结构剖面中的应力 与许用应力[ ] 相比较， 即利用条件 [ ] 检验强度是否足够。
实际上在船体强度计算中有许多不确定因 素：
(1) 载荷具有很大的变动性和随机性； (2) 材 料的性能的不确定性； (3)建造质量，分析计 算中的简化、假设、近似所造成的误差等。
因此，结构的安全性是属于概率性的，只有 运用概率方法才能充分揭示作用在船体结构中 的随机外力的真相和结构材料在随机载荷作用 下的破坏机理。
3
在船舶结构工程中概率方法的应用目 前仍处于初步阶段。现行对民船仍采 用规范法，对超规船则辅以直接计算 方法，而军船则采用计算方法。在具 体计算中，通常将船体强度分为总强 度和局部强度进行研究。