船体总纵强度计算
船舶总纵强度计算方法
剖面对水平中和轴的惯性矩为：
I
2
C2A
B2
2C
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
Z i
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总纵强度计算
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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。
Mzy
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。
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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。
M z 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
zds
船舶总纵强度计算中剪力弯矩的几个概念
说明：这篇帖子是作为解答一位船友的疑惑而撰写的，希望看到这篇帖子的朋友，能了解一些东西，能学到一些东西，也欢迎大家交流。
这篇帖子，是对原来的文章的补充和进一步说明，涉及的方面有：①，概念：包络值、许用值、能力值；②，船舶总纵强度计算设计的流程。
①，概念先来说说概念吧。
对于包络值、许用值、能力值几个概念，结合我的理解做以下解释：<一>总纵强度校核都是针对于静水工况而言的，计算和比较的是静水条件下的船体梁强度。
<二>总体的要求是：在任何剖面: 任意装载工况下的剪力弯矩值<= 包络线确定的剪力弯矩值<= 设计值确定的剪力弯矩值<= 能力值确定的剪力弯矩值<三>总纵强度计算的目的，有两个：1，设计船体剖面：即，结合装载工况，船体重量分布，计算出船体在静水中的浮态，然后积分船体梁受到的载荷，得到各个剖面沿着船长分布的剪力弯矩。
所有的载荷工况下的剪力弯矩就能确定剪力弯矩的包络线。
这个就是所述包络值的概念，在船舶设计的前期进行；由于包络线是前期初步计算的结果，在实际的建造过程中，船体的重量分布可能会出现偏差，这就引出了剪力弯矩的设计值，即CCS软件中的剪力弯矩的许用值，这个值就是设计者用于设计各个船体剖面结构的剪力和弯矩的大小，基于包络线考虑了一定的设计裕度。
得到剪力弯矩的设计值之后，叠加上相关船舶规范上规定的波浪附加弯矩和剪力【当然，波浪附加弯矩和剪力也可以通过计算确定】设计者就能设计船体剖面了。
即，要求设计的剖面所能承受的剪力弯矩不能小于（剪力弯矩的设计值加上波浪附加剪力弯矩）。
流程图为：船体重量分布+ 载荷工况+ 船体线型------------> 剪力弯矩包络线------ [设计裕度] ------> 剪力弯矩设计值剪力弯矩设计值------ [叠加波浪附加弯矩和剪力] ------> 进行船体剖面的设计2，校核船体剖面强度：校核船体剖面强度是船体剖面设计好之后的工作，在剖面设计过程中，考虑到船舶相关规范和载荷对船体结构的要求，设计的船体梁剖面所能承载的剪力和弯矩往往大于（设计值加附加值）的要求，计算各个船体梁剖面的剖面特性，能够得到该剖面处的剪力弯矩承载能力，但是这个剪力弯矩不是CCS软件中所谓的能力值，(⊙o⊙)…因为前面已经说过了（<一>总纵强度校核都是针对于静水工况而言的……），船体梁剪力弯矩的能力值大小等于实际船体剖面处的剪力弯矩承载能力减去相关船舶规范规定的波浪附加弯矩和剪力【当然，波浪附加弯矩和剪力也可以通过计算确定】。
甲板船总纵强度计算的两种方法对比
近 年来 随着 国 内航 运 业 的快 速发 展 ， 内航 国 道 、 口及 码 头 因改建 、 港 扩建 ， 需要 设 计 和 建造 用 于运输 石头 、 黄沙 等 的大 型 甲板运 输 船 。多数 此 类 型 的 甲板 船 的 主尺 度 比超 出规 范要 求 ， 要 对 需 其 波浪 载荷 进 行 直 接 计 算 。 目前 ， 浪 载荷 作 为 波 船 舶载 荷 中最重 要 的载 荷 ， 多 学 者 都 对其 展 开 许 了相关 研究 ， 算方 法也 由二 维 切 片 法 完 善 到 了 计 工 程实 用 的三维 非 线 性 算 法 等 ¨ ， 于 这些 算 法 Ｊ基
１ ３ 等效 设计 波 的确定 ．
将船体置于一个确定 的规则波在其所上计算
９ ９
第 ６期
船
海
工
程
第４ ０卷
结 构应力 。此 规则 波在其 所具 有 的波长 、 相位 、 波 高情 况 下产生 的结 构 响应 相 当于长 期预 报值 。利
由于结 构受 到 的载 荷 大多 是 非 平衡 的 ， 体 本～２５ｒｄ ｓ
１ ２ 模型 建 立及计 算结 果 ．
根据船舶表面型线 、 质量分布建立水动力模 型 ， 水动力分 析模型包括质量模 型、 边界面单元模型 。
边界 面单 元模 型 即 Ｐ ｎ ｌ ｏ ｌ， 图 １ ａｅＭ ｄｅ 见 。
质量 单元模 型 （ 图 ２ ， Ｍａｓ ｄｅ 用 于 见 ）即 ｓＭｏｌ，
甲板 船 总 纵 强 度 计 算 的两 种 方 法对 比
陈 威 ， 晓彬 ， 双喜 李 徐
（ 武汉理工 大学 交通 学院， 武汉 ４ ０ ６ ） ３０ ３
摘
要： 分别运用水动力计算结合全船有 限元 方法 以及 薄壁 梁理论计算 ８ 甲板船 的总纵强度 。结果 ９ｍ
船体结构与强度设计总结新
