第一节船舶总纵强度.
船舶强度
' MS M' 船舶在实际装载状态下静水弯矩 S ，根据下列近似公式计算：
2)船舶在实际装载状态下静水弯矩
(5-4) 式中：△o——空船重量，t； m ——空船重量的相当力臂，m：中机船 m = 0.2277 Lbp； 中后机船 m = 0.2353 Lbp； 尾机船 m = 0.2478 Lbp； Pi ——载荷(包括货物、压载、燃油、淡水、粮食等)的重量，t； Xi ——载荷重心距船中距离的绝对值，m； △——船舶在计算状态时的排水量，t； Ｃ——船体浮力的相当力臂系数，可根据船舶在计算状态的方形系数Ｃb 从规范中查 得。如表 5-3；Ｌbp 为船舶垂线间长，m。 公式（5-4）中，9.81（△0· m + ΣPiXi）为船舶的重量力矩；9.81△·Ｃ·Ｌbp 为船 体的浮力矩，该数值可在船舶资料中查取，如表 5-4。 表 5-3 C 值表
图 5-3 船舶的最大剪力与最大弯矩
由于弯矩作用使船舶产生两种变形： 1.中拱（Hogging） ：船体受正弯矩作用，中部上拱，这时船中部浮力大于重力，首、尾
部浮力小于重力，船舶上甲板受拉伸，船底受挤压。如图 5-4a 2.中垂（Sagging） ：船体受负弯矩作用，中部下垂，这时船中部重力大于浮力，首、尾 部重力小于浮力，船舶上甲板受挤压，船底受拉伸。如图 5-4b
第一节
船舶强度基本概念
船舶结构抵抗船体发生极限变形和损坏的能力称为船舶强度（Strength of ships） 。船舶 强度分为总强度（包括纵向强度，横向强度，扭转强度）和局部强度。从船舶积载角度来说， 主要考虑船舶的纵向强度和局部强度问题。 船舶强度是否满足要求， 取决于船体结构尺度的 正确选择和船上载荷分布的合理性。 对于已投入营运的船舶， 只能通过合理的载荷分布来改 善船舶的受力情况。因此，正确地使用船舶，合理地分布载荷，保证船舶积载满足船舶的强 度要求，对保证船舶安全运输和延长船舶的使用寿命都具有重要的现实意义。 一、纵向强度 船体结构抵抗总纵弯曲或破坏的能力称为船体纵向强度（Longitudinal strength） ，纵向 强度主要研究船体在外力作用下抵抗纵向弯曲、剪切和扭转的能力。当船舶正浮时，船舶总 的重力与总浮力大小相等，方向相反，作用在同一条垂直线上，即重力与浮力相平衡。如图 5-1 所示。
项目四 钢质船舶规范法结构设计(9) 总纵强度的要求
2. 船长大于或等于 船长大于或等于50m时，船舯剖面对水平中和轴 时 的惯性矩I应不小于按下式计算所得之值 应不小于按下式计算所得之值： 的惯性矩 应不小于按下式计算所得之值： I =3.5W0L×10-2 cm2·m2 × 式中： 船中剖面模数， 式中：W0——船中剖面模数，cm2·m，按上式计算； 船中剖面模数 ，按上式计算； 3. 船长大于或等于 船长大于或等于80m时，船舶尚应按规定对总纵 时 弯曲强度及屈曲强度进行校核。 弯曲强度及屈曲强度进行校核。
计算静水弯矩Ms和静水剪力 时载荷的符号规定 计算静水弯矩 和静水剪力Fs时载荷的符号规定， 和静水剪力 时载荷的符号规定， 向下的载荷取为正值，向上的载荷取为负值， 向下的载荷取为正值，向上的载荷取为负值，从 尾端向船首沿船长积分。静水弯矩、 尾端向船首沿船长积分。静水弯矩、静水剪力的 符号(正 规定见下图。 符号 正、负)规定见下图。为方便记忆，可总结 规定见下图 为方便记忆， 使梁单元逆时针转动的截面剪力为正， 为，使梁单元逆时针转动的截面剪力为正，使梁 单元发生中拱变形的截面弯矩为正。 单元发生中拱变形的截面弯矩为正。
•波浪附加弯矩 波浪附加弯矩WM沿船长的假定分布如下图所示 波浪附加弯矩 沿船长的假定分布如下图所示
•波浪附加剪力 波浪附加剪力FW(+)（中拱）、 ）、FW(－)（中垂）按下式计 波浪附加剪力 （中拱）、 － （中垂） 算：
