船舶总纵强度计算方法

1一、引言问题提出：

船舶在运营过程中，船体结构的受力颇为复杂。尤其是船体所受重力和浮力沿船长方向分布的不一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯曲应力。(这时弯曲应力大小如何衡准？)解决思路：

将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形.已成为研究船舶总纵强度(Longitudinalstrengthofship)的标准方法。xMxo2/3/2023船海2总强度计算的标准计算方法：（1）将船舶静置在波浪上，即假定船舶以波速在波浪的传播方向上航行，船舶与波浪处于相对静止的状态；（2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长，计算波高按有关规范或强度标准选取。（3）取波峰位于船中和波谷位于船中两种状态分别进行计算。计算方法：2023/2/32023/2/32023/2/3

概述

在求得船体的总纵弯曲和剪力之后，我们就可以计算船体的弯曲正应力，进行强度校核。

实验现象：1、变形前互相平行的纵向直线、变形后变成弧线，且凹边纤维缩短、凸边纤维伸长。2、变形前垂直于纵向线的横向线,变形后仍为直线，且仍与弯曲了的纵向线正交，但两条横向线间相对转动了一个角度。中性轴：中性层与横截面的交线称为中性轴。平面假设：变形前杆件的横截面变形后仍为平面。MZ:横截面上的弯矩y:到中性轴的距离IZ:截面对中性轴的惯性矩2023/2/3zy船体结构是由许多部件组成的，这些部件各自承担着一定的作用。其中一些是直接承受外力的构件，另一些则承受别的构件传来的力。现以两种典型结构形式的船底板架为例，进行船体结构的受力和传力过程分析。2023/2/3船体结构是由许多部件组成的，这些部件各自承担着一定的作用。其中一些是直接承受外力的构件，另一些则承受别的构件传来的力。现以两种典型结构形式的船底板架为例，进行船体结构的受力和传力过程分析。2023/2/3横骨架式——假定在船底板架上只作用着水压力。直接承受水压力的构件是外底板，外底板将水压力传给骨架（纵骨、肋板以及船底纵桁等），然后在传到板架的支承周界（横舱壁及舷侧）上去，传力过程如下图.2023/2/3纵骨架式——假定在船底板架上只作用着水压力。直接承受水压力的构件是外底板，外底板将水压力传给骨架（纵骨、肋板以及船底纵桁等），然后在传到板架的支承周界（横舱壁及舷侧）上去，传力过程如下图.2023/2/3

甲板上的荷重也传给舱壁和舷侧，横舱壁在这些力以及与舷侧相交处的剪力作用下取得平衡。在舷侧上作用着的这些力以及与舱壁相交处的剪力，构成舷侧板架所受的不平衡力，这个力以剪力的形式传给相邻的舷侧板架，他就是总纵弯曲时作用在船体剖面中的剪力。2023/2/3由于构件相互连接，其作用是很复杂的。以纵骨架式船底板为例，外板本身承受水压力将产生弯曲应力，然后将水压力传给纵骨，再由纵骨传给肋板。纵骨在传递水压力过程中将发生弯曲变形，与纵骨相连的外板部分又将随纵骨弯曲而产生弯曲应力。以此类推，外板中的弯曲应力将包含有板的弯曲应力、纵骨弯曲应力、板架弯曲应力以及总纵弯曲应力等四种应力成分。这就是船体构件承受多种作用、产生多种应力的工作特点。其变形特征如下：2023/2/3总纵弯曲;板架弯曲;纵骨弯曲;板的弯曲第一类：只承受总纵弯曲的纵向构件，如不计甲板荷重的上甲板，其应力记为

第二类：同时承受总纵弯曲和板架弯曲的纵向构件，如船底纵桁材腹板，其应力记为1+2第三类：同时承受总纵弯曲、板架弯曲以及纵骨弯曲的纵向构件；或者是承受总纵弯曲、板架弯曲以及板的弯曲（横骨架式）的纵向构件，如纵骨架式中的纵骨或横骨架式中的船底板，其应力记为1+2+3第四类：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲及板的弯曲的纵向构件，如纵骨架式中的船底外板，其应力记为1+2+3+4

