船体结构与结构设计课件

《船体结构与结构设计》多媒体课件第一章船舶类型和结构的一般知识第一节船舶类型

第二节作用在船体上的力及强度概念第一节船舶类型

船舶可按下列方式分类:航行区域海船和内河船；航行状态排水型船、潜水艇、滑行艇、水翼艇和气垫船；推进动力蒸汽机船、内燃机船、汽轮机船、燃气轮机船和核动力船；推进器螺旋桨船、喷水推进船、空气螺旋桨推进船和明轮船；建造材料钢船、木船、水泥船、铝合金船和玻璃钢船等。

但通常按船舶的用途来分类，大致可以分为如下几种：

最常见的主要类型的船舶特点：一、杂货船普通货物船:载运包装、袋装、桶装和箱装的。多用途货船:除能运输一般杂货、散货外，还能兼运集装箱。结构特点：多用途货船有较大甲板开口，便于货物装御，并增大起重能力，以适应吊装集装箱的需要。有足够的稳性，以满足在甲板上堆放多层集装箱的要求。杂货船都为单螺旋桨船，具有2～3层甲板和双层底。根据机舱位置的布置，有所谓中机型船和尾机型船之分，近来趋向于建造尾机型船或中后机型船。图1－128000T多用处干货/集装箱船

主尺度：总长*型宽*型深*吃水(m)＝181*26*14.4*10.02；吨位：总吨位（GROSS)＝19354，净吨位(NET)＝9614；航速：15.5kn；主机：型号*功率*台数＝MANB&W5S50MC*6400*1

图1－230000吨多用途货船二、集装箱船集装箱船的特点：货舱内和甲板上堆装规格统一的标准货箱，货舱口宽而长，多数依靠港口专用的起货机装卸，少数的也有自带起货装置。装卸速度快，可大幅度缩短船舶在码头的停泊时间，从而增加航次。图1－37100TEU集装箱船图1－43500箱集装箱船三、散装货船

散装货船是专门装运谷物、矿砂、煤炭等大宗散装的。普通散装货船多用途的散装船除了装运谷物、矿砂外，还能装载木材、板材、集装箱等各种货物。矿－油两用船或砂－油－散三用船。自卸式散货船货舱底部是W形，货物从下面的尖部开口漏到纵向传送带上作水平移动。再由垂直的链斗提升机或多级倾斜皮带等装置提升到舱面上。最后用悬臂式输送带运送到码头上。图1－517.5万吨好望角型散货船本船型是单桨、柴油机驱动的超大型单壳散货船，主要承担铁矿石、煤炭等散货的海上远程运输。本船设球首、方尾和连续的上甲板，尾部设6层尾甲板室，不设首楼。全船设9个货舱，货舱为带有顶边舱和底边舱的常规散货船型式，结构进行重货加强并可间隔舱装矿，No.2、4、6、8货舱可以是空舱。本船No.6货舱可兼作压载舱，同时No.2、4、8舱也可在码头部分装载压载水。货舱舱口盖为齿轮齿条液压驱动的侧滚式舱盖。全船不设起货设备。主要尺度及参数

总长

288.92m

垂线间长

279.00m

型宽

45.00m

型深

24.50m

设计吃水/结构吃水

16.50m/18.10m

载重量

156093t/175080t

主机型号

MAN–B&W6S70MC1set服务航速

15.0kn（atCSRwith15%S.M.）

图1－7自卸式散装货船卸货过程

1.纵向传送皮带；2.提升装置；3.悬臂输送皮带；4.W形货舱底四、油船目前世界上大型油船都在20～30万吨左右，超大型的油船达50万吨以上。除了装石油外，还有成品油船（吨位一般在6万吨左右，以2～4万吨居多）。石油的装卸是利用船上的油泵和管路，为防止油船对海洋的污染，国际海事组织(IMO)决定在2015年前停止使用单壳油船，今后建造的油船，尤其是大中型油船，都应为双壳体结构。结构特点：尾机型，单层甲板单层底（除机舱除外）。油舱区按规范要求设置横舱壁，并在纵向设置1～3道纵舱壁干舷较小，满载时甲板贴近水面，设有从尾楼至桥楼或首楼的步桥供船员安全通行。大型的油船可在甲板下面设置封闭的通道代替步桥。船上的蒸汽、消防、海水等管系和电缆可装在步桥下。上甲板上布置纵贯全船的输油管。甲板上不设舱口，只设圆筒形的油气膨胀阱，舱口盖的油密性能良好。图1－830万吨油船

