《船舶强度》PPT课件.ppt

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1、海上货物运输海上货物运输 海运学院航海教研室海运学院航海教研室海运学院航海教研室海运学院航海教研室 船舶强度船舶强度（Strength of ship）强度定义及分类强度定义及分类总纵强度总纵强度局部强度局部强度扭转强度扭转强度一、强度定义和分类一、强度定义和分类1、强度定义、强度定义船体结构抵御内外力作用的能力。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。船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。2、强度分类、强度分类强度强度总强度总强度局部强度局部强度纵强度纵强度横强度横强度扭转强度扭转强度二、总纵强度二、总纵强度(Longitudinal strength)（一）定义

2、（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯曲或变形的能力。弯曲或变形的能力。（二）船体纵向弯曲或变形的原因（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船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。布不一致造成。重量曲线重量曲线（Weight curve）负荷曲线（负荷曲线（Load curve）浮力曲线（浮力曲线（Buoyancy curve）（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线弯矩曲线（弯矩曲线（Bending moment curve）剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重积分曲线。

3、重积分曲线。剪力曲线（剪力曲线（Shear curve）负荷曲线的积分曲线。负荷曲线的积分曲线。结论结论 剪力最大值约位于距首尾剪力最大值约位于距首尾L/4处；处；弯矩最大值约位于船中处，且向弯矩最大值约位于船中处，且向 首尾逐渐减小。首尾逐渐减小。（四）船体剪切变形（四）船体剪切变形 单位长度的船体，其前后两端受到单位长度的船体，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。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。横剖面水平中心线的交点处。（五）船体拱垂变形（五）船体

4、拱垂变形 单位长度的船体，前后两端受到大单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。船体将发生弯曲变形。弯曲应力的最大值出现在龙骨板或弯曲应力的最大值出现在龙骨板或上甲板。上甲板。1、中拱（、中拱（Hogging）船体受正弯矩作用，中部的浮力大于船体受正弯矩作用，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。板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。2、中垂（、中垂（Sagging）船体受负弯矩作用，中部的浮力小于船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重

5、力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲重力，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。板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。3、影响船舶拱垂变形的因素、影响船舶拱垂变形的因素船体有效构件的尺寸、材料及分布船体有效构件的尺寸、材料及分布载荷配置载荷配置船舶与波浪的相对位置关系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）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。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）船舶中垂，处于波浪中，波长约等等于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧

6、。（六）剖面模数（六）剖面模数wx总纵弯曲应力为M计算剖面的总纵弯矩I计算剖面对中和的惯性矩Z所求应力点至水平中和轴的垂直距离面积惯矩面积惯矩IxW=I/Z称为船体剖面模数，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中和轴中和轴 剖面中和轴是指船体梁在弯曲过程中各个剖面中和轴是指船体梁在弯曲过程中各个剖面转动的轴线剖面转动的轴线,该轴通过该剖面的形心并该轴通过该剖面的形心并与剖面的基线平行与剖面的基线平行.在中和轴上剖面的材料在中和轴上剖面的材料无拉伸变形无拉伸变形,也无压缩变形也无压缩变形,材料处于中性材料处于中性状态。对于空心变断面梁的船体，中和轴状

7、态。对于空心变断面梁的船体，中和轴位于船体剖面的中心。位于船体剖面的中心。甲板剖面模数甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数和舱底板剖面模数wb弯曲应力弯曲应力弯曲应力弯曲应力 （2）经验法）经验法 根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为面模数每年平均扣除腐蚀量约为面模数每年平均扣除腐蚀量约为面模数每年平均扣除腐蚀量约为。扣除原则：使用年限小于扣除原则：使用年限小于扣除原则：使用年限小于扣除原则：使用年限小于5 5年年年年的船舶取的船舶取的船舶取的船舶取下限下限下限下

8、限，使用年限使用年限使用年限使用年限1010年年年年以上的船舶取以上的船舶取以上的船舶取以上的船舶取上限上限上限上限。l甲板剖面模数的腐蚀修正甲板剖面模数的腐蚀修正（1）近似公式计算法近似公式计算法（3）腐蚀极限）腐蚀极限 船长大于或等于船长大于或等于60m的远洋干散货的远洋干散货船，船，船长大于或等于船长大于或等于90m的远洋液体货船，在的远洋液体货船，在船中船中40L区间强力甲板的剖面模数应满区间强力甲板的剖面模数应满足：足：1、经验法（舱容比配货法）、经验法（舱容比配货法）舱别舱别舱别舱别NO.1NO.1NO.2NO.2NO.3NO.3NO.4NO.4NO.5NO.5TotalTotal

