船舶结构与强度设计-第3章

（2）船体梁概念总强度计算时把空心薄壁结构看作一根实心梁，称为等值梁或船体梁，即认为甲板、底板和船侧等结构组成近似的工字型材剖面。把空心薄壁结构的船体看作一根梁，可行吗？2.计算剖面选择

M和I与剖面位置有关。最大弯矩一般在船中，剖面一般选择船中附近最薄弱剖面。一般舱口内剖面薄弱。3.船体剖面模数

给定剖面，Z越大W越小。弯矩一定时，剖面模数越小，弯曲应力越大。甲板剖面模数Wd和船底剖面模数Wb

一般，甲板剖面模数小,船底剖面模数大，甲板总弯曲应力大。船体剖面模数是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特征，也是衡量船体强度的一个重要标志。4.船体剖面几何特性计算船体剖面几何特性——剖面惯性矩和剖面模数船体剖面实际是一个复杂的组合剖面，因此船体剖面特性计算采用组合剖面特性计算方法。船体剖面特性计算应包括哪些构件？纵向强力构件——纵向连续并能够有效地传递抗总纵弯曲应力的构件，即船中0.4L范围内纵向连续构件。如，甲板、外板、内底板、纵骨和纵桁等。

——只能包括纵向强力构件！船体梁剖面特性计算原理同简单型材（如工字型材）计算，可列表计算。构件尺寸m×mm面积a(m2)高度h(m)一次矩ah二次矩ah2自身惯性矩i(m4)强力甲板2.5×140.0359.00.31502.835强力甲板边板1.5×160.0249.00.21601.944强力甲板纵骨160×14/40×140.00848.90.07480.666舷顶列板1.0×160.01608.50.13601.1560.001舷侧外板7.2×140.10084.40.44351.9510.435下甲板4.0×120.04805.50.26401.452舭列板R0.8,140.01760.290.00510.0010.001内底板6.5×140.09101.00.09100.091内底边板1.5×160.02401.00.02400.024内底纵骨200×10/66×150.01500.860.01290.011旁纵桁1.0×120.02400.50.01200.006中纵桁1.0×60.00600.50.00300.0010.002外底板7.2×140.10080000.001外底纵骨200×10/66×150.01500.140.00210.000上甲板纵桁腹板0.5×250.01258.750.10940.957上甲板纵桁面板0.4×250.01008.50.0850.723下甲板纵桁腹板0.5×250.01255.250.06560.346下甲板纵桁面板0.5×250.01005.00.050.25半剖面总和0.57061.909412.4140.440船体剖面左右对称，先计算半个剖面，然后再乘2。中和轴高度：

半剖面对基线惯性矩：Izz=12.414+0.440=12.854m3整剖面特性：面积：A=2×0.5706=1.142m2对中和轴惯性矩：

I=2

(12.854-0.5706×3.3462)=12.93m4对甲板剖面模数:

Wd=12.93/(9.000－3.346)=2.287m3对船底剖面模数:

Wb=12.93/3.346=3.864m3纵向强力构件上有开口，计算时应扣除吗？中国规范规定计算船体梁剖面模数时开口扣除要求，如：①如甲板开口长度(首尾方向)超过2.5m，或者宽度超过1.2m

或0.04B(取其较小者)，应扣除其剖面积。②若纵骨或纵桁的开孔(如减轻孔、流水孔、焊缝处的单个扇形孔)高度不超过腹板高度的25%，则在计算船体梁剖面模数时不必扣除其面积。4.总弯曲应力计算（1）弯曲应力总弯曲应力计算公式：

