船舶总纵强度计算方法
船舶强度与结构设计
2.船体强度计算内容和方法
(1)确定作用在船体及各个结构上的外力。 (2)确定船体结构在外载作用的响应：结构 剖面中的应力与变形 ；结构的极限状态分 析。即所谓内力问题。 (3)确定合适的强度标准，并检验强度条件。 这三部分内容是一个综合的整体，通常 被
分散到船舶静力学、船船结构力学等几门课 程中讨论。
局部强度─局部构件(纵桁、横梁、肋骨等)、节 点(肘板等)、局部结构(舱壁、甲板、船底板、 舷侧板等)的强度。
5
§2 作用在船 体结构上的 载荷
6
作用于船体上的载荷可按其响应和随时间变化进行 分类。
1.按结构响应分类：总体性载荷和局性载荷。 总体性载荷─引起整个船体变形或破坏的载荷和 载荷效应。如总纵弯曲的力矩、剪力、应力及纵 向扭矩等。
14
§4 评价结构 设计的质 量指标
15
为得到一个优秀的结构设汁，应考虑以下问 题：
1．安全性
即结构要能承受正常使用时各种可能的 载荷作用，并在偶然事件发生时及发生后， 仍能保持必需的整体稳定性(即仅产生局部 损坏而不发生整体的破坏)。
2.船舶的整体配合性
船舶是一个整体，在船舶设计时，结构 设计必须同总体、轮机、设备电气及通风等 其它方面的设计互相配合，以保证船舶在各 方面都具有良好的工作性能。
船体强度是研究船体结构安全性的科学。
1.结构的安全性
结构的安全性包括： (1)结构能承受在正常施工和正常使用时可 能出现的各种载荷，并在偶然事件发生时及发 生后仍能保持必需的整体稳定性。 (2)结构在正常使用时，对于民船必须适合 营运的要求，和具有足够的耐久性；对于军船 还必须满足在规定海况下，具有良好的战斗性 能和生命力。
局部性载荷─指引起局部结构、构件变形或破坏的 载荷，如水密试验时的水压力，机器的不平衡所 造成的惯性力、局部振动，海损时的水压力等。
极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法
极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法张增胤;赵耀【摘要】Building a large ship in an overall sea area is a trend in shipbuilding. As such, it is necessary to take into account the influence of extreme waves in the calculation of a ship's longitudinal ultimate strength reliability. The general method of load calculation does not take into account the effects of special wave loads under extreme sea conditions. In addition, for reliability analysis, extreme loads have more complicated random variables. The general method of ship reliability calculation requires these variables to obey a certain distribution, which may mean that the original method cannot be used. From the perspective of navigational limit, the maximum value of the wave bending moment is greater than that of the conventional wave bending moment which does not take the impact of extreme wave sea conditions into account. The experimental data shows that the wave moment calculation method considering extreme wave sea conditions can to some extent reflect the wave loads of ships more realistically. Secondly, by considering the characteristics of different reliability calculation methods and using case calculations, this paper gives a selection of calculation methods of the longitudinal ultimate strength reliability of ships under extreme sea conditions.%船舶全海域大型化是一个发展趋势，因此船舶总纵极限强度可靠性计算中需要将极端波浪的影响参数考虑在内。
船体强度 第二章 总纵强度计算
（1）横骨架式 载荷的传递和构件变形： 纵 桁：仅当板格弯曲带动板架弯曲时，纵 桁才发挥作用，所以纵桁参与板架弯曲和总 纵弯曲。
船体构件的多重作用及按合成应力 船舶与海洋工程系 校核总纵强度
船底板：自身在水压力下发生板格弯 曲，肋板和纵桁约束板格的变形，肋板和纵 桁发生变形即板架发生弯曲，船底板参与船 底板架的弯曲。此外，船底船体整体弯曲时， 船底板也发生总纵弯曲，因此船底板参与三 种变形：板格弯曲、板架弯曲、总纵弯曲。
纵弯曲，还承受较大的局部载荷，因此船底的剖 面模数对于船体强度也十分重要。
船舶与海洋工程系
3、总纵弯曲应力计算 实际工作中总纵强度第一次近似计算可
