第07章船舶強(qiáng)度

1、海上貨物運(yùn)輸海上貨物運(yùn)輸 第一節(jié)第一節(jié) 保證船舶總縱強(qiáng)度保證船舶總縱強(qiáng)度第二節(jié)第二節(jié) 保證船舶局部強(qiáng)度保證船舶局部強(qiáng)度一、船體強(qiáng)度的一、船體強(qiáng)度的分類分類二、總縱彎曲產(chǎn)生的二、總縱彎曲產(chǎn)生的原因原因三、總縱剪力和彎矩的三、總縱剪力和彎矩的計(jì)算計(jì)算四、總縱彎矩的四、總縱彎矩的估算估算五、總縱強(qiáng)度的五、總縱強(qiáng)度的校核校核六、影響總縱彎曲的六、影響總縱彎曲的因素因素1、強(qiáng)度、強(qiáng)度定義定義船體結(jié)構(gòu)受內(nèi)、外力作用時(shí)，船體抵抗船體結(jié)構(gòu)受內(nèi)、外力作用時(shí)，船體抵抗發(fā)生變形或破壞的能力。發(fā)生變形或破壞的能力。2、強(qiáng)度分類、強(qiáng)度分類強(qiáng)度強(qiáng)度總強(qiáng)度總強(qiáng)度局部強(qiáng)度局部強(qiáng)度縱強(qiáng)度縱強(qiáng)度橫強(qiáng)度橫強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度l內(nèi)力

2、：局部力l外力：重力、浮力、慣性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖帶力。l1）總縱強(qiáng)度：）總縱強(qiáng)度：船舶抵抗縱向變形和破壞的能力。船舶抵抗縱向變形和破壞的能力。l2）橫向強(qiáng)度：）橫向強(qiáng)度：船舶抵抗橫向變形和破壞的能力。船舶抵抗橫向變形和破壞的能力。l3）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：船舶抵抗扭轉(zhuǎn)變形和破壞的能力。船舶抵抗扭轉(zhuǎn)變形和破壞的能力。l4）局部強(qiáng)度：）局部強(qiáng)度：船舶抵抗局部變形和破壞的能力。船舶抵抗局部變形和破壞的能力。l定義定義l 船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的能力。的能力。l產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因l 沿船長方向單位長度重力和浮力橫向不共垂沿船長方向

3、單位長度重力和浮力橫向不共垂線造成的。線造成的。l具有甲板大開口船舶應(yīng)校核其總縱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。具有甲板大開口船舶應(yīng)校核其總縱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。如如等。等。1、總縱、總縱彎曲變形彎曲變形2、船體縱向彎曲或變形的、船體縱向彎曲或變形的原因原因 3、彎曲力矩彎曲力矩及及彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力4、剪切力剪切力及剪切應(yīng)力及剪切應(yīng)力中垂變形中垂變形(sagging)中拱變形中拱變形(hogging) 船體受負(fù)彎矩作用，中部的浮力小船體受負(fù)彎矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受壓，船底受拉，發(fā)生船舶上甲板受壓，船底受拉，發(fā)生中部下垂的變形。中部下垂的變形。 船體受正彎矩

4、作用，中部的浮力船體受正彎矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受壓，發(fā)生船舶上甲板受拉，船底受壓，發(fā)生中部上拱的變形。中部上拱的變形。l利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂dM dM：中垂變形：中垂變形dM dM：中拱變形：中拱變形dM dM：無拱垂變形：無拱垂變形Mdd )dd(21dAFM 首尾平均吃水：首尾平均吃水：拱垂判定：拱垂判定：拱垂值拱垂值：1234567原因：船舶所受重力和浮力沿船長方原因：船舶所受重力和浮力沿船長方向分布不一致造成。向分布不一致造成。彎曲力矩：彎曲力矩： 單位長度的船體，前后兩端受到大小

5、相等，方向相反單位長度的船體，前后兩端受到大小相等，方向相反的彎矩作用，則該段船體將發(fā)生彎曲變形。的彎矩作用，則該段船體將發(fā)生彎曲變形。 船體結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力船體結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力彎曲力矩的大?。簭澢氐拇笮。簒M中和軸中和軸xDAB縱向結(jié)構(gòu)件：縱向結(jié)構(gòu)件：外板、甲板板、縱骨、縱珩外板、甲板板、縱骨、縱珩最大彎曲應(yīng)力：最大彎曲應(yīng)力：dxmaxWM 彎曲應(yīng)力最彎曲應(yīng)力最大大值在距離中和軸最值在距離中和軸最遠(yuǎn)遠(yuǎn)處的龍骨板或上甲板處。處的龍骨板或上甲板處。中和軸中和軸xDAB彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力：AxAwM 任意橫剖面處的縱向連續(xù)構(gòu)件將承受拉（壓）力作任意橫剖面處的縱向連續(xù)構(gòu)件將承受拉（壓）力作用，單位面

