船体强度(共48张PPT)

船体强度与结构设计

天津大学建筑工程学院船舶工程系

第1页，共48页。

第一章船体静置在波浪上的外力计算一、船舶在波浪上的变形特征于受力静置：1）船舶与波浪相对速度为零；2）船体重力和浮力处于平衡状态。1、船舶在波浪上的受力与变形特征2、计算工况：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港（消耗品剩余10%）3、船体产生弯矩和剪力的原因4、内力的计算原理第2页，共48页。二、利用叠加原理计算内力1、波浪中浮力的分解：静水浮力+波浪附加浮力（1）静水弯矩（2）波浪附加弯矩2、基本计算公式1）载荷计算公式2）剪力计算公式第3页，共48页。

3）弯矩计算公式其中，三、重量分布重量分布曲线：表示船长方向单位长度上重量大小的曲线。重量曲线的物理意义：面积等于全船重量，形心为船舶重心。1、船舶重量的分类固定重量、可变重量。第4页，共48页。序号名称重量垂向力矩横向力矩纵向力矩垂向力臂力矩横向力臂力矩纵向力臂力矩Ⅰ固定重量=空船重量

1主体钢料、焊条、油漆8852.231973.6-0.3-265.50.87082甲板室24#~34#6.6126.0239.82-9.29-61.4117.68116.873电气设备15#~48#

5.3082.2912.18-5.571-29.5716.2286.104机舱设备16#~24#

13.002.026.0-6.0-78.022.80296.405尾部左舷锚绞车1#~10#45.01.96588.43-0.8-3631.414136尾部右舷锚绞车19#~24#45.01.96588.433.616221.69727首部左舷锚绞车92#~97#45.01.96588.43-9.0-405.0-22.8-10268首部右舷锚绞车92#~97#45.01.96588.439.0405.0-22.8-10269尾部锚2只2#~7#205.1102.00.00.033.1662.0第5页，共48页。10首部锚2只101#~106#205.1102.00.00.0-27.6-552.011固定压载32#~48#

360.518.8.4302.410.8388.8空船重量重心合计1165.922.2532627.32-0.005-6.081.7502040

Ⅱ可变重量12燃油仓16#~24#390.519.75-6-23422.8889.213淡水仓26#~32#370.518.5-6-2221866614甲板货18#~110#41001041000000.4164015压载水32#~48#550.738.58.446210.8594可变重量合计423141076.863789.2

Ⅲ固定重量+可变重量5397.08.1043704.10.0-0.081.085829.22、重量的分配原则重量不变，重心不变，范围不变，站距均布第6页，共48页。3、主体钢料及舾装分配（全船性重量分配）1）梯形分布方法单位长度重量，均布为，平行舯体部分构件强大，重量集度大因此，重量分布沿船长方向应该为中间集度大，向首尾逐渐减小。图1、重量沿船长方向的分布第7页，共48页。系数的确定。方程的建立原则：面积=重量面积形心=重心提供两个方程，根据船舶的外形，丰满程度，补充第三个条件确定系数b，则可确定系数a和c。重量等于面积和形心等于重心得第8页，共48页。对于瘦形船舶，b=1.195对于丰满的船舶，b=1.174。对于瘦型船舶b=1.195第9页，共48页。

2）阶梯型分布方法重量G，重心位置，重心在船中后为正。第10页，共48页。3）抛物线分配方法第11页，共48页。令解出：重量分布曲线表达式：第12页，共48页。4、局部性重量分配1）分布在两个站距内的重量

2）分布在三个站距内的重量3）分布在站外的重量的处理第13页，共48页。5.重量汇总1）重量汇总序号名称重量垂向力矩横向力矩纵向力矩垂向力臂力矩横向力臂力矩纵向力臂力矩Ⅰ固定重量=空船重量

1主体钢料、焊条、油漆8852.231973.6-0.3-265.50.87082甲板室24#~34#6.6126.0239.82-9.29-61.4117.68116.873电气设备15#~48#

5.3082.2912.18-5.571-29.5716.2286.104机舱设备16#~24#

13.002.026.0-6.0-78.022.80296.405尾部左舷锚绞车1#~10#45.01.96588.43-0.8-3631.414136尾部右舷锚绞车19#~24#45.01.96588.433.616221.69727首部左舷锚绞车92#~97#45.01.96588.43-9.0-405.0-22.8-10268首部右舷锚绞车92#~97#45.01.96588.439.0405.0-22.8-10269尾部锚2只2#~7#205.1102.00.00.033.1662.01）重量汇总表第14页，共48页。10首部锚2只101#~106#205.1102.00.00.0-27.6-552.011固定压载32#~48#