主尺度：总长*型宽*型深*吃水（m）＝333*58*31*22.2

本船是低速柴油机驱动的单桨、双底、双壳结构的远洋航行成品油/化学品船，可航行于冰区（符合1B级冰区加强），主要装运各种成品油和化学品(IMOtype2)。本船设有9对货油舱和1对污油水舱(Sloptank)加1个残油舱，可同时装载9种不同货品。每一货油舱和污油水舱设1台液压深井泵，货油舱内涂敷酚醛环氧特涂漆，货舱内外的货油管系和阀门均为不锈钢。

本船设倾斜式船首带球鼻、方尾、可调螺距螺旋桨带1250千瓦軸带发电机、贝克舵（可左右旋转450）、1200千瓦电动可调桨首側推装置。机舱、起居处所和驾驶室设于尾部。

主要尺度及参数总长

185.00m

垂线间长

176.00m

型宽

31.00m型深

17.00m

设计吃水/结构吃水

10.50m

载重量

37300t

主机型号

MANB&W6S50MC-C1set

MCR

9480kWx127rpm

CSR

8058kWX127rpm

服务航速

16.3kn

五、客船和客货船客船是以载客（按规定载客超过12人）为主兼运货物的船舶。一般的客船都兼带少量货物和邮件，纯粹载客不装货的客船是很少的。对客船的要求是更加严格的安全性和舒适性。航速通常高于一般货船，沿海客船为16～20kn，远洋客船为20～30kn。客船必须满足一系列有关分舱、稳性、救生、消防、无线电通讯等方面的国际公约、规范的要求。客船具有良好的稳性、抗沉性、耐波性和足够的强度。客船上房舱的布置应合理、舒适、美观，具有良好的通风、采光、照明、空调设施和卫生设备。并为旅客提供宽敞的游步甲板和休息、文化娱乐、体育活动场所。客船上有二个或二个以上的推进器，甲板层数多达7～8层，一般长江客船也有5层甲板。图1－10东方皇后本船是一种减阻、节能、抗燥、消波的新型单底、单甲板、双桨、双舵的消波滑行艇。配备国产高速柴油机作动力，马力强劲，性能稳定，经久耐用。船体选用进口优质纤维增强材料，上层建筑仿国外游艇设计，造型优美，内装考究。通过镜面阴模成型工艺，表面光洁，使航行时风、水与船体的磨擦阻力降至最低。该艇具有尾浪小、飞溅少、起滑快、吃水浅、航速高的特点，是一种理想的水上高速交通工具。主要设备：１、主机１台２、齿轮箱１台

