第07章船舶强度

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1、海上货物运输海上货物运输 第七章第七章 船舶强度船舶强度 （Strength of ship） 第一节第一节 保证船舶总纵强度保证船舶总纵强度第二节第二节 保证船舶局部强度保证船舶局部强度一、船体强度的一、船体强度的分类分类二、总纵弯曲产生的二、总纵弯曲产生的原因原因三、总纵剪力和弯矩的三、总纵剪力和弯矩的计算计算四、总纵弯矩的四、总纵弯矩的估算估算五、总纵强度的五、总纵强度的校核校核六、影响总纵弯曲的六、影响总纵弯曲的因素因素1、强度、强度定义定义船体结构受船体结构受内、外力作用内、外力作用时，船体抵抗时，船体抵抗发生变形或破坏的能力。发生变形或破坏的能力。2、强度、强度分类分类强度强度总强

2、度总强度局部强度局部强度纵强度纵强度横强度横强度扭转强度扭转强度船体结构承受的内、外力船体结构承受的内、外力l内力：局部力l外力：重力、浮力、惯性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖带力。船体强度的分类船体强度的分类l1）总纵强度：）总纵强度：船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。l2）横向强度：）横向强度：船舶抵抗横向变形和破坏的能力。船舶抵抗横向变形和破坏的能力。l3）扭转强度扭转强度：船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。l4）局部强度：）局部强度：船舶抵抗局部变形和破坏的能力。船舶抵抗局部变形和破坏的能力。3）扭转强度（）扭转强度（Torsio

3、nal strength）定义定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的能力。能力。产生原因产生原因 沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线造成的。造成的。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。如如等。等。14:018二、二、总纵弯曲产生的原因总纵弯曲产生的原因1、总纵、总纵弯曲变形弯曲变形2、船体纵向弯曲或变形的、船体纵向弯曲或变形的原因原因 3、弯曲力矩弯曲力矩及及弯曲应力弯曲应力4、剪切力剪切力及及剪切应力剪切应力中垂变形中垂变形(sagging)中拱变形中拱变

4、形(hogging)船体变形船体变形 船体受负弯矩作用，中部的浮力小船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。中部下垂的变形。 船体受正弯矩作用，中部的浮力船体受正弯矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受压，发生船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。中部上拱的变形。l利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂dM dM：中垂变形：中垂变形dM dM：中拱

5、变形：中拱变形dM dM：无拱垂变形：无拱垂变形Mdd )dd(21dAFM 首尾平均吃水：首尾平均吃水：拱垂判定：拱垂判定：拱垂值拱垂值：1234567原因：船舶所受重力和浮力沿船长方原因：船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。向分布不一致造成。3、船体弯矩和弯曲应力、船体弯矩和弯曲应力弯曲力矩：弯曲力矩： 单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。 船体结构的弯曲应力船体结构的弯曲应力弯曲力矩的大小：弯曲力矩的大小：xM中和轴中和轴xDAB纵向结构件：纵向结构

6、件：外板、甲板板、纵骨、纵珩外板、甲板板、纵骨、纵珩最大弯曲应力：最大弯曲应力：dxmaxWM 弯曲应力最弯曲应力最大大值在距离中和轴最值在距离中和轴最远远处的龙骨板或上甲板处。处的龙骨板或上甲板处。中和轴中和轴xDAB弯曲应力：弯曲应力：AxAwM 任意横剖面处的纵向连续构件将承受拉（压）力作任意横剖面处的纵向连续构件将承受拉（压）力作用，单位面积所受的拉（压）力为弯曲应力。用，单位面积所受的拉（压）力为弯曲应力。弯曲应力计算弯曲应力计算W：剖面模数剖面模数弯曲应力大小分布：弯曲应力大小分布：中和轴中和轴处为处为0中和轴：中和轴：通过剖面通过剖面几何形心几何形心且平行于基平面的轴线。且平行于

7、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：中和轴处特点：中和轴处不不承受压承受压/拉应力。拉应力。SdszZNA 中和轴中和轴xDABzNA位置：位置：dxdZIw dszI2AAAzIw 剖面面积对中和轴的面积惯矩剖面面积对中和轴的面积惯矩剖面模数剖面模数最大剖面模数：最大剖面模数：W中和轴中和轴xDAB船底剖面模数：船底剖面模数：甲板剖面模数：甲板剖面模数：bxbZIw l它是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，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也是衡量船体总纵强度的一个重要标志

8、l船体参加总纵弯曲的结构船体参加总纵弯曲的结构件的数目和尺寸决定。件的数目和尺寸决定。 任意横剖面处的纵向连续构件将承受剪切力，单位任意横剖面处的纵向连续构件将承受剪切力，单位面积所受的剪切力为剪切应力。剪切应力最大值出面积所受的剪切力为剪切应力。剪切应力最大值出现在中和轴处。现在中和轴处。W1W1Nx剪切力：剪切力：剪切变形：剪切变形：剪切应力剪切应力： 单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形。相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形。Nx bISN中和轴中和轴xDABAAZZxbISN 其中：其中：N

9、总纵剪力总纵剪力I面积惯矩面积惯矩bZA高度处水平线上构件厚度的总和高度处水平线上构件厚度的总和S 剖面上或下边缘与剖面上或下边缘与ZA高度线之间所围面积高度线之间所围面积 对中和轴的面积静矩对中和轴的面积静矩总纵剪应力：总纵剪应力：最大剪应力？最大剪应力？00ZZxmaxbISN 在中和轴处在中和轴处三、总纵剪力和弯矩的计算三、总纵剪力和弯矩的计算 3、负荷曲线（、负荷曲线（Load curve） 5、弯矩曲线（、弯矩曲线（Bending moment curve）4、剪力曲线（、剪力曲线（Shear curve）1、重量曲线、重量曲线（Weight curve）)x(W 2、浮力曲线（、浮

10、力曲线（Buoyancy curve）)x( )x()x()x(Wq x0)x()x(dxqN x0 x0)x(x0)x()x(dxqdxNM示例示例实例实例总纵剪力和弯矩的计算总纵剪力和弯矩的计算 示例示例)x(W1、)x(2 、)x()x()x(Wq3 、 x0)x()x(dxqN4、 x0 x0)x(x0)x()x(dxqdxNM5、结论结论 x0)x()x(dxqN x0)x()x(dxNM总纵剪力和弯矩的计算总纵剪力和弯矩的计算 实例实例5t5tdXXOBACDOBACDOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m)x(W)x(

11、 )x()x()x(Wq m20L, t10W0 结论结论剪力最大值剪力最大值Nmax：弯矩最大值弯矩最大值Mmax ：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m位于距位于距首尾首尾L/4剖面剖面的的中和轴中和轴处；处；位于位于船中剖面船中剖面的的上甲板上甲板处。处。位于距位于距首尾首尾L/4的剖面处；的剖面处；位于位于船中剖面船中剖面处。处。剪应力最大值剪应力最大值max：弯曲应力最大值弯曲应力最大值max ：四、船中静水弯矩估算四、船中静水弯矩估算 AAFFbAgAbFgFxxW81. 9xxW81. 9M 1、基本估算式：、基本估算式：总纵弯曲的原因？总纵弯曲的原因？最大弯