360.518.8.4302.410.8388.8空船重量重心合计1165.922.2532627.32-0.005-6.081.7502040

Ⅱ可变重量12燃油仓16#~24#390.519.75-6-23422.8889.213淡水仓26#~32#370.518.5-6-2221866614甲板货18#~110#41001041000000.4164015压载水32#~48#550.738.58.446210.8594可变重量合计423141076.863789.2

Ⅲ固定重量+可变重量5397.08.1043704.10.0-0.081.085829.22）重量汇总示意图第15页，共48页。分配到各站间重量叠加，得到各个站间的总重量，如下图所示：图船体站间重量分布结果第16页，共48页。10首部锚2只101#~106#205.1102.00.00.0-27.6-552.011固定压载32#~48#

360.518.8.4302.410.8388.8空船重量重心合计1165.922.2532627.32-0.005-6.081.7502040

Ⅱ可变重量12燃油仓16#~24#390.519.75-6-23422.8889.213淡水仓26#~32#370.518.5-6-2221866614甲板货18#~110#41001041000000.4164015压载水32#~48#550.738.58.446210.8594可变重量合计423141076.863789.2

Ⅲ固定重量+可变重量5397.08.1043704.10.0-0.081.085829.2第17页，共48页。1、3静水剪力和静水弯矩1.3.1静水中船舶的浮力曲线关键问题：确定船舶在静水中的平衡时的浮态，这称之为纵倾调整。纵倾调整：即调整首尾吃水，使船舶达到受力和弯矩的平衡状态。纵倾调整的依据为：平衡条件：第18页，共48页。已知技术资料：船舶的重量重心、静水力曲线、邦戎曲线。纵倾调整的步骤如下：（1）由计算工况，确定船舶的型排水体积

-外板排开的水的体积所占的比例。第19页，共48页。

（2）查静水力曲线确定首尾吃水dm假定:1)纵倾调整过程中,水线面面积A不变；2）漂心位置不变；3）不计船体变形的影响。英寸第20页，共48页。如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置。由型排水体积，查处dm计算排水体积、纵向坐标,漂心,、水线面面积A、纵稳心M半径、浮心高度和浮心纵向位置。检查浮心的纵向位置和重心的纵向位置，精度第21页，共48页。（3）第一次调整首尾吃水平均吃水时，浮心离开重心向尾部一定距离，为使船舶平衡，浮心需要向船首移动，即加大船首吃水，减小船尾吃水。图第一次纵倾调整H第22页，共48页。2、波浪参数的确定3、采用麦卡尔方法纵倾调整的步骤浮力曲线应该包括外板排水量和考虑海水密度。图船舶与波浪的遭遇状态求解平衡方程可得到、，则各站平衡时得浸水面积按下式计算：根据弯矩的正负号，可以判定中拱和中垂。两种遭遇状态：波峰在船中；（1）载荷曲线计算公式面积形心=重心由表1-3，求出各个站波面高度，得到各个横剖面的浸水面积。尾部右舷锚绞车19#~24#面积形心=重心1、3静水剪力和静水弯矩2、计算工况：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港（消耗品剩余10%）假定纵倾角为，则首尾吃水为使船首倾力矩为使船尾倾力矩为

于是得船舶纵摇平衡时为小量。R：纵稳心半径-纵稳性高第23页，共48页。，由da和df在邦戎曲线上作出水线，计算排水体积和浮心得纵向位置，得到邦戎曲线第24页，共48页。当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡，继续改变首尾吃水，进行调整。（4）第二次调整首尾吃水比较排水体积和，比较浮心纵向位置和重心的纵向位置,第25页，共48页。如果V0大于V1，则船舶需要增加吃水，加大排水量才能平衡；如果V0小于V1，则船舶需要减小吃水，减小排水量才能达到平衡。按照上述步骤进行，直至满足精度要求，表示船舶已经达到平衡状态。得到平衡时的水线，由邦戎曲线得到各站横剖面浸水面积，则1.3.2载荷曲线、静水剪力和静水弯矩列表计算方法

（1）载荷曲线计算公式，横剖面浸水面积。第26页，共48页。浮力曲线应该包括外板排水量和考虑海水密度。检查载荷曲线，确定船舶是否达到真正的平衡状态。载荷曲线示意图第27页，共48页。2）剪力计算公式弯矩包络线：连接各站弯矩最大值的曲线，称为弯矩包络线。（2）取二维坦谷波为波浪模型，取波长等于船长；首部锚2只101#~106#（4）剪力和弯矩曲线的修正1）分布在两个站距内的重量如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置。由表1-3，求出各个站波面高度，得到各个横剖面的浸水面积。（1）载荷曲线计算公式面积形心=重心3、采用麦卡尔方法纵倾调整的步骤重量等于面积和形心等于重心得计算中，取波长等于船长，即确认船舶达到平衡状态时，计算静水剪力和静水弯矩。（2）静水剪力和弯矩列表计算方法

