六、船舶强度

1、1船舶强度覃 胜2总目录教学目录退出后退上一页下一页目录目录1.教学要求2.教学内容3.总结3总目录教学目录退出后退上一页下一页教学要求教学要求1.掌握船舶强度的概念和种类；2.理解船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系；3.掌握利用纵强度曲线图、载荷弯矩许用力矩表进行船体纵强度校核的方法以及船体纵向变形的经验校核方法；4总目录教学目录退出后退上一页下一页教学要求教学要求4.了解船体布置对船体纵向受力的影响；5.掌握改善和保证船舶纵向强度的具体做法。6.掌握船舶局部强度的校核方法和保证船舶局部强度不受损伤的措施。5总目录教学目录退出后退上一页下一页教学内容：目录教学内容：目录一、船舶强度

2、基本概念二、船舶纵向强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施6总目录教学目录退出后退上一页下一页3.船舶强度的影响因数一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念(一)船舶强度Strength of Ships1.概念：船舶结构抵抗船体发生损坏和变形的能力。2.分类总强度局部强度纵向强度横向强度扭转强度7总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念(二)纵向强度Longitudinal Strength1.概念：抵抗沿船长方向产生弯曲变形的能力2.船舶产生变形的原因：GB 整体平衡 纵向各舱不平衡G1B1B2G3B3G4B4G5B5GRBRG6B68总目录教学

3、目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念3.剪力Shearing force 负荷=重力浮力 分段船体存在负荷，为了维持平衡，该侧船体必然受到来自另一侧船体的作用力，通过剖面构件上传递的这一作用力称为剪力 剪力的大小与本段船体所受的负荷大小相等，但方向相反9总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 符号：当剖面船尾一侧重力大于浮力时，剖面剪力为正，反之为负 剪力最大值：船首、尾1/4船长处10总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念4.弯矩Bending moment，(弯曲力矩) 当某横剖面上首向一侧

4、各段剪力对该剖面的力矩之和不为零，则相对一侧(尾向)船体必然通过剖面连接构件传递一反向力矩来维持船体平衡，该力矩为该横剖面的弯曲力矩 最大弯矩值：船中前后11总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念5.弯矩变形 中拱Hogging：中部上拱，船体受正弯矩作用 中垂Sagging：中部下垂，船体受负弯矩作用12总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 波浪中航行的弯矩变形：当波长=船长中拱船船中位于波峰，中拱加大中垂船船中位于波谷，中垂加大13总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念(三)横向强

5、度Transverse Strength1.概念：抵抗沿横向变形的能力2.各种船型满足情况： 一般货船，横框架坚固，横向强度足够； 集装箱船：舱口宽大、无中间甲板，横向强度应予以强固。14总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念(四)扭转强度Torsion strength1.概念：抵抗扭转变形的能力2.产生扭转变形的原因 船体斜置于波浪：影响最大，最大处位于船中附近 船舶横摇 装卸货物15总目录教学目录退出后退上一页下一页一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念(五)局部强度Local Strength1.概念：抵抗局部发生变形和破坏的能力2.局部强度的影响

6、： 局部强度虽然是局部性的，但有时也会导致全船的破坏3.局部强度考虑部位： 上甲板、中间甲板及底舱甲板16总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施(一)船舶积载时纵向强度保证措施1.按舱容比例分配货重或17总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施2.均衡装卸各舱货物，合理安排装卸顺序；3.应考虑中途港装卸货物对强度的影响；4.油水的合理分布和使用；5.吃水差调整时兼顾船舶拱垂状态的改善。18总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 各

7、种类型船舶纵向强度改善措施船型装载状态纵向变形配置使用中机型满载时中拱先中间先首尾空载时轻度中拱先中间先首尾尾机型满载时中垂或中拱按具体情况定空载时中拱先中间先首尾19总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施(二)船舶纵强度校核原理剖面实际剪力该剖面许用剪力剖面实际弯矩该剖面许用弯矩基本思路20总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施1.许用剪力和许用弯矩可从船舶资料中查取船舶一般分成如下几种情况给出：1)给出船中许用静水弯矩 对于较小船舶(长度在90m以下)，船舶资料只给出船中剖面上的

8、许用弯矩21总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施2)给出港内(静水中)和海上(波浪中)船中弯矩许用值 对于中等大小船舶(长度在150m以下)，船舶资料给出船中剖面上的静水中和波浪中的许用弯矩22总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施3)给出重要剖面上的剪力和弯矩许用值 对于大型船舶(长度在150m以上)，船舶资料给出各横舱壁对应横剖面处的静水许用剪力和弯矩、波浪许用剪力和弯矩；也可将船长分成20站，再给出上述对应值23总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施

9、二、船舶纵向强度校核及保证措施2.船舶实际装载状态时的剪力和弯矩24总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施(三)船舶纵向强度校核的几种常见方法1.船中弯矩估算法 (适用中小型船舶) 最大静水弯矩MS：甲板因腐蚀变薄，强度有所降度Ms=Wdc 10-3-Mw (kNm)Mw=9.81FLBPB(Cb+0.7)10-2 (kNm)225总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 实际静水弯矩MS：MS0，船舶中拱；MS|MS|，船舶纵强度满足要求；MS|MS|，船舶纵强度不满足要求26总目录

