第8章 总强度计算

1、第八章第八章 总纵强度计算总纵强度计算专题一专题一 船舶总纵强度计算概述船舶总纵强度计算概述 l 船体结构及构件船体结构及构件 infl 船体受力船体受力 infl 船体强度的分类船体强度的分类 Inf一、船体结构及构件 甲板：甲板： 甲板纵桁、甲板纵骨、甲板横梁甲板纵桁、甲板纵骨、甲板横梁 底板：底板： 底板纵骨、中底桁、旁底桁、中内龙骨、旁底板纵骨、中底桁、旁底桁、中内龙骨、旁内龙骨、肋板等内龙骨、肋板等 舷侧：舷侧： 舷侧纵骨、舷侧纵桁、肋骨舷侧纵骨、舷侧纵桁、肋骨二、船体结构承受的内、外力 内力：内力： 局部力局部力 外力：外力： 重力、浮力、惯性力、波浪作用力、墩木的重力、浮力、惯性

2、力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖带力，螺旋桨的推力。反作用力、拖带力，螺旋桨的推力。二、船体结构承受的内、外力作用在船体结构上的载荷作用在船体结构上的载荷?三、船体强度的分类三、船体强度的分类1、强度定义、强度定义 船体结构受内、外力作用时，船体抵抗发生变船体结构受内、外力作用时，船体抵抗发生变形或破坏的能力。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船体强度的分类1）总纵强度：）总纵强度： 船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。2）横向强度：）横向强度： 船舶抵抗横向变形和破坏的能力。船舶抵抗横向

3、变形和破坏的能力。3）扭转强度：）扭转强度： 船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。4）局部强度：）局部强度： 船舶抵抗局部变形和破坏的能力。船舶抵抗局部变形和破坏的能力。3）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的能力。船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的能力。 产生原因产生原因 沿船长方向单位长度重力和浮力横向、纵向不共垂线沿船长方向单位长度重力和浮力横向、纵向不共垂线造成的。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。 如集装箱船舶、木材船等。如集装箱船舶、

4、木材船等。专题二专题二 船体总纵弯曲应力第一次近似船体总纵弯曲应力第一次近似计算计算11l总纵弯曲变形总纵弯曲变形l船体纵向弯曲或变形的原因船体纵向弯曲或变形的原因 l等值梁假设等值梁假设l构件计入等值梁的条件构件计入等值梁的条件l总纵弯曲应力的第一次计算总纵弯曲应力的第一次计算船体总纵弯曲应力第一次近似计算船体总纵弯曲应力第一次近似计算中垂变形中垂变形(sagging)中拱变形中拱变形(hogging)一一. 总纵弯曲变形总纵弯曲变形 船体受负弯矩作用，中部的船体受负弯矩作用，中部的浮力浮力 (?) 于重力，首尾部的于重力，首尾部的浮力浮力(?) 于重力；船舶上甲板于重力；船舶上甲板受受(?

5、) ，船底受，船底受(?) ，发生中，发生中部部(?) 的变形。的变形。 船体受正弯矩作用，中部的船体受正弯矩作用，中部的浮力浮力( ?)于重力，首尾部的于重力，首尾部的浮力浮力( ? )于重力；船舶上甲于重力；船舶上甲板受板受( ? )，船底，船底 受受(? )，发，发生中部生中部( ? )的变形。的变形。 利用吃水判定船舶的拱垂变形利用吃水判定船舶的拱垂变形利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂 dM dM： dM dM： dM dM：MMdd )dd(21dAFM 1）首尾平均吃水：）首尾平均吃水：3）拱垂判定：）拱垂判定：2）拱垂值）拱垂值：中垂变形中垂变形中拱变形中拱变形无拱垂