FW(+)=αF K1K2LB kN FW(－) =αF K1LB kN － 式中： 系数， 式中：K1——系数，K1 =(1423+7.55L－0.1L2) 系数 － ×10-3 K2——系数，K2= 0.5+0.5Cb； 系数， 系数 ； L、B、Cb——同上； 同上； 、 、 同上 αF——航区波高修正系数，A级航区取 ，B级航区 航区波高修正系数， 级航区取 级航区取1.0， 级航区 航区波高修正系数 级航区取0.07； 取0.45，C级航区取 ， 级航区取 ； 波浪附加切力FW沿船长的假定分布如下图所示： 沿船长的假定分布如下图所示： 波浪附加切力 沿船长的假定分布如下图所示
船体结构03
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三、外板的厚度
2、外板板厚沿肋骨围长的变化 平板龙骨和舷顶列板受力大，故较其它板厚一些。
3、局部加强 (1)首端锚孔区域； （2）尾端螺旋桨区域； （3）外板开口； （4）船的特殊用途部分（如：航行于冰区的船）。
船体板列合并。
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四、外板的布置
2、外板的端接缝 1）外板的端接缝比边接缝的焊接质量要求高； 2）充分利用钢板长度； 3）各列板的端接缝应尽可能布置在同一横剖面内，一般布
置在1/4或3/4肋距处； 4）外板各列钢板的长度一般在中段取得长些，首尾取得短
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第二节 甲板板
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第二节 甲板板
二、甲板板的厚度 1）纵向：中部厚，向首尾端则逐渐减薄。 2）横向：甲板边板最厚，主要原因：承受总纵弯曲应力
和易受腐蚀。 三、甲板板的布置
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第二节 甲板板
四、舷边连接 1）舷边角钢铆接；2）圆弧舷板连接；3）舷边直接焊接。 优缺点：
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舷边三种连接的优缺点
1.舷边角钢铆接:
优点: a.因为舷边位于高应力区,铆钉连接具有重新分布应力的优点,故能减少产生 结构损坏的危险; b.铆接有止裂作用,一旦甲板板发生裂缝,可防止裂缝向舷侧板继续扩展.
缺点: 铆接的工作量大,劳动强度大,不适应现代工艺要求,现已被焊接取代.
新造船舶结构强度校核
满足下列条件的船舶 L≥65m L/B>5 B/D≤2.5 Cb≥0.6 对于不满足以上条件的船舶，其波浪载荷应采用直接计算确定 船体梁各横剖面的中拱波浪切力F W 和中垂波浪切力F W 应按下列各式计
式中 F 1 和F 2--- 切力分布系数 C--- 系数 C b--L ---船长m B--- 船宽m
3.4 装载手册的的审核 船舶竣工后，设计部门应及时编制该船的装载手册，并送审。
对船长65m及以上的海船，装载手册应包括以下内容： (1) 船舶类型和主要参数； (2) 船舶设计所依据的装载工况，包括静水弯矩和剪力许用值； (3) 静水弯矩和剪力的许用值的计算结果，以及适用时扭转载荷和横向载荷的许用值的计算
3。船体梁的强度校核
3．1 船体梁弯曲强度 3．2 船体梁剪切强度与曲屈强度 3．3大开口强度计算 3. 4 装载手册的的审核 3. 5 装载仪
船体梁弯曲强度 基本剖面模数---船中最小剖面模数W0应不小于按下式计算所得之值 W0=CL2B(Cb+0.7）cm3 式中 C --- 系数 Cb --- 方形系数 L --- 船长m B --- 船宽m 许用静水弯矩 沿船体梁各横剖面处的许用静水弯矩Ms（+）和Ms（+）应按下列公式计算 Ms（+）=M–Mw(+) kN m Ms (-) =-M - Mw(-) kN m 式中 Mw--- 波浪弯矩 M --- 许用合成弯矩,KN.m, 按下列两式计算取较小者
当船体剖面惯性矩计入强力甲板以上的结构（如舱口围板、凸形甲板）的情况时，在计算船体梁剖 面模数时所用的计算点到中和轴之间的垂直力臂Zt应按下式计算Zt的计算值应大于中和轴到强力甲板 边线的垂直距离，