以上各种弯曲，除总纵弯曲外均称为局部弯曲。2023/2/32023/2/3由以上分析可知，船体纵向连续构件在总弯曲中所受到的正应力，可以称为总合正应力。

它包括总弯曲正应力及局部弯曲正应力。

对于不同的构件，其局部弯曲正应力所包含的应力数目是不同的，所以为：船体总纵强度的校核内容，包括：

1、按许用应力校核

总合正应力校核

剪应力校核

2、按剖面最大承载力校核2023/2/3第一节船体总纵弯曲应力第一次近似计算N、M→σ、τ→强度校核

在求得船体的总纵弯曲力矩和剪力之后，就可计算船体的总纵弯曲应力和剪应力，以便进行强度校核。

试验表明：在一定条件下（剖面内没有构件丧失稳性），用实心梁弯曲理论对船体梁进行强度计算所得的结果与实际测量结果基本相符，或极近似。2023/2/32023/2/3因此为了应用梁的弯曲应力公式来计算船体总纵弯曲应力，就必须对空心薄壁的船体梁作一个假设——等值梁假设，即假定船体是一根等值梁。

等值梁是指在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵抗能力的一种梁，也就是与船体等效的一种梁。2023/2/3等值梁的剖面可以把船体剖面中所有参与抵抗总纵弯曲的构件，在保持其高度和面积不变的条件下，假想地平移至船舶中纵剖面附近，并对称的构成一梁的剖面。2023/2/3计算剖面的选取:进行船体总纵强度校核时应选取可能出现最大弯曲应力的危险剖面进行计算。由总纵弯矩曲线可知，船体梁最大弯矩一般出现在船中0.4L范围内，所以一般应选取船中0.4L范围内的最弱剖面进行校核。货舱开口剖面；船体骨架形式发生变化的剖面；上层建筑端璧处剖面；主体材料分布变化剖面；重量分布特殊出现较大弯矩值的剖面；2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3

构件计入等值梁的条件

计算船体剖面模数时，首先要确定哪些构件能够有效地参加抵抗总纵弯曲变形，也即那些构件可以计入等值梁计算剖面。

依据一些理论分析

和实验结果，可以

得出如下一些计入

等值梁的条件和规

定：

2023/2/31）、纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件均应计入。但有些纵向构件由于形状和构造的关系，不能有效地传递总纵弯曲应力，则不能计入。船中部0.4——0.5船长区域内的纵向连续元件，如上甲板外板、内底板、纵桁、纵骨以及符合上述要求的其他构件，计算剖面模数时均应计入以后我们称这些构件为纵向强力构件。

2023/2/3

2）、中部区域只占部分船长的非连续构件（称为中间构件），例如上层建筑甲板和侧壁等，他们参加抵抗总纵弯矩的程度取决于他们本身的构造和长度。根据上层建筑强度理论分析，一般规定，凡长度超过船长的15%，且不小于本身高度6倍的上层建筑以及同时受到不小于3个横舱壁或类似结构支持的长甲板室，可以认为其中部是完全有效地参加抵抗总纵弯曲的。

可是这些构件的端部，由于抵抗总纵弯曲的程度较小，则应该按下图所示扣除斜线部分的构件剖面积。2023/2/32023/2/3

相邻舱口之间的甲板、同样可视为间断构件，因此如计算剖面选在下图所示的斜线区域内时，则斜线部分的甲板面积应扣除。2023/2/3

3）、强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽度的20%者均应扣除。

纵桁腹板上的开口，如大于腹板高度的20%，则应扣除开口部分。

至于纵向连续构件上的个别开口，如人孔、舷窗等，计算剖面模数时不必扣除2023/2/3

不同材料之间的相换算____依据变形相等

2023/2/3第一次近似计算

当确定了船体剖面中计入等值梁剖面的各构件的位置、尺寸后，便可计算等值梁剖面几何要素——剖面积、剖面对中和轴的惯性矩和剖面模数。步骤：（1）对称结构绘制半剖面图，对纵向强力构件进行编号。（可把距中和轴相等的相同尺寸构件划为一组进行编号）；（2）选取参考中和轴，参考中和轴可选在距基线e=0.45—0.5)型深处，或就在基线处；（3）分别计算各组构件剖面积Ai,型心至参考轴的距离,静距和惯性矩.对于高度较大的垂向构件，如舷侧外板，还要计算其自身惯性矩2023/2/3由此，剖面中和轴距参考轴的距离为剖面对水平中和轴的惯性矩为：任意构件距中和轴的距离为：构件中的总纵弯曲应力为：2023/2/32023/2/3*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zzNA位