6、变形无拱垂变形二、总纵弯曲产生的原因二、总纵弯曲产生的原因1234567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。船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。xxxbpqx 三、等值梁假设三、等值梁假设用实心梁代替船体梁进行强度校核用实心梁代替船体梁进行强度校核等值梁：等值梁：船体梁：船体梁：等值梁假设：等值梁假设： 把船当作一根漂浮的空心薄壁梁。把船当作一根漂浮的空心薄壁梁。在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵抗能力的一种梁抗能力的一种梁中和轴中和轴xDAB 于是，船体剖面上纵向连续构件的总纵弯曲应于是，船体剖面上纵向连续构件的总纵弯曲应力，可

7、以按梁的弯曲应力公式进行计算：力，可以按梁的弯曲应力公式进行计算：ZIM式中：式中：MM计算剖面的总纵弯矩计算剖面的总纵弯矩 II计算剖面对水平中和轴的惯性矩计算剖面对水平中和轴的惯性矩 ZZ所求构件应力点至中和轴的距离所求构件应力点至中和轴的距离计算剖面及纵向强力构件计算剖面及纵向强力构件一、计算剖面一、计算剖面1 1、定义、定义在船舶中，将可能出现最大弯曲应力的剖面称为在船舶中，将可能出现最大弯曲应力的剖面称为危险剖面或计算剖面危险剖面或计算剖面2 2、选取、选取 由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中船中0.40.4倍船长范围内，所以计算剖面一般

8、是此范倍船长范围内，所以计算剖面一般是此范围内的最弱剖面围内的最弱剖面含有最大的舱口或其他开口的含有最大的舱口或其他开口的剖面，如机舱、货舱开口的剖面。剖面，如机舱、货舱开口的剖面。 此外，一般还要对下述强度最弱剖面进行计此外，一般还要对下述强度最弱剖面进行计算：船体骨架改变处剖面，上层建筑端壁处剖面，算：船体骨架改变处剖面，上层建筑端壁处剖面，主体材料分布变化处剖面以及重量分布特殊可能主体材料分布变化处剖面以及重量分布特殊可能造成最大弯矩处剖面造成最大弯矩处剖面四、构件计入等值梁的条件四、构件计入等值梁的条件1 1）纵向强力构件）纵向强力构件 纵向连续并能有效传递总纵弯曲应力的构件；纵向连续

9、并能有效传递总纵弯曲应力的构件；船中部船中部0.4L0.5L0.4L0.5L区域内的纵向连续构件。区域内的纵向连续构件。 如：甲板板、外板、内底板、内龙骨、纵桁等如：甲板板、外板、内底板、内龙骨、纵桁等2 2）中部区域只占部分船长的非连续构件，凡连续）中部区域只占部分船长的非连续构件，凡连续长度不小于船体计算剖面本身高度的长度不小于船体计算剖面本身高度的3 3倍的纵向倍的纵向构件可计入。构件可计入。但机座纵桁不可计入但机座纵桁不可计入3 3）强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽）强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽度的度的20%20%均应扣除均应扣除 在计算船体剖面模数时，由于船体结构

10、对称在计算船体剖面模数时，由于船体结构对称于中纵剖面，一般只需于中纵剖面，一般只需对半个剖面对半个剖面进行计算。进行计算。 具体步骤如下：具体步骤如下：五、总纵弯曲应力的第一次计算五、总纵弯曲应力的第一次计算画画半半剖剖面面图图强强力力构构件件编编号号选选取取参参考考轴轴按按表表计计算算船体剖面几何要素计算表船体剖面几何要素计算表12345678构件编号构件名称构件尺寸构件剖面积距参考轴距离静力矩对参考轴惯性矩自身惯性矩mmcm2m123求和ABCiiiiiZIMAeCIIABeeCCBBAA为即可得构件的弯曲应力为船体对中和轴的惯性矩轴的距离为则剖面中和轴距离参考22,专题三专题三 船体总纵