３、轴系１套４、螺旋桨１片

５、液压舵机１套６、舵系１套

７、燃油箱１只８、机油箱１只

９、DC24V蓄电池１组１０、电动抽水泵１台

１１、手摇污水泵１台１２、油水分离器１台

１３、5KW发电机组１台１４、主配电板１台

１５、充放电板１台１６、船用空调１台

１７、扩音机１台１８、收放机１台

１９、雨刮器１台２０、搜索灯１盏

２１、汽笛１只２２、高频电话１部

２３、适航灯具１套２４、不锈钢栏杆１套

２５、不锈钢扶手１套２６、不锈钢缆桩４只

２７、不锈钢旗杆２根２８、洗手间１个

２９、沙发座椅５８座３０、ＰＶＣ天花１套

３１、船用地板１套３２、护舷材１套

３３、挡风玻璃１块３４、耐击玻璃舷窗１２只

３５、救生衣５８件３６、救生圈２只

３７、MF2灭火机２只３８、太平斧１把

３９、太平桶２只４０、黄砂箱１只

４１、锚１支４２、缆绳３根

４３、国旗２面

六、滚装船滚装船的装卸效率比集装箱更高，是普通货船的10倍。它是车辆或用拖车进行的水平装卸。它便于组织水陆联运实现从厂门到厂门的快捷运输。广义上讲，集装箱拖车滚装船、车辆运输船、火车汽车渡船和客货滚装船都属于滚装范围。结构特点：首尾设有尖舱，机舱位于尾部，近于封闭式，自动化程度较高。机舱上面为主要的车辆通道。在主甲板两舷设双层船壳，货舱作水平分隔，大都不设或少设横隔壁，便于车辆通过。主甲板以上露天甲板以下，为纵通无横隔壁的甲板间舱，车辆的上下过渡通过斜坡道或升降机。上下通道开口处根据抗沉性要求配置水密或非水密盖板。一般在尾部，也有在首部或舷侧设有供车辆通过的开口，配置水密门和活动的连接码头的跳板。滚装船的缺点是空船重量大、压载量大、舱容利用率低，造价高。此外，滚装船的航行安全也是一个比较突出的问题。滚装船有多层甲板，型深大，上层建筑多，受风面积大，不利于稳性和操纵。船首尾或船舷处设置跳板的大开口，虽航行时收起关闭，船舶大横摇时仍容易进水。货舱纵通，无水密横隔壁，进水时造成危害更大。过大的横摇加速度对船体及车辆绑扎装置都产生较大的动力负荷。若车辆挣脱绑扎索具的束缚将造成十分危险的结果。此外，车辆及油箱内燃料排出的可燃气体都是造成火灾的隐患。所以，现代滚装船都采取相应的措施以确保航行的安全。图1－13豪华客/车滚装船——“棒槌岛”号图1－14

12300dwt滚装船主尺度:总长*型宽*型深*吃水(m)=195.3*25.6*16.62*6.6;航速：22.3kn；总吨位：23819;主机：型号*台数*功率＝WARTSILANSD8ZAL40S*4*6000×4图1－1516000总吨客滚船本船型为双机、双可调桨、双舵，中速柴油机驱动的现代化客/车滚装船，短程国际和国内近海航行，以载客为主，兼运轿车、载重汽车和集装箱拖车。船型为前倾首柱、球鼻首、方尾和流线型挂舵，并设有首侧推，减摇鳍和防横倾装置。本船具有两层连续甲板，机舱位于尾部。本船设两层车辆甲板，旅客和船员区域布置在第5、6、7、8甲板，布置旅客进厅，总服务台，小超市、旅客船员餐厅、酒吧和多功能娱乐厅等公共舱室。旅客定额1428人，船员72人。

