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浙江省精品课程浙江省精品课程船舶强度与结构设计船舶强度与结构设计船舶强度与结构设计第四章第四章船体结构规范法设计船体结构规范法设计ExitNextPre§5.1规范法设计的基本考虑一、建造规范的产生、发展和作用一、建造规范的产生、发展和作用11））1818世纪世纪4040年代以前，年代以前，所有的船舶都凭经验建造，也经所有的船舶都凭经验建造，也经历了带有巨大损失的尝试。后来，通过对建造实绩和航行历了带有巨大损失的尝试。后来，通过对建造实绩和航行经验的总结与提高，逐渐形成了造船所应遵循的规范。经验的总结与提高，逐渐形成了造船所应遵循的规范。22））17231723年年俄罗斯政治家俄罗斯政治家————彼得大帝彼得大帝颁布了颁布了““关于按关于按照新的船样建造河船照新的船样建造河船””的条例。在此条例中规定了船体的基的条例。在此条例中规定了船体的基本构件。本构件。——————规定建造规范的初步措施规定建造规范的初步措施33））17601760年年成立了世界上第一个船级机构成立了世界上第一个船级机构————英国劳氏船英国劳氏船级协会。级协会。起初，船级协会的主要工作是制订船舶登记册，起初，船级协会的主要工作是制订船舶登记册，载有关于入级船舶的船体和轮机状况。载有关于入级船舶的船体和轮机状况。44））18351835年年才出现才出现第一本第一本船级协会颁布的船级协会颁布的《《建造规范建造规范》》，，该规范系该规范系英国劳氏船级协会出版英国劳氏船级协会出版。。目前，世界上比较主要的船级社：目前，世界上比较主要的船级社：中国船检局中国船检局((中国船级社中国船级社CCS)CCS)、、美国船检局美国船检局(ABS)(ABS)、英国、英国劳氏船级社劳氏船级社(LR)(LR)、德国劳氏船级社、德国劳氏船级社(GL)(GL)、日本海事协会、日本海事协会(NK)(NK)、、法国船级社法国船级社(BV)(BV)、、挪威船级社挪威船级社(DNV)(DNV)、意大利船级社、意大利船级社(RI.N.A)(RI.N.A)、、俄罗斯船舶登记局俄罗斯船舶登记局(RS)(RS)船级社主要职责：船级社主要职责：规范监督船的建造，并允许船舶正式规范监督船的建造，并允许船舶正式““入级入级””，给它们所，给它们所登记的船办各种国际协定所要求的证书；登记的船办各种国际协定所要求的证书；此外，还对使用中的船舶作定期检查，以确定这些船是此外，还对使用中的船舶作定期检查，以确定这些船是否仍保持在否仍保持在““级级””内。内。建造规范也为建造规范也为航运航运、、造船相关的制造业造船相关的制造业和和保险业保险业服务服务11）经过）经过““入级入级””登记的船，符合公认的健全的建造标准，就等登记的船，符合公认的健全的建造标准，就等于告诉运货人他并没有冒险脱离实际的风险；于告诉运货人他并没有冒险脱离实际的风险；22）船的入级有助于保险公司判断隐含着的危险性质。）船的入级有助于保险公司判断隐含着的危险性质。二、规范法设计的基本步骤二、规范法设计的基本步骤11）根据对母型船的调查研究和所设计船的特殊要求，分析所）根据对母型船的调查研究和所设计船的特殊要求，分析所设计船的船体强度要求，选择合适的建造规范。设计船的船体强度要求，选择合适的建造规范。22）根据型线图和总布置图，绘制中剖面图、基本结构图和肋）根据型线图和总布置图，绘制中剖面图、基本结构图和肋骨线型图等草图，并进行结构构件的初步布置。骨线型图等草图，并进行结构构件的初步布置。33）按规范计算船体主要构件的尺寸，边计算、边绘图、边完）按规范计算船体主要构件的尺寸，边计算、边绘图、边完善初始的结构布置方案。善初始的结构布置方案。规范法设计的一般流程图规范法设计的一般流程图中剖面图肋骨线型图基本结构图主要构件计算书结构的布置设计船的设计船的特殊要求特殊要求母型船母型船船船体体强强度度建建造造规规范范总布置图型线图确定结构尺寸的一般顺序确定结构尺寸的一般顺序11）首先选择合适的结构型式，确定肋骨间距）首先选择合适的结构型式，确定肋骨间距((与总体设计师与总体设计师协商决定协商决定))。。