11、弯曲应力的逐步近船体总纵弯曲应力的逐步近似计算似计算船体构件在总纵弯曲船体构件在总纵弯曲压应力作用下可能丧失其压应力作用下可能丧失其稳定性。为了对失稳构件稳定性。为了对失稳构件进行折减，必须确定船体进行折减，必须确定船体外板、甲板板、内底板和外板、甲板板、内底板和作为龙骨、纵桁及其它纵作为龙骨、纵桁及其它纵向构件的腹板、翼板的所向构件的腹板、翼板的所有板、纵向骨材以及板架有板、纵向骨材以及板架的临界应力的临界应力船体板折减系数的计算 1、剖面折减的概念 当船体总纵弯曲时，纵向骨架梁在计算载当船体总纵弯曲时，纵向骨架梁在计算载荷下是不允许丧失稳定性的，因此在船体荷下是不允许丧失稳定性的，因此在船

12、体构件中只有板是丧失稳定性的。构件中只有板是丧失稳定性的。 第一次近似计算求出总纵弯曲应力之后，第一次近似计算求出总纵弯曲应力之后，若所得压应力大于相应构件的临界应力，若所得压应力大于相应构件的临界应力，表明构件失稳。构件失稳后构件上作用的表明构件失稳。构件失稳后构件上作用的应力发生了变化。应力发生了变化。剖面折减系数的计算剖面折减系数的计算 在强度计算时，最有可能丧失稳定性的部在强度计算时，最有可能丧失稳定性的部位是甲板和内、外底板，因此只考虑甲板位是甲板和内、外底板，因此只考虑甲板和内、外底板剖面的计算问题。和内、外底板剖面的计算问题。甲板甲板 ：内、外底板内、外底板： 2 :相应构件的板

13、架弯曲应力，并应考虑其正负符号相应构件的板架弯曲应力，并应考虑其正负符号(拉伸为正，压缩为负拉伸为正，压缩为负)。第二次近似计算第二次近似计算 需要对柔性构件进行面积折减需要对柔性构件进行面积折减故第二次近似计算时的剖面积，静矩，惯性矩分别为故第二次近似计算时的剖面积，静矩，惯性矩分别为A1 = A + AB 1 = B + B C 1 = C + C专题五专题五 极限弯矩计算极限弯矩计算专题四专题四 总合应力及强度校核总合应力及强度校核一、极限弯矩与船体过载能力的概念一、极限弯矩与船体过载能力的概念(1)极限弯矩极限弯矩 极限弯矩是指船体横剖面内刚性构件中，离开中和轴最远极限弯矩是指船体横剖

14、面内刚性构件中，离开中和轴最远点处的拉应力达到材料屈服极限或压应力达到构件临界应点处的拉应力达到材料屈服极限或压应力达到构件临界应力时，船体剖面上所对应的总弯矩。力时，船体剖面上所对应的总弯矩。 Mj=j W j(2)过载能力过载能力 = Mj/M 0最小最小 值，一般情况下值，一般情况下 0 2。满足许用应力要求时，不一定能满足过载系数要求；而满足满足许用应力要求时，不一定能满足过载系数要求；而满足了了 0 要求时，许用应力的要求一般必能满足。所以过载系要求时，许用应力的要求一般必能满足。所以过载系数的要求也是重要的检验船体总强度指标。数的要求也是重要的检验船体总强度指标。二、极限弯矩的计算及其校核二、极限弯矩的计算及其校核通常是在总纵弯曲第一次近似计算基础上进行极限弯通常是在总纵弯曲第一次近似计算基础上进行极限弯矩矩 Mj的计算。的计算。 若若 算算 出出 的的 极极 限限 剖面剖面 模数与原剖面模数相比，其相模数与原剖面模数相比，其相对误差不小于对误差不小于 10，需要再进行一次近似计算，直到前，需要再进行一次近似计算，直到前后两次计算值的相对误差小于后两次计算值的相对误差小于 10为止。同时，最终之为止。同时，最终之不得小