主要尺度及参数总长

137.50m

垂线间长

127.50m

型宽

23.40m

型深

14.00/8.60m

设计吃水/结构吃水

5.40m/5.80m

载重量

2770t/3750t

载客量

1428人车道长度835m+小车车道94m

主机型号

WARTSILA8L38B2sets

MCR

2x5800kWx600rpm

CSR

2x4930kWx600rpm

服务航速

19.0kn

七、渔业船舶渔船是从事渔业工作船舶的总称。可分为以下四类：

(1)直接从事捕捞作业的船舶，按其捕捞方式又分网式、钓式和猎捕式三种；

(2)从事渔获物的冷藏和加工的船舶；

(3)从事渔获物或渔品的收购、运输的船舶；

(4)从事渔政、救助、试捕、实习和渔业调查的船舶。图1－1696总吨钢质拖网渔船

图1－17日本“爱媛丸”号拖网渔船（实习船）

船长约55米

图1－1879m豪华游艇八、其它船舶图片欣赏图1－19小水线面双体交通艇图1－20高速水翼艇图1－211600米车道客滚船

图1－2218000吨化学品船图1－23

LNG船

图1－24

18000吨多用途重吊货船图1－251万马力拖轮

图1－26

耙吸式挖泥船图1－272600吨双臂杆起重船图1－2818000吨半潜船

图1－29船体变形的趋势第二节作用在船体上的力及强度概念

一、作用在船体上的力船体在静水中的总纵弯曲船舶在静水中受到的外力有船舶及其装载的重力和水的浮力,二者大小相等方向相反作用在一条铅垂线上，此时，船舶处于平衡状态。设想将船体从长度方向分割成若干段，并假设段与段之间可以上下自由移动。由于重力与浮力沿船长方向分布不一致，故作用在每一段上的重力和浮力并不相等。如果将段与段之间的约束解除，每一段为了重新取得平衡，必然会产生上下移动的趋势，直到取得静力平衡为止，见图1－29。事实上船体是一个整体结构，当然不可能发生如图所示的那样变动。不让它们自由变动，在船体结构内部就会有内力产生，使船体发生弯曲。船体各段重力与浮力的不平衡总是存在的，因为船上各种重量除了固定的结构和机械设备外，常随着装载的情况而变动，而浮力的大小和分布则是按照船体浸水部分的形状决定的。长度方向上重力与浮力的差值即为作用在船体上的外力载荷。船体受到外力载荷会发生弯曲变形，在船体内产生弯曲力矩，图1－30是船长方向的弯矩曲线图。弯矩的最大值在船体的中部，向首尾端逐渐减小。图1－30弯矩曲线船体在波浪中的受力

在波浪状况下，船体内产生的弯矩会较静水时为大。波浪长度等于船长时，船体的弯曲最为严重。当波峰在船中时，会使船体中部向上弯曲，称为中拱弯曲。当波谷在船中时，会使船体中部向下弯曲，称为中垂弯曲。中拱弯曲时，船体的甲板受拉伸，底部受压缩。中垂弯曲时，船体的甲板受压缩，底部受拉伸（图1－31）。图1－31中拱弯曲和中垂弯曲图1－32船体肋骨的歪斜此外，船舶在波浪状态下航行，还会产生升降、俯仰和摇摆等运动，这对船体结构会产生不利的影响，例如船舶横摇时会引起肋骨的歪斜和船体的扭曲（图1－32）。作用在船体上的局部力和其他受力情况船体在静水或波浪中除了产生总纵弯曲外，它的各部分结构还受到局部的水压力和货物等横向载荷，也会产生局部的弯曲，此外，舰船上还有机器和螺旋桨运转时的振动力，发射火炮时的反作用力，及爆炸物的冲击波和碰撞时的冲击力等局部的外力，船舶进坞或搁浅时受到船底下墩木或河床的反力作用等（图1－33）。图1－33船体的横向载荷和变形二、总强度和局部强度概念船体的总纵强度船舶在下水、进坞和航行过程中都会产生总纵弯曲。船舶在波浪中产生的总纵弯矩较静水时为大。船体的结构如强度和刚性不足，就有可能使船体总的或局部的结构断裂或变形。船体结构抵抗纵向弯曲不使整体结构遭受破坏或严重变形的能力称为总纵强度。通常可以将船体看作为变断面的空心梁(简称为船梁)。它对总纵弯曲的抵抗能力是由船梁的横剖面剖面模数决定的。船梁内产生的弯曲正应力为：

式中:σ－总纵弯曲正应力；M－总纵弯曲力矩；W－剖面模数；I－船梁横剖面对中和轴的主惯性矩；Z－纵向连续构件离中和轴的距离。船体上最大的总纵弯曲正应力通常出现在上甲板和船底部，见图1－34。图1－34弯曲正应力在船梁上的分布横向强度和局部强度除了总纵弯曲之外，船舶在使用过程中也会产生横向弯曲。横向强度是指横向构件(如肋骨框架和横舱壁等)抵抗横向载荷的能力。船舶在进坞时，容易发生横向变形，这时横舱壁的作用很重要。船体的局部强度是指个别构件对局部载荷的抵抗能力。有时船体的总强度虽能保证，但局部强度不一定能保证。如船舱破损时的水压力和超过构件承担能力的外力作用下，局部构件也可能发生破坏或严重变形。扭转强度当船舶斜置于波浪上造成浮力不对称或者在装卸过程中造成首尾区域两舷的货物分布不对称于中纵剖面时，都会引起扭矩的作用，使船体产生如图1－32所示扭转变形。船体结构抵抗扭转变形，使之不遭受严重破坏的能力称为扭转强度。对于一般甲板开口不大的船舶，扭转变形较小，在总纵强度满足的情况，扭转强度基本上能保证。但是，对于具有甲板大开口的船舶，如集装箱船，则必须考虑扭转强度。除了强度之外，船体上的板和骨架还必须保证有足够的刚性，使其变形不超过允许的范围。对于受平面压缩力的薄板，应保证其平面的稳定性，不使其产生皱折而降低其强度。第一节船体结构的骨架型式船体是由钢板和骨架组成的长箱结构，整个船的主体可分为若干板架结构，如甲板结构，舷侧结构，船底结构和舱壁结构等。各个板架相互支持，使整个主船体构成坚固的空心的水密建筑物，图1－35为板架结构的一种形式。