22）然后，可按外板、甲板、船底骨架、舷侧骨架、甲板骨）然后，可按外板、甲板、船底骨架、舷侧骨架、甲板骨架及支柱、舱壁、首尾柱、首尾结构、上层建筑及甲板室、机架及支柱、舱壁、首尾柱、首尾结构、上层建筑及甲板室、机炉座、总纵强度校核等顺序，查规范公式进行计算，并最后选炉座、总纵强度校核等顺序，查规范公式进行计算，并最后选定结构尺寸，此时，反复也是不可避免的。定结构尺寸，此时，反复也是不可避免的。33）还要注意，规范规定的尺寸是）还要注意，规范规定的尺寸是保证船舶安全可靠的最保证船舶安全可靠的最低标准低标准，最后选定的尺寸还要根据，最后选定的尺寸还要根据船舶的实际使用要求船舶的实际使用要求而适当而适当调整。调整。三、建造规范的选用三、建造规范的选用在结构设计之前所要做的准备工作：在结构设计之前所要做的准备工作：11）首先要根据设计船的）首先要根据设计船的建造材料建造材料、、航行区域航行区域及及类型类型等选择等选择合适规范。合适规范。22）规范一经确定，还要检验所设计船是否满足该规范的适）规范一经确定，还要检验所设计船是否满足该规范的适用范围。用范围。一般规范都在一般规范都在船舶尺度与主要尺度比值船舶尺度与主要尺度比值和和船型及船体的船型及船体的型式型式两大方面规定了规范的适用范围。两大方面规定了规范的适用范围。规范基本上是船舶建造经验和航行经验的总结，现规范基本上是船舶建造经验和航行经验的总结，现有规范不可能脱离已有的造船实践，这也是应用现有规范有规范不可能脱离已有的造船实践，这也是应用现有规范的最大局限性。的最大局限性。四、结构布置的一般原则和规定四、结构布置的一般原则和规定结构合理布置，将直接影响船体结构的强度、重量及工艺结构合理布置，将直接影响船体结构的强度、重量及工艺性等。性等。一般原则：一般原则：11）结构的整体性原则）结构的整体性原则22）受力的均匀性和有效传递原则）受力的均匀性和有效传递原则33）结构的连续性和减少应力集中原则）结构的连续性和减少应力集中原则44）局部加强原则）局部加强原则基本规定：基本规定：各规范对结构布置都有一些具体规定。各规范对结构布置都有一些具体规定。例如：例如：《《海船规范海船规范》》、、《《河船规范河船规范》》关于散货船的结构布置一关于散货船的结构布置一些基本规定如表些基本规定如表55--11所示。所示。五、五、船体构件的材料级别的钢级船体构件的材料级别的钢级由于由于温度的降低温度的降低((甚至在常温上甚至在常温上))，，低碳钢的断裂方式低碳钢的断裂方式也可也可由由““正常的正常的””韧性转变为脆性韧性转变为脆性。。大量研究确定：大量研究确定：钢材可根据断裂的起始、扩展和止裂的性质来钢材可根据断裂的起始、扩展和止裂的性质来表征。表征。我国我国《《海船规范海船规范》》将一般将一般船体结构船体结构划分为划分为AA、、BB、、DD、、EE等四等四个钢级。个钢级。在常温下，当船长大于等于在常温下，当船长大于等于90m90m时，船体结构用钢应符合表时，船体结构用钢应符合表55--22的要求。的要求。当船长小于当船长小于90m90m时，船体结构用钢一般可以使用时，船体结构用钢一般可以使用A/AHA/AH钢级。钢级。为了防止断裂，全船不同部位的船体构件为了防止断裂，全船不同部位的船体构件按其所承受的应力按其所承受的应力情况情况分为分为33个类别，即个类别，即次要类、主要类和特殊类次要类、主要类和特殊类。。§§4.24.2规范对船体纵向强度的要求规范对船体纵向强度的要求320cm)7.0(+=bCBCLW《《海船规范海船规范》》对船长大于对船长大于65m65m的船舶，规定船中基本剖面模的船舶，规定船中基本剖面模数数WW00不小于下式计算值：不小于下式计算值：对上述对上述WW00值，值，在在11类航区内航行的船舶减小类航区内航行的船舶减小5%5%；；在在22类航区航行的船舶减小类航区航行的船舶减小10%10%；；在在33类航区内航行的船舶减小类航区内航行的船舶减小15%15%。。