船体强度概论及船体受到的外力

1、项目二项目二 船体强度计算基本知识船体强度计算基本知识 2-1 船体强度概论与船体受到的外力船体强度概论与船体受到的外力2-2 船体梁的受力与变形船体梁的受力与变形2-3 重量曲线和浮力曲线重量曲线和浮力曲线2-4 船体静波浪剪力和弯矩的计算船体静波浪剪力和弯矩的计算2-5 船体总剪力和弯矩计算实例船体总剪力和弯矩计算实例2-6 钢质船舶的总纵强度计算钢质船舶的总纵强度计算2-7 剖面几何性质剖面几何性质项目二项目二 船体强度计算基本知识船体强度计算基本知识 2-1 船体强度概论与船体受到的外力船体强度概论与船体受到的外力要求掌握：要求掌握：l结构设计的任务和三个阶段结构设计的任务和三个阶段l

2、船舶结构设计需要考虑的船舶结构设计需要考虑的6个因素个因素 l规范法设计的一般步骤，主要图纸及技术文件规范法设计的一般步骤，主要图纸及技术文件 l选用船舶建造规范的要点选用船舶建造规范的要点1.结构布置的一般原则结构布置的一般原则 一、船体强度计算的内容，几个基本概念一、船体强度计算的内容，几个基本概念船体强度的研究涉及多个学科领域，分散于多个课程，船体强度的研究涉及多个学科领域，分散于多个课程，但都必然涵盖以下内容：但都必然涵盖以下内容：1）外力问题）外力问题 确定作用在船体或各个结构上的载荷的确定作用在船体或各个结构上的载荷的大大小小、性质性质、特征特征等，在研究时对外力如何进行合等，在研

3、究时对外力如何进行合理抽象，如何精确地理抽象，如何精确地描述描述外力，如何减小仿真误外力，如何减小仿真误差。差。2）内力问题：有两类：有两类 a.当载荷已知时，如何确定结构构件当载荷已知时，如何确定结构构件任意剖面任意剖面中中的应力与变形的应力与变形即结构的响应分析，包括即结构的响应分析，包括静静力响应力响应与与动力响应动力响应 （亦称载荷效应分析）；（亦称载荷效应分析）； 结构动力学结构动力学的研究方向有：结构模态、动力响应、的研究方向有：结构模态、动力响应、爆炸、冲击、疲劳强度等等。爆炸、冲击、疲劳强度等等。 与与流体动力学流体动力学的结合：的结合：流流-固耦合固耦合问题，有可能解决问题，

4、有可能解决波浪载荷的更精确的模拟。波浪载荷的更精确的模拟。 b. 或者确定结构的或者确定结构的最大承载力最大承载力，即确定，即确定容许载容许载荷荷或或极限载荷极限载荷的问题的问题 称为结构的称为结构的极限状态分析极限状态分析（亦称求载荷效（亦称求载荷效应的极限值）应的极限值） 极限载荷极限载荷是使结构是使结构破坏破坏时的载荷（即失效，失去结时的载荷（即失效，失去结构应起的各种作用中的任何一种作用）。构应起的各种作用中的任何一种作用）。）对）对强度检验标准强度检验标准的研究：的研究： 如何确定合适的强度标准，并将如何确定合适的强度标准，并将其作为一种通用的设计准则。其作为一种通用的设计准则。 4

5、）船舶强度条件的）船舶强度条件的计算和检验计算和检验： 各部分内容的关系各部分内容的关系：外力外力结构响应结构响应极限状态分析】极限状态分析】判断是否符合强度标准判断是否符合强度标准二、船体强度计算的处理方法二、船体强度计算的处理方法 通常将船体强度划分为总强度和局部强度两个通常将船体强度划分为总强度和局部强度两个方面来研究。方面来研究。1. 总强度：总强度：船体梁：把船体当作一根漂浮的空心薄壁梁，船体梁：把船体当作一根漂浮的空心薄壁梁，从整体上从整体上研究其变形研究其变形规律和抵抗破坏的能力。规律和抵抗破坏的能力。船体梁的总纵弯曲和扭转：船体梁的总纵弯曲和扭转：2.局部强度：局部强度： 构件

