第07章 船舶强度

海上货物运输

航海学院货运教研室第七章船舶强度

（Strengthofship）

第一节保证船舶总纵强度第二节保证船舶局部强度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一、强度定义和分类1、强度定义船体结构受内、外力作用时，船体抵抗发生变形或破坏的能力。2、强度分类强度总强度局部强度纵强度横强度扭转强度船体结构承受的内、外力内力：局部力外力：重力、浮力、惯性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖带力。船体强度的分类1）总纵强度：船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。2）横向强度：船舶抵抗横向变形和破坏的能力。3）扭转强度：船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。4）局部强度：船舶抵抗局部变形和破坏的能力。3）扭转强度（Torsionalstrength）定义

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

沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线造成的。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。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、剪切力及剪切应力中垂变形(sagging)中拱变形(hogging)船体变形

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。

船体受正弯矩作用，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。利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂dM¤>dM：中垂变形dM¤<dM：中拱变形dM¤

＝dM：无拱垂变形首尾平均吃水：拱垂判定：拱垂值：2、总纵弯曲产生的原因1234567原因：船舶所受重力和浮力沿船长方 向分布不一致造成。3、船体弯矩和弯曲应力弯曲力矩：

单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。

船体结构的弯曲应力弯曲力矩的大小：中和轴xDAB纵向结构件：外板、甲板板、纵骨、纵珩最大弯曲应力：

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。中和轴xDAB弯曲应力弯曲应力：

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。弯曲应力计算拉应力压应力W：剖面模数弯曲应力大小分布：中和轴处为0中和轴中和轴：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。拉应力压应力中和轴xDABzNA位置：剖面模数剖面面积对中和轴的面积惯矩剖面模数最大剖面模数：W中和轴xDAB船底剖面模数：甲板剖面模数：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船体参加总纵弯曲的结构件的数目和尺寸决定。4、船体剪切力及剪切变形

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。W1W1Nx剪切力：剪切变形：剪切应力：

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。Nx剪切应力计算中和轴xDAB剪切应力其中：N—总纵剪力

I—面积惯矩

b—ZA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总纵剪应力：最大剪应力？在中和轴处三、总纵剪力和弯矩的计算3、负荷曲线（Loadcurve）5、弯矩曲线（Bendingmomentcurve）4、剪力曲线（Shearcurve）1、重量曲线（Weightcurve）2、浮力曲线（Buoyancycurve）示例实例总纵剪力和弯矩的计算示例结论总纵剪力和弯矩的计算实例5t5tdXXOBACDOBACDOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m结论剪力最大值Nmax：弯矩最大值Mmax

：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m结论

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。

位于距首尾L/4的剖面处； 位于船中剖面处。剪应力最大值τmax：弯曲应力最大值σmax

： 四、船中静水弯矩估算1、基本估算式：总纵弯曲的原因？最大弯矩的位置？WFWAΔAΔFBABFGFGAδΔxi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1、弯曲应力和切应力法—材料的许用弯曲应力—材料的许用剪切应力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1、船用钢材：一般强度钢 伸缩率：高强度钢 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：2、许用弯矩/剪切力法[M]—许用弯矩由于若则：由于若则：[N]—许用弯矩3、百分比校核法

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。

分数系数：许用弯矩校核：船中弯矩估算：（1）绘制原理4、强度曲线图法（2）曲线图的使用因为：所以：载重弯矩：许用载重弯矩：强度曲线图曲线图的使用曲线图的构成纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。横坐标：平均型吃水。强度曲线的使用点划线虚线实线点划线和虚线之间：有利范围虚线和实线之间：允许范围实线之外：危险范围点划线左上方：中拱范围点划线右下方：中垂范围（1）适用条件船长小于90m或者装载均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。（2）使用方法：纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。横坐标：平均型吃水。（3）区域划分：[有利范围）[正常范围）[极限范围）[危险范围有利拱垂范围：正常拱垂范围：极限拱垂范围：危险拱垂范围：5、利用拱垂差的大小校核总纵强度拱垂值：注意

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：注意可以开航；只能好天气开航；不能开航。[有利范围）[正常范围）[极限范围）[危险范围六、影响船舶拱垂变形的因素1、重力分布对拱垂变形的影响：（1）船舶布置（2）积载方案2、浮力分布对拱垂变形的影响：（1）船舶形状（2）船舶与波浪的相对位置3、船体有效构件的尺寸、材料及分布（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中机船中后机船尾机船d弯矩0中拱中垂b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较

空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较

中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较（2）积载方案对总纵强度的影响a、经验法（舱容比配货法）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2151175928812357294424084000327227742270b、隔舱装载：应用：提高总纵强度的方法

提高总纵强度方法（1）中拱状态：中机船满载状态尾机船压载状态中后机船压载状态合理分配载重，提高船舶总纵强度：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。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。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（2）波浪对总纵弯曲的影响a、船舶中垂， 波谷位于船中， 危险。WXWXb、船舶中拱， 波峰位于船中， 危险波长等于船长，船舶与波浪的相对位置关系：标准波：甲板剖面模数的腐蚀修正

甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.4～0.6％。（1）近似公式计算法中和轴xDAB（2）经验法：使用年限小于5年的船舶取下限，使用年限10年以上的船舶取上限。（3）腐蚀极限：（3）腐蚀极限船长大于或等于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40％L区间强力甲板的剖面模数应满足：无限航区（Ι类航区）：近海航区（Π类航区）：沿海航区（Ⅲ类航区）：第二节保证船舶局部强度一、定义船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏的能力。船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。二、核算部位舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。三、核算指标及核算方法四、实际负荷量的计算五、允许负荷量的确定六、保证局部强度不受损伤的措施三、负荷量的表示及校核方法

载箱部位上作用在箱底座处的集装箱总重量（kN）。校核方法均布载荷pd：集中载荷P：车辆载荷Pv

：堆积负荷Pc

：单位面积允许承受的最大重量（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）。甲板实际负荷量甲板允许负荷量局部强度的校核方法

均布载荷pd：集中载荷P：车辆载荷Pv

：堆积负荷Pc

：原则：四、实际负荷量的计算（2）集中载荷：（Concentratedload）（1）均布载荷（Evendistributedload）（3）集装箱载荷：（Containerload）五、允许负荷量的确定1、查取局部强度计算书

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）17.1624.72~31.173.5717.26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个前轮集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可查得。2、经验法2、经验公式计算法（均布载荷pd）中间甲板和内底板上甲板六、保证局部强度不受损伤的措施按