同时又规定，船中剖面模数同时又规定，船中剖面模数WW尚应不小于按下式求得的值：尚应不小于按下式求得的值：330cm10][×+=σwsMMW11）作用在船体上的波浪弯矩是中垂、中拱缓慢变化着的）作用在船体上的波浪弯矩是中垂、中拱缓慢变化着的交变载荷；交变载荷；22）在船体结构中有间断构件和各种形式的缺陷，因此在）在船体结构中有间断构件和各种形式的缺陷，因此在周期性的、波浪载荷作用下船体结构中会发生断裂，即导周期性的、波浪载荷作用下船体结构中会发生断裂，即导致船体梁的疲劳断裂。致船体梁的疲劳断裂。33）交变应力的来源除了波浪载荷之外，还可能是满载与）交变应力的来源除了波浪载荷之外，还可能是满载与压载状态的交替变化。压载状态的交替变化。防止疲劳断裂的方法防止疲劳断裂的方法::①①当应力存在于非常局部的范围时当应力存在于非常局部的范围时,,控制交变应力的大小控制交变应力的大小，，使其低于疲劳极限，使其低于疲劳极限，便可完全防止任何疲劳损伤累积。便可完全防止任何疲劳损伤累积。②②对于范围较大的应力对于范围较大的应力，，应使船舶在整个生命期内能经受应使船舶在整个生命期内能经受累积的疲劳损伤，但不出现明显的断裂危险。累积的疲劳损伤，但不出现明显的断裂危险。§§4.34.3外板及甲板板的设计外板及甲板板的设计船体外板及最上层连续甲板构成了船体的水密外壳，以保船体外板及最上层连续甲板构成了船体的水密外壳，以保证船舶各种性能的实现，并与船体骨架一起承受并传递各种局证船舶各种性能的实现，并与船体骨架一起承受并传递各种局部载荷。同时，又作为船体梁的最重要的纵向构件，承受总纵部载荷。同时，又作为船体梁的最重要的纵向构件，承受总纵弯曲。弯曲。一一、外板、外板规范对外板的一般规定：规范对外板的一般规定：《《海船规范海船规范》》对中部对中部0.4L0.4L和离船端和离船端0.075L(0.075L(《《河船规范河船规范》》为为0.1L)0.1L)区域的船体分别按横骨架式和纵骨架式给出了最小板厚计区域的船体分别按横骨架式和纵骨架式给出了最小板厚计算公式，外板厚度在中部算公式，外板厚度在中部0.4L0.4L区域内保持不变。区域内保持不变。在同一横剖面内的外板，也根据其所处的部位具有不在同一横剖面内的外板，也根据其所处的部位具有不同的厚度。同的厚度。平板龙骨和舷顶列板在船体梁的最下端和最上端，不仅平板龙骨和舷顶列板在船体梁的最下端和最上端，不仅承受较大的总纵弯曲应力，同时考虑到腐蚀、磨损较大，它承受较大的总纵弯曲应力，同时考虑到腐蚀、磨损较大，它们的厚度都分别比船底板及舷侧外板厚，并且还专门规定了们的厚度都分别比船底板及舷侧外板厚，并且还专门规定了它们的宽度。它们的宽度。还对局部区域的外板规定了局部加强措施。还对局部区域的外板规定了局部加强措施。二、甲板板二、甲板板《《海船规范海船规范》》除了规定保证船体纵向强度的中剖面模数要求除了规定保证船体纵向强度的中剖面模数要求还根据甲板的作用规定了它们的最小厚度。还根据甲板的作用规定了它们的最小厚度。对于只起对于只起““平台平台””作用的甲板，作用的甲板，即那些不参加总纵弯曲或对纵即那些不参加总纵弯曲或对纵向强度的贡献甚微的甲板向强度的贡献甚微的甲板((如开口线以内及离船端如开口线以内及离船端0.075L0.075L区域内区域内的强力甲板、下甲板的强力甲板、下甲板))，其构件尺寸均根据所承受的水、货物和，其构件尺寸均根据所承受的水、货物和设备的局部负荷而定。设备的局部负荷而定。对载货部位的强力甲板、下甲板，对载货部位的强力甲板、下甲板，《《海船规范海船规范》》对甲板负荷对甲板负荷不超过不超过40kPa40kPa时的下甲板厚度作了具体规定。时的下甲板厚度作了具体规定。结构成舱室的水密或油密边界的甲板结构成舱室的水密或油密边界的甲板((深舱甲板或