6、積所受的拉（壓）力為彎曲應(yīng)力。用，單位面積所受的拉（壓）力為彎曲應(yīng)力。彎曲應(yīng)力計(jì)算彎曲應(yīng)力計(jì)算W：剖面模數(shù)：剖面模數(shù)彎曲應(yīng)力大小分布：彎曲應(yīng)力大小分布：中和軸中和軸處為處為0中和軸：中和軸：通過剖面通過剖面幾何形心幾何形心且平行于基平面的軸線。且平行于基平面的軸線。是船體梁在彎曲過程中各個(gè)剖面轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線是船體梁在彎曲過程中各個(gè)剖面轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線,特點(diǎn)：中和軸處特點(diǎn)：中和軸處不不承受壓承受壓/拉應(yīng)力。拉應(yīng)力。SdszZNA 中和軸中和軸xDABzNA位置：位置：dxdZIw dszI2AAAzIw 剖面面積對中和軸的面積慣矩剖面面積對中和軸的面積慣矩剖面模數(shù)剖面模數(shù)最大剖面模數(shù)：最大剖面模數(shù)：W中和

7、軸中和軸xDAB船底剖面模數(shù)：船底剖面模數(shù)：甲板剖面模數(shù)：甲板剖面模數(shù)：bxbZIw l它是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一種幾何特性，它是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一種幾何特性，也是衡量船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志也是衡量船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志l船體參加總縱彎曲的結(jié)構(gòu)船體參加總縱彎曲的結(jié)構(gòu)件的數(shù)目和尺寸決定。件的數(shù)目和尺寸決定。 任意橫剖面處的縱向連續(xù)構(gòu)件將承受剪切力，單位任意橫剖面處的縱向連續(xù)構(gòu)件將承受剪切力，單位面積所受的剪切力為剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力最大值出面積所受的剪切力為剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力最大值出現(xiàn)在中和軸處?，F(xiàn)在中和軸處。W1W1Nx剪切力：剪切力：剪切變形：剪切變形：剪切應(yīng)力

8、：剪切應(yīng)力： 單位長度的船體，其前后兩端受到大小相等、方向單位長度的船體，其前后兩端受到大小相等、方向相反的切力作用，則該段船體將出現(xiàn)剪切變形。相反的切力作用，則該段船體將出現(xiàn)剪切變形。Nx bISN中和軸中和軸xDABAAZZxbISN 其中：其中：N總縱剪力總縱剪力I面積慣矩面積慣矩bZA高度處水平線上構(gòu)件厚度的總和高度處水平線上構(gòu)件厚度的總和S 剖面上或下邊緣與剖面上或下邊緣與ZA高度線之間所圍面積高度線之間所圍面積 對中和軸的面積靜矩對中和軸的面積靜矩總縱剪應(yīng)力：總縱剪應(yīng)力：最大剪應(yīng)力？最大剪應(yīng)力？00ZZxmaxbISN 在中和軸處在中和軸處l 3、負(fù)荷曲線（、負(fù)荷曲線（Load c

9、urve）l 5、彎矩曲線（、彎矩曲線（Bending moment curve）l4、剪力曲線（、剪力曲線（Shear curve）l1、重量曲線、重量曲線（Weight curve）)x(Wl 2、浮力曲線（、浮力曲線（Buoyancy curve）)x( )x()x()x(Wq x0)x()x(dxqN x0 x0)x(x0)x()x(dxqdxNM示例示例實(shí)例實(shí)例)x(W1、)x(2 、)x()x()x(Wq3 、 x0)x()x(dxqN4、 x0 x0)x(x0)x()x(dxqdxNM5、結(jié)論結(jié)論 x0)x()x(dxqN x0)x()x(dxNM5t5tdXXOBACDOBAC

10、DOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m)x(W)x( )x()x()x(Wq m20L, t10W0 結(jié)論結(jié)論剪力最大值剪力最大值Nmax：彎矩最大值彎矩最大值Mmax ：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m位于距位于距首尾首尾L/4剖面剖面的的中和軸中和軸處；處；位于位于船中剖面船中剖面的的上甲板上甲板處。處。位于距位于距首尾首尾L/4的剖面處；的剖面處；位于位于船中剖面船中剖面處。處。剪應(yīng)力最大值剪應(yīng)力最大值max：彎曲應(yīng)力最大值彎曲應(yīng)力最大值max ： AAFFbAgAbFgFxxW81. 9xxW81.