(1)纵骨架式——板格的长边沿船长方向，短边沿船宽方向，纵向骨架的数目多而横向骨架的数目少。(2)横骨架式——板格的长边沿船宽方向，短边沿船长方向，横向骨架的数目多而纵向骨架的数目少。(3)混合骨架式——纵横方向的骨架间距相差不多，板格的形状接近正方形。图1－35板架结构纵骨架式和横骨架式的结构各有优缺点。纵骨架式结构的优点是多数骨架纵向布置，骨架参与船梁的有效面积，提高了船梁的抗弯能力，增加了船体的总纵强度。并且由于纵向骨架布置较密，可以提高板对总纵弯曲压缩应力的稳定性。因而相应地可以减小板的厚度，减轻结构的重量。缺点是施工比较麻烦。横骨架式结构的优点是多数骨架横向布置，横向强度较好，施工比较方便，建造成本低。缺点是同样受力情况下，外板和甲板的厚度比纵骨架式的大，结构重量较大。根据强度和使用要求，船舶某些结构可采用纵骨架式板架和横骨架式板架的组合形式，例如有的货船的上甲板和船底采用纵骨架式，舷侧和下层甲板采用横骨架式，首尾端全部用横骨架式。根据弯矩和弯曲正应力在船体上的分布特点，这样是合理的。

第二节典型横剖面结构1．杂货船的横剖面结构

图1－36是杂货船的货舱横剖面结构，上甲板和双层底是纵骨架式结构，下甲板和舷侧是横骨架式结构。上甲板和下甲板上开有货舱口，舱口角隅有支柱支撑。近来一些船上为了理货方便改在中线面设置支柱或半纵舱壁。结构构件的名称都在图中标出。2．散货船横剖面结构

散货船只有一层全通甲板和双层船底，甲板下面有二个三角形的顶边舱，其作用是防止散货向一侧移动使船倾斜，影响船的稳性。双层底舭部处有向上倾斜的内底边板与舷侧，下部构成的底边舱，其作用是使散货堆放于货舱中央，便于用抓斗装卸。倾斜的底边舱对船舶的安全比普通的双层底更可靠。顶边舱和底边舱可作为压载水舱以改善船舶的适航性。图1－37是装运谷物和煤的散货船结构图，甲板和舷顶部，双层底和舷侧下部是纵骨架式，舷侧中部式横骨架式。矿砂船也属散货船类型，用于装载铁矿砂和比重较大的矿砂，其结构要求与普通散货船不一样。重矿砂对货舱的容积要求不大，有富裕的舱容，其结构特点是双层底很高，这样可以提高船舶的重心，增大摇摆周期，有利于适航性。专线航行的矿砂船可利用舷边的空舱装载石油，设计成矿砂，石油两用船，出港时装运矿砂，回港时装运石油，可以避免单程运货，提高船舶营运的经济性。图1－38是矿砂、石油两用船的横剖面结构，中间货舱装载矿砂，两侧的边舱可装载石油，空载时也可作为压载水舱。甲板中央有长大的货舱口，中间货舱和边舱之间用纵舱壁隔开。甲板、舷侧、船底和纵舱壁有密集的