剪力正负号的规定：NsNs+dNs弯矩正负号的规定：MS+dMSMS中拱为正，中垂为负。根据弯矩的正负号，可以判定中拱和中垂。弯矩为正，则为中拱；弯矩为负，则为中垂第28页，共48页。计算列表进行,下图说明列表计算的过程。P1-2200P0-1站间重量计算B1-2B0-1站间浮力计算站间载荷=q0-1站间载荷计算（每站中点作用集中力）第29页，共48页。i站剪力，为i站一侧所有外力的代数和，计算自上而下和。弯矩：为剪力的一次积分。

（3）剪力和弯矩曲线的特征1）首尾端剪力和弯矩为零；2）弯矩曲线上任意点的斜率，等于该剖面的剪力，因此弯矩最大剖面，剪力为零；3）在1/4船长剖面，弯矩曲线出现拐点，该剖面剪力出现极大值。（4）剪力和弯矩曲线的修正第30页，共48页。原因：由于采用数值计算方法，出现累积误差，导致20#站剖面的剪力和弯矩不为零，但是一般满足下列误差条件：

如果误差不满足上述两个条件，则需要分析引起误差的原因，检查计算过程。如果误差满足上述不等式，则允许对剪力和弯矩曲线进行修正。剪力和弯矩曲线修正方法：

这里有正负号。

弯矩修正第31页，共48页。1、4波浪附加剪力和波浪附加弯矩关键：确定船舶在波浪中的平衡位置1.4.1波浪附加弯矩的标准计算方法1、船舶与波浪的相对位置两种遭遇状态：波峰在船中；波谷在船中。2、波浪参数的确定（1）波形：二维坦谷波（trochodalwave）。第32页，共48页。特点：波峰较陡，波谷平坦，关于波轴线上下不对称。（2）波长的确定原则当船舶长度与波长的为何比例时，船舶受力较大？这是确定波长的原则。图船舶与波浪的遭遇状态第33页，共48页。引起较大载荷的波浪：1.1倍船长。计算中，取波长等于船长，即（3）波高在标准强度计算方法中，规定了如下的波高选取方法：前苏联：中国船级社：在船舶设计时，如果甲方可以提供航区波浪的准确资料，也可以按照实际情况选取波高。第34页，共48页。注意问题：选取波高时，应该考虑如何选取许用应力，二者应该统一。波浪附加弯矩的标准计算方法：（1）船舶正浮静置于波浪上，船舶航向与波浪传播方向相同；（2）取二维坦谷波为波浪模型，取波长等于船长；（3）船中分别位于波峰和波谷。1.4.2坦谷波形的绘制方法在邦戎曲线上作出坦谷波形，得到各站吃水，便可以确定各个站的横剖面浸水面积。取圆盘的半径为R，距离圆心的点P0，并且有

圆盘滚动一周，P0点的轨迹，即为坦谷波形。第35页，共48页。坦谷波形的方程为：图坦谷波形的形成图中，圆心水平移动距离为：。-波幅第36页，共48页。在实际船舶上绘制坦谷波形，将船舶分成为20站段，由于波形对称，只须画出0站~10站。表1-3中，给出了绘制坦谷波形的方法。先确定比值根据比值查表1-3，得到各个站波面高度与半波高的比值，则可求出每个站波面的高度值y。第37页，共48页。由表1-3，求出各个站波面高度，得到各个横剖面的浸水面积。于是可以得到波浪中的浮力曲线。1.4.3波浪附加剪力和弯矩的计算一、波浪中附加剪力和弯矩的计算公式为波浪中平衡时的浮力曲线。二、波浪中船舶平衡位置的确定-纵倾调整方法船舶在波浪上的运动包括：升沉和纵摇，波浪轴线发生运动为：

波浪附加弯矩：由单位长度上波浪浮力和静水浮力之差所引起的弯矩，称为波浪附加弯矩。第38页，共48页。纵摇角；升沉值。处剖面波轴线的升垂直运动的距离；图波轴线垂向运动确定出波轴线的位置后，在波轴线上绘出坦谷波，则各站横剖面浸水面积可确定。这里未知数为和，利用船舶在波浪上的两个平衡条件第39页，共48页。建立方程求出、。采用麦卡尔(Muckle)方法确定船舶在波浪上的平衡位置。麦卡尔方法的适用条件：1）船舶无横倾；2）水线附近舷侧为直壁，以便保证在水线附近吃水改变时，横剖面面积线性变化。3、采用麦卡尔方