式中：Zc--- 中和轴至连续强力构件顶点的垂直距离m y ---连续强力构件的顶点与船体中心线之间的水平距离m B1---计算剖面处的船宽m 在计算中Zc和y均应量到能给出Zt 最大值的位置 如甲板纵骨或纵桁布置在强力甲板以上其剖面积可全部计入船体梁剖面模数。力臂Zt 为中和轴到强 力甲板边线的垂直距离加上纵向构件的高度。
船舶总纵强度计算方法
一、引言
*
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。
x
Mx
o
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。
计算方法：
*
ห้องสมุดไป่ตู้
总纵弯曲;板架弯曲;纵骨弯曲;板的弯曲
1
2
3
4
5
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。 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： 按许用应力校核 总合正应力校核 剪应力校核 按剖面最大承载力校核
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。
实验现象：
中性轴： 中性层与横截面的交线称为中性轴。
MZ:横截面上的弯矩
IZ :截面对中性轴的惯性矩
y :到中性轴的距离
z
y
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。
保证满足船舶的强度条件模拟题答案
第五章保证满足船舶的强度条件第一节船舶强度概述考点1：船舶强度概念及分类1. 船舶装载轻货时，主要考虑船体的（）。
A. 横强度B. 纵强度C•局部强度D.扭转强度2. 船舶结构抵抗各种内力和外力作用的能力称为（）。
A. 浮性B. 稳性C•船体强度D.船舶抗沉性3. 杂货船营运中主要应考虑的船舶强度为（）。
①总纵强度；②扭转强度；③局部强度；④总强度；⑤横强度。
A. ①③B. ①②③C•①②③④D.①②③④⑤4按照船舶所受外力的分布和船体结构变形范围的不同，将船舶强度分为（）A. 纵强度和横强度B. 总强度和局部强度C•总强度和扭转强度D.横强度和扭转强度5. 按照船舶所受外力分布的走向和船体结构变形的方向不同，将船舶强度分为（）。
A. 纵强度、横强度和局部强度B. 总强度、局部强度和扭转强度C. 总强度、扭转强度和纵强度D. 横强度、扭转强度和纵强度6. 纵骨架式结构对船舶的（）有利。
A. 纵向强度B. 横向强度C•局部强度D.以上都是第二节考点 1 船舶产生纵向变形的原因1. 船舶纵向强度是指船舶结构抵抗（）。
A. 船体沿船宽方向发生损坏及变形的能力）变形B. 各层甲板沿船长方向发生扭曲变形的能力C •船体沿船长方向产生剪切及弯曲变形的能力D.载荷和水压力作用保持不损坏和不发生很大变形的能力2. 作用于船体上的外力主要包括（ ）。
A. 重力B. 浮力C. 惯性力D. A 和 B3. 船舶纵向变形的原因是船舶重力和浮力（ ）。
A. 大小不等B. 不作用于同一垂线上C. 沿船长方向各区段内并不处处相等D. 船体结构尺寸不足4. 由于船舶重力和浮力（ ），从而导致船舶纵向产生变形。
A. 大小不等B. 不作用于同一垂线上C •沿船长方向各区段内存在差值D.船体结构尺寸不足5. 由于船舶重力和浮力（ ），从而导致船舶纵向产生变形。
A. 沿船长方向分布规律不一致B. 不作用于同一垂线上C •大小不等D.船体结构尺寸不足6. 由于重力和浮力沿船长方向各区段内其大小不相等， 由此导致船舶（A. 横向B. 纵向C. 垂向D. 以上均可能7. 引起船舶纵向变形的主要原因是（ ）。
船舶结构力学：第一章绪论
中拱
波面
图 1.1
中垂
波面
图 1.1
船舶局部强度:船舶横向骨架（船体横 梁、肋骨、肋板）、船体局部构件（船底 板、底部纵桁）在局部载荷作用下（如水 压力作用下）的弯曲变形和应力。
图 1.2
船舶扭转强度:船舶在斜浪中航行，载 荷沿船体左右舷非对称分布，导致船体扭 转变形。主要是大开口船（集装箱船）
骨架的带板宽度取骨架的