11、 9M 1、基本估算式：、基本估算式：總縱彎曲的原因？總縱彎曲的原因？最大彎矩的位置？最大彎矩的位置？ iixxp81. 921Mpi WFWAAFBABFGFGAx xi i1、彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力法法3、百分比校核百分比校核法法4、強(qiáng)度曲線圖強(qiáng)度曲線圖法法5、船舶吃水校核船舶吃水校核法法 max max 材料的材料的許用彎曲應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力材料的許用剪切應(yīng)力材料的許用剪切應(yīng)力計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力：計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力：計(jì)算的最大剪切應(yīng)力：計(jì)算的最大剪切應(yīng)力：其中：其中：1、船用鋼材、船用鋼材：l一般強(qiáng)度鋼一般強(qiáng)度鋼伸縮率：伸縮率：l高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼伸縮率：伸縮率：Pa1081. 9

12、)5341(6b Pa1081. 9)6652(),6350(),6045(6b %22 %20%22或或 2、影響許用彎曲應(yīng)力的因素、影響許用彎曲應(yīng)力的因素：l 材料的力學(xué)性能；海波與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算波高的差異；剛材料的力學(xué)性能；海波與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算波高的差異；剛才腐耗和船舶使用年限；船底和甲板尚需計(jì)及局部結(jié)構(gòu)才腐耗和船舶使用年限；船底和甲板尚需計(jì)及局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響；結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；強(qiáng)度的影響；結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；l3、許用彎曲應(yīng)力大、許用彎曲應(yīng)力大?。盒。?Pa1081. 9)74 . 6 （平平水水 Pa1081.984.17 波波 MMmaxWM lM許用彎矩許用彎矩 l由于由于l若若 WMl則：則： l

13、由于由于l若若 00SbINl則：則：AAZZxbISN lN許用彎矩許用彎矩 NNmax 目前的裝載計(jì)算機(jī)對船舶總縱強(qiáng)度的校目前的裝載計(jì)算機(jī)對船舶總縱強(qiáng)度的校 核多采用此方核多采用此方法。法。 一般分港內(nèi)和海上兩種狀態(tài)校核。一般分港內(nèi)和海上兩種狀態(tài)校核。 iixM81.92MxpWpi MMmax 1MxpWpii %100)Mx100(100pWpii Mxxp81. 921Miipi WpMx100i 分?jǐn)?shù)系數(shù)：分?jǐn)?shù)系數(shù)：許用彎矩校核：許用彎矩校核：船中彎矩估算：船中彎矩估算：（1）繪制原理）繪制原理（2）曲線圖曲線圖的使用的使用 MMmax ppipMxpMi 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核裕核裕?/p>

14、載重彎矩：載重彎矩：許用載重彎矩：許用載重彎矩： MLCxpxWLkW2181. 9Mipimhh xWLkWLCM81. 92xpmhhpii xWLkWLCM81. 92Mmhhp 曲線圖的曲線圖的使用使用l曲線圖的構(gòu)成曲線圖的構(gòu)成縱坐標(biāo)：載荷對船中力矩的絕對值之和?？v坐標(biāo)：載荷對船中力矩的絕對值之和。橫坐標(biāo)：平均型吃水。橫坐標(biāo)：平均型吃水。 ipipxpMl點(diǎn)劃線點(diǎn)劃線l虛線虛線l實(shí)線實(shí)線l點(diǎn)劃線和虛線之間：有利范圍點(diǎn)劃線和虛線之間：有利范圍l虛線和實(shí)線之間：允許范圍虛線和實(shí)線之間：允許范圍l實(shí)線之外：危險(xiǎn)范圍實(shí)線之外：危險(xiǎn)范圍l點(diǎn)劃線左上方：中拱范圍點(diǎn)劃線左上方：中拱范圍l點(diǎn)劃線右下方

