第8章--船舶总纵强度

第八章船体强度船舶工程系陈燕第8章船舶强度(Strengthofship)专题一概述inf专题二船体总纵弯曲应力第一次近似计算inf§7.3详算法求总纵弯矩和剪力曲线inf§7.4计算弯曲应力inf§7.5总纵弯曲强度衡准式inf§7.6腐蚀对剖面模数的影响inf§7.7许用弯曲应力inf§7.8总纵剪切强度衡准式inf§7.9营运船舶总纵弯曲强度的控制和判别inf§7.10局部强度inf§8.1概述一．船体结构及构件inf二．船体受力inf三．船体强度的分类Inf四．船体总纵强度的校核内容Inf一、船体结构及构件甲板：–甲板纵桁、甲板纵骨、甲板横梁底板：–底板纵骨、中底桁、旁底桁、肋板舷侧：–舷侧纵骨、舷侧纵桁、肋骨强力构件的分类一类构件：只承受总纵弯曲的纵向构件–不计甲板荷重的上甲板二类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲的纵向构件–船体纵桁材腹板三类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲及纵骨弯曲的纵向构件横骨架式船底板四类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲、纵骨弯曲及板的弯曲的纵向构件纵骨架式船底外板二、船体结构承受的内、外力内力：–局部力外力：–重力、浮力、惯性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖带力，螺旋桨的推力。三、船体强度的分类1、强度定义–船体结构受内、外力作用时，船体抵抗发生变形或破坏的能力。2、强度分类强度总强度局部强度纵强度横强度扭转强度船体强度的分类1）总纵强度：–船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。2）横向强度：–船舶抵抗横向变形和破坏的能力。3）扭转强度：–船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。4）局部强度：–船舶抵抗局部变形和破坏的能力。3）扭转强度（Torsionalstrength）定义–船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的能力。产生原因–沿船长方向单位长度重力和浮力横向、纵向不共垂线造成的。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。–如集装箱船舶、木材船等。四、船体总纵强度的校核内容按许用应力校核：总合正应力校核剪应力校核按剖面最大承载能力校核：一．总纵弯曲变形二．船体纵向弯曲或变形的原因三．等值梁假设四．构件计入等值梁的条件五．总纵弯曲应力的第一次计算§7.2船体总纵弯曲应力第一次近似计算中垂变形(sagging)中拱变形(hogging)一.总纵弯曲变形船体受负弯矩作用，中部的浮力?于重力，首尾部的浮力?于重力；船舶上甲板受?，船底受?，发生中部?的变形。船体受正弯矩作用，中部的浮力?于重力，首尾部的浮力?于重力；船舶上甲板受?，船底受?，发生中部?的变形。利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂dM¤dM：dM¤dM：dM¤＝dM：MMdd－)dd(21dAFM1）首尾平均吃水：3）拱垂判定：2）拱垂值：中垂变形中拱变形无拱垂变形二、总纵弯曲产生的原因1234567原因：船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。xxxwqx三、等值梁假设用实心梁代替船体梁进行强度校核等值梁：船体梁：等值梁假设：把船当作一根漂浮的空心薄壁梁。在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵抗能力的一种梁中和轴xDAB拉应力压应力四、构件计入等值梁的条件1）纵向强力构件纵向连续并能有效传递总纵弯曲应力的构件；船中部0.4L~0.5L区域内的纵向连续元件2）中部区域只占部分船长的非连续构件3）强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽度的20%均应扣除在计算船体剖面模数时，由于船体结构对称于中纵剖面，一般只需对半个剖面进行计算。具体步骤如下：五、总纵弯曲应力的第一次计算画半剖面图强力构件编号选取参考轴按表计算船体剖面几何要素计算表12345678构件编号构件名称构件尺寸构件剖面积距参考轴距离静力矩对参考轴惯性矩自身惯性矩mmCm^2m123求和A1B1C1§7.3详算法求总纵弯矩和剪力曲线一．计算步骤inf二．影响弯矩和剪力的因素inf三．标准计算状态inf一、详算法求总纵弯矩和剪力曲线3、负荷曲线（Loadcurve）5、弯矩曲线（Bendingmomentcurve）4、剪力曲线（Shearcurve）1、重量曲线（Weightcurve）)x(W2、浮力曲线（Buoyancycurve）)x()x()x()x(Wqx0)x()x(dxqNx0x0)x(x0)x()x(dxqdxNM示例实例总纵剪力和弯矩的计算示例)x(W1、)x(2、)x()x()x(Wq3、x0)x()x(dxqN4、x0x0)x(x0)x()x(dxqdxNM5、结论x0)x()x(dxqNx0)x()x(dxNM总纵剪力和弯矩的计算实例5t5tdXXOBACDOBACDOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m)x(W)x()x()x()x(Wqm20L,t10W0结论剪力最大值Nmax：弯矩最大值Mmax：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m结论位于距首尾L/4剖面的中和轴处；位于船中剖面的上甲板处。位于距首尾L/4的剖面处；位于船中剖面处。