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大概浮现的各种载荷和（或）载荷效应，同时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纳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、把船体当做一根漂移的空心薄壁梁（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，按其对结构的阻碍可分为：总体性载荷、局部性载荷。
按载荷随时刻变化的性质可分为：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，是指在特别短的时刻内猛然作用的载荷，例如砰击。
8、结构设计的基本任务是：抉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时期，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。
然而，减小结构尺寸、降低结构重量，往往会增加建筑工作量，从而增加制造成本同时还会引起维护保养费用的增加。
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。
船舶强度与设计名词解释
船舶强度与设计名词解释引起船体梁总纵弯曲的外力计算总纵弯曲：船体梁在外力的作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力波浪剪力：完全是由波浪产生的附加浮力引起的附加剪力重量曲线：船舶在某一计算状态下，描述船体重量沿船长分布的曲线不变重量：即空船重量，包括船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量变动重量：即装载重量，包括货物、燃油、淡水、旅客压载等各项可变重量总体性重量：即沿船体梁全长分布的重量，包括主体结构、油漆、索具等局部性重量：沿船长某一区段分布的重量，包括货物、燃油、机电设备等浮力曲线：船舶在某一装载时，描述浮力沿船长分布状况的曲线载荷曲线：引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线静水剪力曲线：船体梁在静水中所受到的剪力沿船长分布状况的曲线计算状态：在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态波浪要素：包括波形、波长与波高坦谷波：波峰陡峭、波谷平坦，波浪轴线上下的剖面积不相等的波史密斯修正：考虑波浪动力压力影响对浮力曲线所做的修正总纵弯矩：船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩的代数和重量的分布原则:遵循静力等效原则。
保持重量的大小不变；保持重量的重心的纵向坐标不变；近似分布曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或大体相同重量曲线绘制的方法与原理？梯形法：船舶往往中部丰满，两端尖瘦，可以将平行中体部分用均匀的重量分布，两端部分用两个梯形分布，根据重量分布原则确定梯形要素围长法：假设船体结构单位长度的重量与该横剖面围长（包括甲板）成比例。
该方法适用于船舶主体结构重量的分布库尔求莫夫法：用特定的阶梯型分布曲线来表示船体重量的分布装载曲线、剪力曲线、弯矩曲线的特征:首尾端点处的剪力和弯矩为零，亦即剪力和弯矩曲线在端点处封闭零载荷点与剪力的极值相对应，零剪力点与弯矩的极值相对应剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船中的某处，而在离首尾约船长的1/4 处具有最大正值或负值弯矩曲线在两端的斜率为零，最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围内载荷曲线特点：与坐标轴之间所围面积之和等于零；该面积对纵轴上任一点惯性矩为零。
2500t起重船总纵强度计算
１ 波浪 载 荷直 接 预 报
对该 船进行 波浪载荷 直接 预报 。本 计算 包括 以
下 内容 ：
分布拟合船体运动合载荷的长期响应分布 Ｆ ：
摘
要： 根据《 国内航 行海船建造规范》 ２０ ） （０ ６ 的要求 ， 对于不满 足 曰＞ ，／ ￣２５的船舶应采用直接计算法 ５ Ｂ Ｄ＜ ．
确定总纵强度 。通过 Ｓ Ｓ Ｍ、 ｘｕｆ Ｅ Ａ Ｍａｓｒ等软件直接对 ２５０ｔ 重船 的波 浪弯矩和波浪切 力 、 ０ 起 静水 弯矩和静水 切 力进行 了预报和计算 ， 并校核了该船的总纵弯 曲应力和剪切应力 。结果表明 ， 其总纵强度满足要求 。
１ １ ３ 波浪 谱与波 浪散布 图 ．．
完 成 ， 中水动 力计 算 网格 和质 量 分 布模 型在 Ｐｔ 其 ａ． ｒｎ—Ｐｅ模 块 中完 成 ， 体 波 浪 动 压 力 计 算 采 用 ａ ｒ 船 ＷＡ Ａ 模块 ， ＤＭ 波浪 诱 导 载荷 的长 短期 预报 统 计 分
析 采用 Ｐ Ｓ Ｒ Ｓ Ｏ Ｔ Ｅ Ｐ模块 。
第 ５期
宋
健等 ： ０ 起重船总纵强度计算 ２５０ｔ
１ ３
ｓ （
（
） Ｓｘ （一 （ －ｅｐ
）
式 中 ：ｒ ｏ 为变 量 的方差 。 概率 累计 函数 Ｆ（ 为 ： ） Ｆ ）＝１一ｅｐ （ ｘ （一 ） 出一定 的 超越 概 率 ， 给
式中： ∞为波 浪 圆频 率 ， ｄ ｓ Ｈ 为 有义 波 高 ， ； ｚ ｒ ／ ；ｓ ａ ｉ Ｔ ｎ 为波 浪跨零 周期 ，。 ｓ 波 浪散 布 图采 用 全 球无 限航 区 波浪 散 布 图 ， 波
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。