附连带板
间距和骨架跨距的1/5两 者中的小者
（二）船体结构中的骨架。船体结构中的骨
架包括横梁、肋骨、肋板、纵骨、纵桁等，
他们大多是细长的型钢或组合型材。所以这
种骨架被称为“杆件”，简称“杆”。而相
互连接的骨架系统就称为“杆件系统”。实
践证明，船体中的骨架受力变形时，和骨架
相连的一部分板也会跟着变形，因此在研究
船体结构中的板
图1 横向载荷
图2 面内载荷
图 1.4
横向载荷作用下板的强度计算的边界条件： 由于纵桁骨架的抗弯刚度比板的抗弯刚度大 得多，故可以把骨架近似地作为板的刚性支 撑。面内载荷作用下板的稳定性计算的边界 条件：四边自由支持，两对边受到面内载荷 作用。（计算结果偏于安全）
钢制船舶建造规范规定：
船体构件稳定性问题:船舶受压构件， 压力达到或超过其临界载荷而丧失稳定 性。
图 1.2
总之 船舶结构力学的内容和任务
一.研究对象
结构：承受并传递荷载的船体骨架部分
结构分为:杆系结构,板架结构,刚架结构
二.任务 阐明结构力学的基本原理与方
法——经典的力法、位移法和能量原理
三.内容 结构在外力作用下的响应即强度和
骨架时就把与骨架相连的一部分板一起考虑。
这时的板就称为附连带板。
船体强度与结构设计复习材料
船体强度与结构设计复习材料绪论1。
船体强度：是研究船体结构安全性的科学.2。
结构设计的基本任务：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构建的尺寸和连接方式,在保证具有充足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.3。
全船设计过程:分为初步设计、详细设计、生产设计三个阶段。
4.结构设计应考虑的方面：①安全性;②营运适合性;③船舶的整体配合性；④耐久性；⑤工艺性;⑥经济性。
5.极限状态：是指在一个或几个载荷的作用下，一个结构或一个构件已失去了它应起的各种作用中任何一种作用的状态.第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算1.船体梁：在船体总纵强度计算中,通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁。
2.总纵弯曲:船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲。
3.总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力。
4.引起船体梁总纵弯曲的主要外力：重力与浮力。
5.船体梁所受到的剪力和弯矩的计算步骤：①计算重量分布曲线平p(x)；②计算静水浮力曲线bs（x)；③计算静水载荷曲线qs(x）=p（x)-bs(x）；④计算静水剪力及弯矩：对③积分、二重积分;⑤计算静波浪剪力及弯矩：⑥计算总纵剪力及弯矩：④+⑤。
6.重量的分类：①按变动情况来分：不变重量（空船重量)、变动重量(装载重量）；②按分布情况来分：总体性重量（沿船体梁全场分布）、局部性重量(沿船长某一区段分布)。
7.静力等效原则:①保持重量的大小不变；②保持重心的纵向坐标不变；③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。
8.浮力曲线：船舶在某一装载情况下，描述浮力沿船长分布状况的曲线.9.载荷曲线：在某一计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。
10.载荷、剪力和弯矩之间的关系:①零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；②载荷在船中前后大致相等，故剪力曲线大致是反对成的，零点靠近船中，在首尾端约船长的1/4处具有最大正、负值;③两端的剪力为零，弯矩曲线在两端的斜率为零(与坐标轴相切）。
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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[()]2S