剪应力最大值τmax：弯曲应力最大值σmax：二、影响船舶总纵强度的因素1、重力分布对拱垂变形的影响：–（1）船舶布置–（2）积载方案2、浮力分布对拱垂变形的影响：–（1）船舶形状–（2）船舶与波浪的相对位置3、船体有效构件的尺寸、材料及分布（1）船舶布置对总纵强度的力影响a、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线中机船中后机船尾机船d弯矩0中拱中垂b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较b、不同机舱位置的普通货船的弯矩比较满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较尾机船中后机船中机船尾机船中后机船中机船空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较空载状态满载状态（2）积载方案对总纵强度的影响a、经验法（舱容比配货法）QVVPchichii..%)(101iiiiPPPP2774227040003272294424082881235721511759上下限范围252364268262196调整值1340825223636267626191955Pi10018.8127.1219.9619.5314.58舱容比％2109039675719421041193075货舱容积TotalNO.5NO.4NO.3NO.2NO.1舱别b、隔舱装载：应用：合理分配载重提高总纵强度合理分配载重，提高船舶总纵强度方法：货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允许的条件下，中区货舱应按装货重量的上限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货物不应过分集中于中区货舱。油水分配及使用：油水应自中区向首尾装载；使用时应自首尾向中区。正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应空舱。（2）波浪对总纵弯曲的影响a、船舶中垂，波谷位于船中，危险。WXWXb、船舶中拱，波峰位于船中，危险波长等于船长，201Hm120L时，波高m2301Hm120L时，波高船舶与波浪的相对位置关系：标准波：三、标准计算状态1.标准波a.波长等于船长；b.波峰（谷）位于船中；c.坦谷波；d.2.标准装载状态a.满载出港b.满载到港（剩10％燃料）c.压载航行20/1/h最大弯曲应力：dxMmax弯曲应力最大值在距离中和轴最远处的龙骨板或上甲板处。中和轴xDAB弯曲应力：AxAM弯曲应力计算：拉应力压应力剖面模数W弯曲应力大小分布：中和轴处为0dmin§7.4计算弯曲应力中和轴中和轴：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SdszZNA中和轴xDABzNA位置：拉应力压应力剖面模数dxdZIwdszI2AAzIw剖面面积对中和轴的面积惯矩剖面模数最小剖面模数：Wmin中和轴xDAB船底剖面模数：甲板剖面模数：bxbZIw它是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船体总纵强度的一个重要标志船体参加总纵弯曲的结构件的数目和尺寸决定。§7.5总纵弯曲强度衡准式1.整体衡准式甲甲甲＝/xxIM底底底＝/xxIMmax2.典型点衡准式任意剖面处M＝－船中处的总纵弯矩船中处的剖面模数－甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.4～0.6％。nwwddn（1）近似公式计算法中和轴xDAB（2）经验法：使用年限小于5年的船舶取下限，使用年限10年以上的船舶取上限。（3）腐蚀极限：§7.6腐蚀对剖面模数的影响（3）腐蚀极限船长大于或等于60m的远洋干散货船，船长大于或等于90m的远洋液体货船，在船中40％L区间强力甲板的剖面模数应满足：ddnw80.0w无限航区（Ι类航区）：近海航区（Π类航区）：沿海航区（Ⅲ类航区）：ddnw90.0wddnw84.0w1、船用钢材：①一般强度钢伸缩率：②高强度钢伸缩率：Pa1081.9)5341(6bPa1081.9)6652(),6350(),6045(6b%22%20%22或2、影响许用弯曲应力的因素：–材料的力学性能；海波与标准计算波高的差异；–钢材腐耗和船舶使用年限；–底和甲板尚需计及局部结构强度的影响；–结构的稳定性；3、许用弯曲应力大小：Pa1081.9)74.66（平水Pa1081.984.176波§7.7许用弯应力§7.8总纵剪切强度衡准式1.详算法计算剪应力inf2.承担剪切强度的主要构件1.舷侧外板，纵向舱壁板3.总纵剪切强度整体衡准式infmaxNNmax00maxbISNx00SbINxN许用剪切力剪切应力计算中和轴xDAB剪切应力AAbISNxx其中：N—总纵剪力I—面积惯矩b—高度处水平线上构件厚度的总和S—剖面上或下边缘与ZA高度线之间所围面积对中和轴的面积静矩总纵剪应力：最大剪应力？00maxbISNx在中和轴处A§7.9营运船舶总纵弯曲强度的控制和判别一．估算法计算船中弯矩1.估算式inf2.前苏联船中弯矩估算式inf二．平水拱垂判定方法inf三．总纵弯曲调整inf四．船舶总纵强度校核inf1.船中弯矩基本估算式AAFFbAgAbFgFxxWxxWM81.9总纵弯曲的原因？最大弯矩的位置？WFWAΔAΔFBABFGFGAδΔxi船体弯矩=重量力矩-浮力力矩±波浪弯矩？)]()[(AFAFbAbFgAgFxxxWxWM估算式（首尾对称）bgxxWM21详算：2.前苏联船中弯矩估算式AAFFbAgAbFgFxxWxxWM81.921iixxpMpi21WFWAΔAΔFBABFGFGAδΔxi200021rBLkLkxpLWkMipi解释船体弯矩=重量力矩-浮力力矩±波浪弯矩船体弯矩=重量力矩-浮力力矩±波浪弯矩90m以下的船舶仅考虑静水中的船中弯矩和剪力；90m-150m的船舶应同时考虑静水中的剪力和弯矩及波浪中的剪力和弯矩；150m以上的船舶应对重要剖面的弯矩和剪力进行校核1.详算法计算M⊕判定2.估算(首尾对称)M⊕判定3.吃水判定inf二、平水拱垂判定方法WFWAΔAΔFBABFGFGAδΔxibgxxWM21bgxxbgxxbgxx中拱中垂无弯曲AAFFbAgAbFgFxxWxxWM81.9213、利用吃水判定拱垂Mdd－拱垂值：2dddAFM000中拱中垂无弯曲三、总纵弯曲调整1、船内载荷纵向移动WFWAΔAΔFBABFGFGAδΔxiPPlx1221ppxxPM2、装卸载荷inf200021rBLkLkxp