10、教学目录退出后退上一页下一页2.用强度曲线图校核二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 dm (m)44481216202428323640PiXi(104kNm)有利范围允许范围中拱中垂1)结构2)使用不包括空船重量有利中拱 由船中弯矩估算法演变而成27总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施3.用载荷对船中弯矩允许范围数据表进行校核型吃水dm(m)排水量(t)载荷对船中弯矩值PiXi (kNm)2.62537120777203.00633346698225921

11、03.507484777527569755189034.00865410954018876293367774.509821141386112061896553371044855.0011014174591215381409872884364362286645.5012207208213018743581323506772654564882中拱状态中垂状态允许范围有利范围有利范围允许范围28总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施型吃水dm(m)排水量(t)载荷对船中弯矩值PiXi (kNm)5.50122072082130187435813

12、235067726545648826.001342124134722205700165484811039968962246.5014607273700625292341978382142753012197587.0015855309363928858672335015178416315763917.5017089344793732401652689313213846119306898.0018334380607035982983047446249659422888228.5019617417762439698523419000286814826603769.002088145414284333

13、6563782804323195230241809.192136746945924486820393596833851163177344中拱状态中垂状态允许范围有利范围有利范围允许范围接上表29总目录教学目录退出后退上一页下一页 拱垂判断：二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施4.用经验数值校验 拱垂值：中垂状态中拱状态30总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 经验数值校验危险范围 不许开航有利范围 可以开航正常范围 可以开航极限范围好天气允许开航31总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施

14、二、船舶纵向强度校核及保证措施5.站面强度校核表法 对不同剖面的剪力和弯矩校核的必要性：由于船体纵向结构非对称性和纵向载荷的非均匀性，仅以上方法校核船中剖面弯矩显然不够准确和全面，尤其是对于大型船舶。32总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施1)许用剪力和许用弯矩 大型船舶一般将海上航行状态(At sea)和在港停泊状态(In harbour)分开校核； 小型船舶仅给出最大剪力许用值和最大弯矩许用值。 上述值可由船舶装载手册或强度计算书中查取33总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施

15、34总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施2)舱壁站面处的实际剪力和弯矩的计算计算各站面处的重力Wi i和重力距Mi i 应自船尾起向首计至该站面的重量和重量力矩总和，重力可由空船、货物、油水和常数4部分构成35总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施计算各剖面处的浮力Bi i和浮力距MBi i 是自船尾计至相应站面的浮力或浮力距的累加 其值可从船舶资料“浮力或浮力距数值表”中以平均吃水和吃水差为引数查取36总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强

16、度校核及保证措施计算各站面处的剪力 SFi=WiBi计算各站面处的弯矩 当采用船尾坐标系计算重力距时：BMi=MiMbi 当采用船中坐标系计算重力距时，BMi=MiWiliMbi37总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施3)各站面上的剪力和弯矩实际值与许用值比较 当各站面上的实际剪力和弯矩均小于许用值时，说明该装载状态下的总纵强度满足要求。38总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施6.利用主机气缸曲拐开档差值检验拱垂变形 船舶拱垂变形，会影响主机气缸开档差开档差值0.01%活塞冲程

17、有利范围开档差值0.01%0.02%活塞冲程允许范围开档差值0.02%活塞冲程危险范围39总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施(三)船体布置对纵向强度的影响及改善方法1.各船型弯矩特性曲线(以杂货船为例) 各机型、不同吃水时，静水弯矩均处于中拱状态40总目录教学目录退出后退上一页下一页中拱中垂二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 杂货船船型与弯矩特性曲线(104Nm)dm(m)12345678910012345678910 1112弯矩尾机船中后机船中机船41总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核

18、及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 结论中机船空载，中拱弯矩较小满载，中拱弯矩较大(特别注意)中后机船空载至满载，中拱弯矩变化不大空载时中拱弯矩比满载时大尾机船空载，中拱弯矩较大(特别注意)满载，中拱弯矩较小42总目录教学目录退出后退上一页下一页二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施2.不同机舱位置的船舶，营运中改善纵向弯矩的方法 考虑要素：货物纵向分配、油水装载顺序、油水使用顺序43总目录教学目录退出后退上一页下一页三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施(一)船舶局部强度校核1.用船舶资料确定甲板的允许负荷量Pd 所需船舶资料：局部强度计算书

19、(或舱容图) 实际负荷量Pa允许负荷量Pd44总目录教学目录退出后退上一页下一页三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施2.允许负荷量的表示方法1)均布载荷 (kPa)2)集中载荷 (kN)3)车辆载荷 (kN)4)集装箱载荷 (kN)45总目录教学目录退出后退上一页下一页三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施3.用经验公式求甲板允许负荷量Pd1)上甲板c：设计时的货物装载率Hc：货堆高度，重结构船取1.5m轻结构船取1.2m：船舶设计时采用的舱容系数当无c 、资料时，Pd不超过1.5t/m246总目录教学目录退出后退上一页下一页三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施2)中间甲板和底舱c：设计时的货物装载率Hd：甲板间舱平均高度或底舱高度无c具体资料时，可取c=0.72t/m3对于底舱，可取1.0t/m347总目录教学目录退出后退上一页下一页三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施4.实际负荷量Pa的计算P