15、：中垂范圍點(diǎn)劃線右下方：中垂范圍（1）適用條件）適用條件 船長小于船長小于90m或者裝或者裝載均勻，不需要校核載均勻，不需要校核靜水切力時(shí)，可以使靜水切力時(shí)，可以使用該法。用該法。（2） 使用方法：使用方法：縱坐標(biāo)：載荷對船中力縱坐標(biāo)：載荷對船中力矩的絕對值之和。矩的絕對值之和。橫坐標(biāo)：平均型吃水。橫坐標(biāo)：平均型吃水。（3）區(qū)域劃分：）區(qū)域劃分：1200LBP 800L1200LBPBP 600L800LBPBP 600LBP 600LBP 1200LBP 800LBP 0 有利范圍）有利范圍）正常范圍）正常范圍）極限范圍）極限范圍）危險(xiǎn)范圍危險(xiǎn)范圍有利拱垂范圍：有利拱垂范圍：正常拱垂范圍：正

16、常拱垂范圍：極限拱垂范圍：極限拱垂范圍：危險(xiǎn)拱垂范圍：危險(xiǎn)拱垂范圍：Mdd 拱垂值拱垂值：注意注意 船舶處于有利和正常拱垂范圍：船舶處于有利和正常拱垂范圍： 船舶處于極限拱垂范圍：船舶處于極限拱垂范圍： 船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍：船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍：注意注意可以可以開航；開航；只能只能好天氣開航；好天氣開航；不能不能開航。開航。0 有利范圍）有利范圍）正常范圍）正常范圍）極限范圍）極限范圍）危險(xiǎn)范圍危險(xiǎn)范圍600LBP 1200LBP 800LBP l1、重力分布對拱垂變形的影響：、重力分布對拱垂變形的影響：（1）船舶布置船舶布置（2）積載方案積載方案l2、浮力分布對拱垂變形的影響：、浮力分布對

17、拱垂變形的影響：（1）船舶形狀）船舶形狀（2）船舶與波浪的）船舶與波浪的相對位置相對位置l3、船體、船體有效有效構(gòu)件的尺寸、材料及分布構(gòu)件的尺寸、材料及分布a、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩特性曲線、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩特性曲線b、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩比較比較l滿載滿載狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較尾尾機(jī)機(jī)船船中中后后機(jī)機(jī)船船中中機(jī)機(jī)船船尾機(jī)船尾機(jī)船中后機(jī)船中后機(jī)船中機(jī)船中機(jī)船 l 空載空載狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較l 中后機(jī)中后機(jī)船空載狀態(tài)與滿載狀態(tài)的彎矩比較船空載狀態(tài)與滿載狀

18、態(tài)的彎矩比較空空載載狀狀態(tài)態(tài)滿滿載載狀狀態(tài)態(tài) a、經(jīng)驗(yàn)法（艙容比配貨法）、經(jīng)驗(yàn)法（艙容比配貨法）QVVPchichii .%)(101iiiiPPPP 艙別艙別NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total貨艙容積貨艙容積3075411942105719396721090艙容比艙容比14.5819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408調(diào)整值調(diào)整值196262268364252上下限上下限范圍范圍2151175928812357294424084000327227742270b、隔艙裝載：、隔艙裝載：應(yīng)用：提高總縱強(qiáng)度的方法應(yīng)用：提高

19、總縱強(qiáng)度的方法（1）中拱狀態(tài)：）中拱狀態(tài)：中機(jī)船滿載狀態(tài)中機(jī)船滿載狀態(tài)尾機(jī)船壓載狀態(tài)尾機(jī)船壓載狀態(tài)中后機(jī)船壓載狀態(tài)中后機(jī)船壓載狀態(tài)合理分配載重，提高船舶總縱強(qiáng)度：合理分配載重，提高船舶總縱強(qiáng)度：l貨物配置：按艙容比分配貨物，在艙容允許的條件下，貨物配置：按艙容比分配貨物，在艙容允許的條件下，中區(qū)貨艙應(yīng)按裝貨重量的上限值裝，首尾貨艙按下限值中區(qū)貨艙應(yīng)按裝貨重量的上限值裝，首尾貨艙按下限值裝；中途港貨物不應(yīng)過分集中于中區(qū)貨艙。裝；中途港貨物不應(yīng)過分集中于中區(qū)貨艙。l油水分配及使用：油水應(yīng)自中區(qū)向首尾裝載；使用時(shí)應(yīng)油水分配及使用：油水應(yīng)自中區(qū)向首尾裝載；使用時(shí)應(yīng)自首尾向中區(qū)。自首尾向中區(qū)。正確使用位