已知MS=－140100

kN.mMW=－202800kN.mM=MS

+MW

=－（140100+202800）

=－342900kN.m

（中垂）如果MW=+202800kN.m，M=？下甲板应力：

船底板应力：直接利用甲板模数计算主甲板总弯曲应力：

如何校核总强度？找出最大总弯矩计算最大弯曲应力与许用应力比较第2节总弯曲时剪应力计算1剪应力计算

剪切应力公式：

其中：N为计算剖面剪力；

S为求剪应力点一侧剖面积对中和轴静力矩；

t

为求剪应力点板的总厚度。对指定剖面，N和I是一定值，剪应力随S

/t变化。一般情况，中和轴处船侧板应力最大。

总剪力N=12100kN,中和轴之上剖面积对中和轴的静矩S=0.832m3,中和轴处船侧板总厚度t=0.028m。

静力矩计算构件尺寸m×mm面积a(m2)高度h(m)距中和轴h-3.346一次矩m3强力甲板2.5×140.0359.05.6540.198强力甲板边板1.5×160.0249.05.6540.136强力甲板纵骨160×14/40×140.00848.95.5540.047舷顶列板1.0×160.01608.55.1540.082舷侧外板7.2×140.10084.41.0540.106下甲板4.0×120.04805.52.1540.103上甲板纵桁腹板0.5×250.01258.755.4040.068上甲板纵桁面板0.4×250.01008.55.1540.051下甲板纵桁腹板0.5×250.01255.251.9040.024下甲板纵桁面板0.5×250.01005.01.6540.017总和N=0.8322开式剖面结构和闭式剖面结构

开式剖面结构剪应力直接按上述公式计算。

闭式剖面结构剪应力按上述公式计算结果不太准确，应按照剪流理论计算。规范给出典型船体剖面类型剪应力计算公式。作业1.方驳剖面如图，型宽8m，型深2.5m，甲板、舷侧和纵壁板厚10mm，底板厚12mm，甲板纵桁300×10/150×12(T)，底纵桁400×10/150×12(T)，计算中剖面对甲板和船底模数。2.如果中垂静水弯矩MS＝－6210kN.m，分别计算甲板和船底板总弯曲应力。第3节许用应力许用应力：在预计的各种工况下，船体结构所容许承受的最大应力值。中国规范规定:许用总弯曲应力：[σ]=175/K，N/mm2许用剪切应力：[σ]=110/K，N/mm2K——材料换算系数按照规范的许用应力校核强度，静水弯矩、波浪弯矩，总弯曲应力、剪切应力等也必须按照规范规定的方法计算，这样强度比较才有意义。第4节结构稳定性——屈曲强度校核

船体在弯曲过程中，受压作用的构件并不一定能保持稳定，充分发挥作用。如果不能充分发挥作用，则船体的抗弯能力将打折扣。

（1）受压作用构件破坏形式屈服破坏——塑性变形失稳破坏——屈曲破坏①受压杆的屈曲破坏②受压板格的屈曲破坏

纵骨理想弹性杆屈曲应力计算——两端简支单跨杆欧拉应力:其中:i——包括带板的骨材剖面惯性矩；

（2）杆件稳定性及临界应力计算例题甲板结构，强横梁间距2.4m，纵骨间距0.8m，甲板厚14mm，纵骨16b球扁钢，材料屈服应力σs=235N/mm2，E=2.06×105N/mm2。

16b球扁钢剖面积21.16cm2，自身惯性矩527cm4，重心轴9.75cm。包括带板的剖面惯性矩2489cm4。

欧拉应力超过屈服极限，修正后得临界（屈曲）应力。当压缩应力达到σcr=214N/mm2时，甲板纵骨连同带板将发生像压杆一样的失稳。（3）板的稳定性及临界应力计算纵、横骨架式板格

甲板和船底板欧拉应力按四边自由支持，单向受压板计算。①纵骨架式甲板：②横骨架式甲板：由于③四边受剪应力作用板欧拉应力：

板欧拉应力与板厚度和短边宽度有关。横骨架式板欧拉应力约为纵骨架板格的四分之一。哪种骨架形式甲板稳定性好?“玛丽”号事故？横骨架式板欧拉应力近似为：例题中甲板板格

甲板板格临界应力σcr=179N/mm2临界应力计算校核骨材和板的稳性时，一般先按理想弹性材料来计算，然后考虑超出胡克定律的影响，最后得到判断构件是否失稳的临界失稳应力。（4）中国船级社《钢质海船入级与建造规范》屈曲强度计算船长大于等于90m

的船舶，受船体梁弯曲和剪切应力作用的板格及纵向构件，应进行屈曲强度校核。①

柱屈曲模式纵骨理想弹性屈曲应力：式中：Ia

——纵骨惯性矩，cm4；包括带板；

A——纵骨横截面面积，cm2，包括带板；

l——纵骨跨距，m。该式实际由压杆稳定的欧拉公式推导出：②受压板格的理想弹性屈曲应力：式中：E——材料弹性模量，N/mm2；s——板格的短边长度，m；tb——板的厚度，mm；KC——系数：对于与纵骨架式板:KC≈4

对于横骨架式板:KC≈1注意规范规定的单位！如何衡量板和纵骨是否满足屈曲强度要求