海上货物运输船舶强度

1、幻灯片1海上货物运输 幻灯片2第七章 船舶强度 （Strength of ship） 第一节 保证船舶总纵强度第二节 保证船舶局部强度幻灯片3第一节 保证船舶总纵强度一、船体强度的分类二、总纵弯曲产生的原因三、总纵剪力和弯矩的计算四、总纵弯矩的估算五、总纵强度的校核六、影响总纵弯曲的因素幻灯片4一、强度定义和分类l 1、强度定义l 船体结构受内、外力作用时，船体抵抗发生变形或破坏的能力。l 2、强度分类纵强度横强度扭转强度总强度强度局部强度幻灯片5船体结构承受的内、外力l 内力：局部力l 外力：重力、浮力、惯性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖带力。幻灯片6船体强度的分类l 1）总纵强度：l

2、船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。l 2）横向强度：l 船舶抵抗横向变形和破坏的能力。l 3）扭转强度：l 船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。l 4）局部强度：l 船舶抵抗局部变形和破坏的能力。幻灯片73）扭转强度（Torsional strength）l 定义l 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的能力。l 产生原因l 沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线造成的。l 具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。如集装箱船舶、木材船等。幻灯片8二、总纵弯曲产生的原因1、总纵弯曲变形2、船体纵向弯曲或变形的原因 3、弯曲力矩及弯曲应力4、剪切力及剪切应力幻灯片9船体变形中拱变形(hogging) 船

3、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；船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。中垂变形(sagging) 船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，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。l 利用吃水判定船舶的拱垂幻灯片10利用吃水判定船舶的拱垂首尾平均吃水：拱垂值：l dM¤ > dM：中垂变形l dM¤ < dM：中拱变形l dM¤ dM：无拱垂变形拱垂判定：幻灯片112、总纵弯曲产生的原因原因：船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。幻灯片123、船体弯矩和弯曲应力 单位长度的船体，前后两端受

4、到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。 弯曲力矩：弯曲力矩的大小：纵向结构件：外板、甲板板、纵骨、纵珩船体结构的弯曲应力幻灯片13弯曲应力 任意横剖面处的纵向连续构件将承受拉（压）力作用，单位面积所受的拉（压）力为弯曲应力。弯曲应力：弯曲应力大小分布：中和轴处为0弯曲应力计算W：剖面模数最大弯曲应力： 弯曲应力最大值在距离中和轴最远处的龙骨板或上甲板处。幻灯片14中和轴通过剖面几何形心且平行于基平面的轴线。是船体梁在弯曲过程中各个剖面转动的轴线,特点：中和轴处不承受压/拉应力。中和轴：位置：zNA幻灯片15剖面模数剖面面积对中和轴的面积惯矩剖面模数船底剖面模数：甲板剖面模数

5、：l 船体参加总纵弯曲的结构件的数目和尺寸决定。最大剖面模数：Wl 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幻灯片16 4、船体剪切力及剪切变形 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，则该段船体将出现剪切变形。剪切变形：剪切力：Nx 任意横剖面处的纵向连续构件将承受剪切力，单位面积所受的剪切力为剪切应力。剪切应力最大值出现在中和轴处。剪切应力：幻灯片17剪切应力计算总纵剪应力：在中和轴处最大剪应力？其中：N总纵剪力I面积惯矩bZA高度处水平线上构件厚度的总和S 剖面上或下边缘与ZA高度线之间所围面积 对中和轴的面积静矩幻灯片18三

6、、总纵剪力和弯矩的计算l 1、重量曲线（Weight curve）l 2、浮力曲线（Buoyancy curve）l 3、负荷曲线（Load curve）l 4、剪力曲线（Shear curve）l 5、弯矩曲线（Bending moment curve）实例示例幻灯片19总纵剪力和弯矩的计算 示例结论幻灯片20总纵剪力和弯矩的计算 实例5t5tdBACDO1.5t/m1t/m0.5t/mXBACDO2.5t0.5t/mXBCDO-0.5t/mA-2.5t幻灯片21结论剪力最大值Nmax：弯矩最大值Mmax ：位于距首尾L/4的剖面处；位于船中剖面处。剪应力最大值max：弯曲应力最大值max

7、：位于距首尾L/4剖面的中和轴处；位于船中剖面的上甲板处。2.5t0.5t/mXBCDOA-2.5t幻灯片22四、船中静水弯矩估算总纵弯曲的原因？最大弯矩的位置？1、基本估算式：幻灯片23五、船舶总纵强度校核1、弯曲应力和切应力法2、许用弯矩/剪切力法3、百分比校核法4、强度曲线图法5、船舶吃水校核法幻灯片241、弯曲应力和切应力法计算的最大弯曲应力：计算的最大剪切应力：其中：材料的许用弯曲应力材料的许用剪切应力幻灯片25材料的许用弯曲应力l 1、船用钢材：l 一般强度钢l 伸缩率：l 高强度钢l 伸缩率：2、影响许用弯曲应力的因素： 材料的力学性能；海波与标准计算波高的差异；刚才腐耗和船舶使