20、于中區(qū)的深艙和冷藏艙：不應(yīng)空艙。正確使用位于中區(qū)的深艙和冷藏艙：不應(yīng)空艙。（2）中垂?fàn)顟B(tài)：反之）中垂?fàn)顟B(tài)：反之 a、船舶中垂，、船舶中垂，波谷位于船中，波谷位于船中，危險(xiǎn)。危險(xiǎn)。WXWXb、船舶中拱，、船舶中拱，波波 峰位于船中，峰位于船中，危險(xiǎn)危險(xiǎn)波長等于船長，波長等于船長， 201Hm120L時(shí)時(shí)，波波高高m2301Hm120L 時(shí)，波高時(shí)，波高l船舶與波浪的相對位置關(guān)系：船舶與波浪的相對位置關(guān)系：l標(biāo)準(zhǔn)波：標(biāo)準(zhǔn)波： 甲板剖面模數(shù)每年平均扣除腐甲板剖面模數(shù)每年平均扣除腐蝕量約為蝕量約為0.40.6。 nwwddn（1） 近似公式計(jì)算法近似公式計(jì)算法中和軸中和軸xDAB（2） 經(jīng)驗(yàn)法：經(jīng)驗(yàn)法

21、：l使用年限小于使用年限小于5年的船舶取下限，年的船舶取下限，l使用年限使用年限10年以上的船舶取上限。年以上的船舶取上限。（3） 腐蝕腐蝕極限極限：船長大于或等于船長大于或等于60m的遠(yuǎn)洋的遠(yuǎn)洋干散貨船干散貨船，船長大于或等于船長大于或等于90m的遠(yuǎn)洋的遠(yuǎn)洋液體貨船液體貨船，在，在船中船中40L區(qū)間強(qiáng)力甲板的剖面模數(shù)應(yīng)滿足：區(qū)間強(qiáng)力甲板的剖面模數(shù)應(yīng)滿足：ddnw80. 0w 無限航區(qū)（無限航區(qū)（類航區(qū)）：類航區(qū)）：近海航區(qū)（近海航區(qū)（ 類航區(qū)）：類航區(qū)）：沿海航區(qū)（沿海航區(qū)（ 類航區(qū)）：類航區(qū)）：ddnw90. 0w ddnw84. 0w 一、定義一、定義l船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體局部發(fā)生變形或破壞

22、的能力。船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體局部發(fā)生變形或破壞的能力。l船舶局部結(jié)構(gòu)抵抗內(nèi)外力作用的能力。船舶局部結(jié)構(gòu)抵抗內(nèi)外力作用的能力。二、核算部位二、核算部位l艙口蓋、上甲板、中間甲板、底艙底板、平臺。艙口蓋、上甲板、中間甲板、底艙底板、平臺。三、核算三、核算指標(biāo)指標(biāo)及核算方法及核算方法四、四、實(shí)際負(fù)荷量實(shí)際負(fù)荷量的計(jì)算的計(jì)算五、五、允許負(fù)荷量允許負(fù)荷量的確定的確定六、保證局部強(qiáng)度不受損傷的六、保證局部強(qiáng)度不受損傷的措施措施 載箱部位上作用在箱底座處的集裝箱載箱部位上作用在箱底座處的集裝箱總重量（總重量（kN）。）。校核方法校核方法l均布載荷均布載荷pd：l集中載荷集中載荷P：l車輛載荷車輛載荷Pv ：l堆

23、積負(fù)荷堆積負(fù)荷Pc ：單位面積允許承受的最大重量（單位面積允許承受的最大重量（kPa）。）。 某一較小特定面積上允許承受某一較小特定面積上允許承受的最大重量（的最大重量（kN）。）。 載車部位允許承受的以特定車輪數(shù)目載車部位允許承受的以特定車輪數(shù)目為前提的車輛及所載貨物的總重量為前提的車輛及所載貨物的總重量（kN）。）。ccPP 甲板甲板實(shí)際實(shí)際負(fù)荷量負(fù)荷量 甲板甲板允許允許負(fù)荷量負(fù)荷量 l均布載荷均布載荷pd：l集中載荷集中載荷P：l車輛載荷車輛載荷Pv ：l堆積負(fù)荷堆積負(fù)荷Pc ：ddpp PP vvPP 原則：原則：（2）集中載荷：（）集中載荷：（Concentrated load）SP81.9pd iid.F.Sh81.9p nW81. 9P icP81. 9P （1）均布載荷（）均布載荷（Even distributed load）（3）集裝箱載荷：（）集裝箱載荷：（Container