6、、节点、局部结构构件、节点、局部结构3. 船体挠度及其组成：船体挠度及其组成：l在外力作用下，船体可产生的总纵变形量称为在外力作用下，船体可产生的总纵变形量称为船体挠度。船体挠度。l船体挠度的组成：船体挠度的组成：总纵弯距产生的挠度。总纵弯距产生的挠度。剪力产生的挠度。剪力产生的挠度。甲板和水下船体温差产生的挠度。甲板和水下船体温差产生的挠度。主要的是主要的是，后两者均较小。，后两者均较小。l船的挠度并不像强度那样重要。但对强度高的船的挠度并不像强度那样重要。但对强度高的轻质船，特别是轻质船，特别是L/D很大的船要引起注意。很大的船要引起注意。l挠度过大要影响主机和轴系的运转。挠度过大要影响主

7、机和轴系的运转。l营运船的挠度值要营运船的挠度值要1/1000L。20m的船，按衡的船，按衡准小于准小于20mm。4.船体的总纵稳定性：船体的总纵稳定性：指船在总纵弯矩作用下保持其原有平衡状态的能指船在总纵弯矩作用下保持其原有平衡状态的能力。甲板、舷侧以及舱壁等在外力作用下都有力。甲板、舷侧以及舱壁等在外力作用下都有可能引起失稳。可能引起失稳。5、规范对、规范对FRP船的要求l总纵强度：在我们设计建造总纵强度：在我们设计建造FRP船时，以船时，以L/D来判定来判定是否进行总纵强度校核。如内规中，是否进行总纵强度校核。如内规中，L15m的的FRP船，船，L/D14，而且结构满足规范要求就免除了；

8、而，而且结构满足规范要求就免除了；而当当L/D14，就要校核总纵强度。，就要校核总纵强度。l船的刚度：规范要求船的刚度：规范要求FRP船的中剖面惯性矩应满足规船的中剖面惯性矩应满足规范要求。范要求。l船的结构稳定性：规范要求对夹层结构的船的结构稳定性：规范要求对夹层结构的FRP船，应船，应对承受压力的夹层面板进行稳定性校核。对承受压力的夹层面板进行稳定性校核。三、作用在船体结构上的载荷三、作用在船体结构上的载荷（*分类）分类） 对载荷分类的原因：对载荷分类的原因： 2. 按对结构的影响范围：按对结构的影响范围：1）总体性载荷：总体性载荷：对船舶整体变形有影响，如总纵弯曲力矩、对船舶整体变形有影

9、响，如总纵弯曲力矩、剪力，纵向扭矩等剪力，纵向扭矩等2）局部性载荷：局部性载荷：对船舶局部结构、构件等的变形有影响，如，对船舶局部结构、构件等的变形有影响，如，机器振动、海损时的水压力等机器振动、海损时的水压力等3）二者兼有：二者兼有：货物、油、水、舷外水压力货物、油、水、舷外水压力3. 按载荷的时间效应可以分为：按载荷的时间效应可以分为：1）不变载荷：不变载荷：指在作用时间内不发生变化（大小、方向、作指在作用时间内不发生变化（大小、方向、作用点）用点） 如静水压力，货物压力等如静水压力，货物压力等-可用于静力分析可用于静力分析2）静变载荷（准静态载荷）：静变载荷（准静态载荷）：指载荷变化的最

10、小周期指载荷变化的最小周期TminN*Ts(结构固有振动周期的多倍结构固有振动周期的多倍)，如，如波浪载荷波浪载荷（目前需（目前需要用要用概率理论概率理论和和随机过程理论随机过程理论来研究），来研究），液体货物的液体货物的晃荡晃荡（研究（研究进展）进展），甲板上浪，下水载荷等，甲板上浪，下水载荷等 一般，一般，N由结构动力学分析来确定。由结构动力学分析来确定。3）动变载荷：动变载荷：指载荷变化的最小周期指载荷变化的最小周期Tmin与结构固有振动周期与结构固有振动周期Ts(Structure)同阶同阶（指（指相差不大），这时可能会引起较大的受迫振相差不大），这时可能会引起较大的受迫振动。动。 如局部机械振动，螺旋桨引起的脉动压力，如局部机械振动，螺旋桨引起的脉动压力，船体梁的波激振动等船体梁的波激振动等4）冲击载荷：冲击载荷：指作用时间非常短的载荷。指作用时间非常短的载荷。 也就是说，载荷变化的最小周期也就是说，载荷变化的最小周期Tmin远小于结构远小于结构固有振动周期固有振动周期Ts(Structure)，以至于整体结构来不及，以至于整体结构来不及反应载荷就已经作用完毕。反应载荷就已经作用完毕。 如砰击、碰撞、爆炸、冲击如砰击、碰撞、爆炸、冲击等力学行为等力学行为（由结构动力学、（由结构动力学、非线性力学、爆炸和冲击力学