8、用年限；船底和甲板尚需计及局部结构强度的影响；结构的稳定性；3、许用弯曲应力大小：幻灯片262、许用弯矩/剪切力法l M许用弯矩l N许用弯矩l 由于l 由于l 若l 若l 则：l 则：幻灯片273、百分比校核法许用弯矩校核：船中弯矩估算： 分数系数： 目前的装载计算机对船舶总纵强度的校 核多采用此方法。 一般分港内和海上两种状态校核。幻灯片284、强度曲线图法（1）绘制原理因为：所以：许用载重弯矩：载重弯矩：（2）曲线图的使用幻灯片29l 曲线图的构成l 纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。l 横坐标：平均型吃水。强度曲线图曲线图的使用幻灯片30强度曲线的使用l （1）适用条件l 船长小于9

9、0m或者装载均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。l （2） 使用方法：l 纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。l 横坐标：平均型吃水。l （3）区域划分：l 点划线l 虚线l 实线l 点划线和虚线之间：有利范围l 虚线和实线之间：允许范围l 实线之外：危险范围l 点划线左上方：中拱范围l 点划线右下方：中垂范围幻灯片315、利用拱垂差的大小校核总纵强度拱垂值：有利拱垂范围：正常拱垂范围：极限拱垂范围：危险拱垂范围：注意有利范围）正常范围）极限范围）危险范围幻灯片32注意可以开航；只能好天气开航；不能开航。 船舶处于有利和正常拱垂范围： 船舶处于极限拱垂范围： 船舶处于危险拱垂范围：有利范

10、围）正常范围）极限范围）危险范围幻灯片33六、影响船舶拱垂变形的因素l 1、重力分布对拱垂变形的影响：l （1）船舶布置l （2）积载方案l 2、浮力分布对拱垂变形的影响：l （1）船舶形状l （2）船舶与波浪的相对位置l 3、船体有效构件的尺寸、材料及分布幻灯片34（1）船舶布置对总纵强度的力影响a、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较幻灯片35b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较l 满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较l 空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较l 中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较幻灯片36（2）积载方案对总纵强度的影响 a、经验法（舱容

11、比配货法）舱别NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total货舱容积3075411942105719396721090舱容比14.5819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408调整值196262268364252上下限范围2151175928812357294424084000327227742270应用：提高总纵强度的方法b、隔舱装载：幻灯片37 提高总纵强度方法中机船满载状态尾机船压载状态中后机船压载状态（1）中拱状态：l 合理分配载重，提高船舶总纵强度：l 货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允许的条件下，中区货舱应按装货重量的

12、上限值装，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。l 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。l 正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应空舱。（2）中垂状态：反之幻灯片38（2）波浪对总纵弯曲的影响l 标准波：波长等于船长，l 船舶与波浪的相对位置关系： a、船舶中垂，波谷位于船中，危险。WXb、船舶中拱，波 峰位于船中，危险WX幻灯片39甲板剖面模数的腐蚀修正（1） 近似公式计算法（2） 经验法： 甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.40.6。 l 使用年限小于5年的船舶取下限，l 使用年限10年以上的船舶取上限。（3） 腐蚀极限：幻灯片40（3）腐蚀极限

13、船长大于或等于60m的远洋干散货船，船长大于或等于90m的远洋液体货船，在船中40L区间强力甲板的剖面模数应满足：无限航区（类航区）：近海航区（ 类航区）：沿海航区（ 类航区）：幻灯片41第二节 保证船舶局部强度l 一、定义l 船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏的能力。l 船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。l 二、核算部位l 舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。l 三、核算指标及核算方法l 四、实际负荷量的计算l 五、允许负荷量的确定l 六、保证局部强度不受损伤的措施幻灯片42三、负荷量的表示及校核方法l 均布载荷pd：l 集中载荷P：l 车辆载荷Pv ：l 堆积负荷Pc ：单位面积允许

14、承受的最大重量（kPa）。 某一较小特定面积上允许承受的最大重量（kN）。 载车部位允许承受的以特定车轮数目为前提的车辆及所载货物的总重量（kN）。 载箱部位上作用在箱底座处的集装箱总重量（kN）。校核方法幻灯片43局部强度的校核方法原则：甲板实际负荷量 £ 甲板允许负荷量 l 均布载荷pd：l 集中载荷P：l 车辆载荷Pv ：l 堆积负荷Pc ：幻灯片44四、实际负荷量的计算（1）均布载荷（Even distributed load）（2）集中载荷：（Concentrated load）（3）集装箱载荷：（Container load）幻灯片45五、允许负荷量的确定1、查取局部强度计算书2、经验法 部位 载荷 上甲板中间甲板内底板上甲板舱口盖二层甲板舱口盖均布载荷（kPa）17.1624.7231.173.5717.26第一货舱 9.24其他货舱 34.34车辆载荷（kN）98.1kN/4个前轮68.7kN/2个前轮98.1kN/4个前轮98.1kN/2个前轮l 集中载荷和集装箱载荷的允许负 l 荷量同理可查得。幻灯片462、经验公式计算法（均布载荷pd）l 上甲板l 中间甲板和内底板幻灯片47六、保证局部强度不受损伤的措施l 按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；l