9、货舱容积货舱容积货舱容积货舱容积30753075411941194210421057195719396739672109021090舱容比舱容比舱容比舱容比14.5814.5819.5319.5319.919.96 627.1227.1218.8118.81100100P Pi i19551955261926192676267636363636252225221340813408调整值调整值调整值调整值196196262262268268364364252252上下限上下限上下限上下限范围范围范围范围21512151175917592881288123572357294429442408240

10、840004000327232722774277422702270（六）船舶总纵强度的校核方法（六）船舶总纵强度的校核方法2、静水弯矩及静水切力法、静水弯矩及静水切力法LBP 90m的船舶，通常只校核计算船中的船舶，通常只校核计算船中剖面上的静水弯矩。剖面上的静水弯矩。90m150m的船舶，需要校核重要剖面的船舶，需要校核重要剖面的剪力和弯矩。的剪力和弯矩。船中剖面静水许用弯矩船中剖面静水许用弯矩MS的计算的计算 影响影响MS因素：营运时间长短、因素：营运时间长短、LBP、B、夏、夏季满载时的方形系数季满载时的方形系数Cb(不得小于不得小于0.6)、剖面模数剖面模数Wd。船中剖面实际静水弯矩船

11、中剖面实际静水弯矩MS的计算的计算 影响因素：装载排水量影响因素：装载排水量、船舶类型、船舶类型、LBP、计算状态时的方形系数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）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）计算各剖面的浮力和浮力矩（3）计算各剖面的实际剪力）计算各剖面的实际剪力（4）计算各剖面的实际弯矩）计算各剖面的实际弯矩 3、百分比校核法、百分比校核法 目前的装载计算机对船舶总纵强度的目前的装载计算机对船舶总纵强度的校校 核多采用主要剖面的实际剪力和弯矩与该核多采用主要剖面的实际剪力和弯矩

12、与该 剖面的许用剪力和弯矩的比值是否超过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。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。一般分港内和海上两种状态校核。4、强度曲线图法、强度曲线图法（1）适用条件）适用条件 船长小于船长小于90m或者装载或者装载均匀，不需要校核静水均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。切力时，可以使用该法。（2）曲线图的构成）曲线图的构成纵坐标：载荷对船中力纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。矩的绝对值之和。横坐标：平均型吃水。横坐标：平均型吃水。点划线点划线虚线虚线实线实线点划线和虚线之间：有利范围点划线和虚线之间：有利范围虚线和

13、实线之间：允许范围虚线和实线之间：允许范围实线之外：危险范围实线之外：危险范围点划线左上方：中拱范围点划线左上方：中拱范围点划线右下方：中垂范围点划线右下方：中垂范围 5、船舶吃水校核法、船舶吃水校核法（1）利用吃水判定船舶的拱垂）利用吃水判定船舶的拱垂dM dM：中垂变形：中垂变形dM dM：中拱变形：中拱变形dM dM：无拱垂变形：无拱垂变形（2）利用吃水判定拱垂的变形大小）利用吃水判定拱垂的变形大小（3）利用拱垂差的大小校核总纵强度）利用拱垂差的大小校核总纵强度 注意注意 船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开航；航；船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开船舶处

14、于极限拱垂范围，只能好天气开航；航；船舶处于危险拱垂范围，不能开航。船舶处于危险拱垂范围，不能开航。6、百分制校核法、百分制校核法（1）将最大静水许用弯矩作为）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）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然后分别乘预先确定的分数系数得 到分数值；到分数值；（3）将各计算分数值相加得到分数值和；）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）若该分数值和不超过100，则说明，则说明船船 舶舶 的总纵强度符合要求。的总纵强度符合要求。1、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线、不同机舱位置的普通货船的弯矩

15、特性曲线中机船中机船中机船中机船中后机船中后机船中后机船中后机船尾机船尾机船尾机船尾机船d d d d弯矩弯矩弯矩弯矩0 0中拱中拱中拱中拱中垂中垂中垂中垂（七）船舶布置对纵向受力影响（七）船舶布置对纵向受力影响 及改善措施及改善措施 2、拱垂大小比较、拱垂大小比较满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较 空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较 中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较 3、改善措施、改善措施（1）中机船满载状态）中机船满载状态货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允货物配置：按舱容比

16、分配货物，在舱容允许的条件下，中区货舱应按装货重量的上许的条件下，中区货舱应按装货重量的上限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货物不应过分集中于中区货舱。物不应过分集中于中区货舱。油水分配及使用：油水应自中区向首尾装油水分配及使用：油水应自中区向首尾装载；使用时应自首尾向中区。载；使用时应自首尾向中区。正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应空舱。空舱。（2）尾机船压载状态）尾机船压载状态压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱。可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱

17、。油水分配及使用：同中机船满载状态。油水分配及使用：同中机船满载状态。正确使用位于中区的深舱：应作为压载正确使用位于中区的深舱：应作为压载舱使用。舱使用。（3）中后机船压载状态）中后机船压载状态 同尾机船压载状态同尾机船压载状态三、三、局部强度局部强度（Local strength）（一）定义（一）定义船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏的能力。的能力。船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。（二）主要计算（校核）部位（二）主要计算（校核）部位 舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。底板、平台。（三）

18、允许负荷量的表示方法（三）允许负荷量的表示方法（三）允许负荷量的表示方法（三）允许负荷量的表示方法均布载荷均布载荷均布载荷均布载荷P Pd d：单位面积允许承受的最大重：单位面积允许承受的最大重：单位面积允许承受的最大重：单位面积允许承受的最大重 量（量（量（量（kPakPa）。）。）。）。集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷P P：某一较小特定面积上允许承：某一较小特定面积上允许承：某一较小特定面积上允许承：某一较小特定面积上允许承 受的最大重量（受的最大重量（受的最大重量（受的最大重量（kNkN）。）。）。）。车辆载荷车辆载荷车辆载荷车辆载荷P Pv v ：载车部位允许承受的以特定：载车部位允

19、许承受的以特定：载车部位允许承受的以特定：载车部位允许承受的以特定 车轮数目为前提的车辆及所车轮数目为前提的车辆及所车轮数目为前提的车辆及所车轮数目为前提的车辆及所 载货物的总重量（载货物的总重量（载货物的总重量（载货物的总重量（kNkN）。）。）。）。堆积负荷堆积负荷堆积负荷堆积负荷P Pc c ：载箱部位上作用在箱底座处：载箱部位上作用在箱底座处：载箱部位上作用在箱底座处：载箱部位上作用在箱底座处 的集装箱总重量（的集装箱总重量（的集装箱总重量（的集装箱总重量（kNkN）。）。）。）。（四）局部强度的校核方法（四）局部强度的校核方法甲板实际负荷量甲板实际负荷量 甲板允许负荷量甲板允许负荷量

20、 （五）允许负荷量的确定（五）允许负荷量的确定 1、查取局部强度计算书、查取局部强度计算书 部部部部位位位位 载荷载荷载荷载荷 上甲上甲上甲上甲板板板板中间甲板中间甲板中间甲板中间甲板内底板内底板内底板内底板上甲上甲上甲上甲板板板板舱口舱口舱口舱口盖盖盖盖二层甲板舱口二层甲板舱口二层甲板舱口二层甲板舱口盖盖盖盖均布载荷均布载荷均布载荷均布载荷（kPakPa）17.117.16 624.7231.124.7231.173.5773.5717.217.26 6第一货舱第一货舱第一货舱第一货舱 9.249.24其他货舱其他货舱其他货舱其他货舱 34.3434.34车辆载荷车辆载荷车辆载荷车辆载荷（k

21、NkN）98.1kN/498.1kN/4个个个个前轮前轮前轮前轮68.7kN/268.7kN/2个个个个前轮前轮前轮前轮98.1kN/498.1kN/4个个个个前轮前轮前轮前轮98.1kN/298.1kN/2个个个个前轮前轮前轮前轮v集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可查得。查得。中间甲板和内底板中间甲板和内底板2、经验公式计算法（均布载荷、经验公式计算法（均布载荷Pd）l上甲板上甲板（2）集中载荷：（）集中载荷：（Concentrated load）（六）实际负荷量的计算（六）实际负荷量的计算（1）均布载荷（）均布载荷（Even distributed

22、 load）（3）集装箱载荷：（）集装箱载荷：（Container load）（八）保证局部强度不受损伤的措施（八）保证局部强度不受损伤的措施按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；舱内货物重量分布应均匀；舱内货物重量分布应均匀；舱内货物重量分布应均匀；舱内货物重量分布应均匀；装载重大件货物时应加衬垫；装载重大件货物时应加衬垫；装载重大件货物时应加衬垫；装载重大件货物时应加衬垫；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；固体散货应

23、合理平舱；固体散货应合理平舱；固体散货应合理平舱；固体散货应合理平舱；装载重货时应限制其落底速度。装载重货时应限制其落底速度。装载重货时应限制其落底速度。装载重货时应限制其落底速度。（七）最小衬垫面积（七）最小衬垫面积Smin的确定的确定四、扭转强度四、扭转强度（Torsional strength）定义定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的能力。的能力。的能力。的能力。产生原因产生原因 沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线造成的。线造成的。线造成的。线造成的。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。如如如如集装箱船舶、木材船集装箱船舶、木材船集装箱船舶、木材船集装箱船舶、木材船等。等。等。等。