Li i i i i i M W x P x B x '=∑⋅+∑⋅-∑⋅ (,)i i m f P x d =∑⋅
分别令S
M '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2
F 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01200bp
L δ≤<，纵强度处于有利状态； 当1200
800bp
bp L L δ≤<，纵强度处于正常状态； 当800600bp
bp L L δ≤<
，纵强度处于极限状态； 当600bp
L δ≥，纵强度处于危险状态。
三、船舶总体布置对总纵强度的影响
1. 弯矩特性曲线
尤其注意中机型船满载、尾机型船轻载或空船压载航行时的中拱变形。
2. 采取的措施
1)货物配置
2)压载水安排
3)油水的分配及使用
四、保证船舶总纵强度的经验方法
1. 按舱容比例分配各舱载货重量；
2. 合理分配中途港货物：中途港货物批量大时，应按舱容比例分配；当批量不大时，
不能过于集中，应间舱安排；
3. 装卸货物中尽量均衡各舱的装卸进度。
4. 不同总体布置
第二节 船舶局部强度
一、局部强度概述
1. 船体结构抵抗局部变形和破坏的能力叫局部强度。
有时局部性的破坏也会导致全船的破坏，因此实际工作中，一定要注意甲板、平
台、舱底、舷侧和舱口盖的局部强度问题。
2. 局部强度的表示方法
1)均布载荷(kPa)
均布载荷是指作用在载荷部位上货的物重力均匀分布在某一较大面积上，如固体散货或液体散货均匀装于舱室内，使甲板或舱底所受压力相同。
2)集中载荷(kN)
集中载荷是指货物重力集中作用在一个较小的特定面积上，如重大件货的底脚、支架等。
特定面积是指向该区域下的承重构件(如甲板纵桁)施加集中压力的骨材(如甲板纵骨或横梁)之间的面积。
3)车辆甲板负荷
4)堆积负荷
堆积载荷是指集装箱船载箱部位上作用在底座处的集装箱重量。
二、局部强度的校核方法
1. 'd d p p ≤实际负荷量允许负荷量
2. 实际负荷量
''9.819.81d d P h p p A SF
=⨯=⨯或 3. 允许负荷量
1)查船舶资料
2)经验方法估算 9.819.81d C D
H p H SF γ=⨯
=⨯⨯ 式中：
H ：货舱高度，对上甲板来说，重结构船取1.5m ，轻结构船取1.2m 。
C γ：货物装载率，一般取0.723/t m ，对满足重货加强的底舱，可取1.23/t m 。
三、例题
1. 在无全船积载因数S.F 资料的情况下，对于轻结构的船舶来说，其上甲板允许均
布负荷不得超过 8.48 kPa 。
2. 某轮装载一件50t 的长方形重货于甲板上，甲板允许负荷量为24.525 kPa ，则甲
板上的衬垫面积最少为202m。
3. 某船底舱高度为6.5m，货舱容积为34503
m，允许负荷量Pd=78.48 kPa，上层装载S.F=1.53/
m t的B货1200吨，则船m t的A货1500吨，下层装载S.F=0.9 3/
舶局部强度符合要求。
四、保证局部强度的经验方法
1. 考虑到船龄、船体强力构件的锈蚀等，计算允许负荷量时应保留一定的安全量；
2. 配载时，尽量使货物重量均布；
3. 重货尽可能不扎位装载并加以适当的衬垫；
4. 舱盖上不装载重货，如必要应严格按其能承受的负荷装载。
五、作业(六)
1. 某船底舱高7.1m，舱容21403
m t，求该舱室最大允
m，拟装载的杂货S.F=1.133/
许装货高度。
2. 某轮N0.2舱二层舱高为
3.65m，底舱高7.32m，现拟在二层舱装载钢板
(S.F=0.43/
m t)4.0m，上层装载水泥m t)2.2m；底舱下层装载钢管(S.F=1.63/
(S.F=0.93/
m t)2.3m，试校核二层甲板和底舱底板的局部强度是否满足要求?
3. 某轮装运自重100t的圆柱形重件一件，重件上有8个2.5×l2
m的木墩，拟将此重件装在上甲板(单位面积允许负荷量为2.02
/t m)，则要使上甲板强度满足要求，至少应再加相同的木墩多少个？。