以按照表2-1进行。
船舶与海洋工程系
总纵弯曲应力第一次近似计算 第一次近似计算，是一种强度方面的计
算，其前提就是剖面上构件没有失稳。但 是真实情况如何，请看下面的例子：
置。因此，对薄壁构件，相当于只对板厚作 上述变换。
若被换算构建的剖面
积为 ai，应力为σi，弹 性模量Ei，与其等效的 基本材料的剖面积为a， 应力为σ，弹性模量E。
则根据变形相等，承
受同样的力P 可得左
式。
������ ������ 问题：构件的 断面惯性矩如何折算？
船舶与海洋工程系
２、总纵弯曲应力第一次近似计算 船舶与海洋工程系
损坏。
构件的受力与工作特征
船舶与海洋工程系
船体梁构件的工作特征
1. 载荷较小时（压应力小于欧拉应力），横剖 面中纵向构件的应力同步变化，应力的变化规 律符合梁理论；
2. 当载荷增大时（压应力大于欧拉应力），纵 向构件中的应力不再同步增长。柔性构件（板） 由于失稳，其抗压能力降低，应力不再增加， 而与柔性构件相邻的骨材（纵骨、纵桁）应力 大幅度增加。
总纵向强度校核校核原理1许用剪力和许用弯矩从船舶资料中查取
2）显然P´d＞Pd，故需铺垫垫木。
3）计算铺垫面积
9.81W 9.81 35 2 A 14.95m Pd 22.96
4）确定衬垫方法
9.81W 9.81 35 n 3.27 P 104.97
中间甲板和底舱：
Hd---二层舱或底舱高度
9.81H d Pd
当船上µ无资料时： Pd=9.81×0.72Hd
3.实际负荷量的计算
集中载荷
9.81W P n
n—横跨的骨材数
W—重量
均布载荷
Pd
9.81 Pi A
hi 9.81 Pd SF i
4.满足船舶局部强度要求的条件
均衡装卸各舱货物，合理安排装卸顺序；
油水的合理分布和使用；
吃水差调整时兼顾船舶拱垂状态的改善；
合理压载；
避免船舶在波浪中的纵谐摇；
保证船舶局部强度
一、定义
船体结构抵抗局部变形和破坏的能力。 对营运船舶说： 主要考虑甲板、平台、舱底及舱口盖等载 货部位。
二、局部强度校核 1.许用负荷量的表示方法 1)均布载荷Pd 均布载荷是作用在载荷部位上货物重力均 匀分布在某一较大面积上 2)集中载荷P 集中负荷是指货物重力集中作用在一个较 小的特定面积上
常用的校核方法
1.船中弯矩估算法 许用静水弯矩--- MS 正值中拱状态
实际静水弯矩---MS′
负值中垂状态
当船舶MS M S
表明该装载状态总纵强度满足要求。
2.强度曲线图校核法
横坐标---平均型吃水dM
不包括空船重量 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 ∑PiXi (104kN· m)
船体结构与强度设计总结
1、结构的安全性是指结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种载荷和（或）载荷效应，并且在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。
此外，结构在正常使用时，还必须适合营运的要求，并在正常的维护保养条件下，具有足够的耐久性。
2、船体强度计算包括：（1）确定作用在船体或各个结构上的载荷的大小及性质，即外力问题；外载荷（2）确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析（亦称载荷效应分析）；或者求使结构失去它应起的各种作用中的任何一种作用时的载荷，即结构的极限状态分析（亦或求载荷效应的极限值），即内力问题。
响应（3）确定合适的强度标准，并检验强度条件。
衡准（结构的安全性衡准都普遍采用确定性的许用应力法）3、通常将船体强度分为总强度和局部强度来研究。
4、结构的安全性是属于概率性的。
5、把船体当做一根漂浮的空心薄壁梁（成为船体梁），从整体上研究其变形规律和抵抗破坏的能力，通常成为总强度。
总强度就是研究船体梁纵弯曲问题。
从局部上研究局部构件变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。
6、作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷、局部性载荷。
按载荷随时间变化的性质可分为：不变载荷、静变载荷、动变载荷和冲击载荷。
7、总体性载荷是指引起整个船体的变形或破坏的载荷和载荷效应。
局部性载荷是指引起局部结构、构件变形或破坏的载荷。
冲击载荷，是指在非常短的时间内突然作用的载荷，例如砰击。
8、结构设计的基本任务是：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。
9、船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计。
10、结构设计应考虑：安全性、营运适合性、船舶的整体配合性、耐久性、工艺性、经济性。
11、大多数结构的优化设计都以最小重量（或最小体积）作为设计的目标。
但是，减小结构尺寸、降低结构重量，往往会增加建造工作量，从而增加制造成本同时还会引起维护保养费用的增加。
船舶总纵强度计算书
2.1首尾甲板纵桁
实取首甲板纵桁L , W=325.17㎝3.
实取尾甲板纵桁L , W=266.21㎝3.
3、首尾甲板强横梁：（§2.8.3.2）
实取首部甲板强横梁：L .
实取尾部甲板强横梁：L .
4、平台甲板骨架：
甲板横梁取：L100×60×8；
甲板强横梁取：L ；甲板纵桁取：L .
（二）、甲板
1、强力甲板(§2.4.1.1&§2.4.1.3)
船长小于50m的船，强力甲板厚度应不小于表2.1.1.1规定值，实取t=6mm。
船中部甲板边板的宽度应不小于0.1B，实取宽度为1200mm。
2、甲板边板(§8.3.6)
中部区域的甲板边板
实船中部甲板边板取t＝8mm，实船艏艉部分甲板取t＝6mm。
m
半 波 高
r
1.25（A级）
m
长深比
L/D=90.60/7.80=11.84<25
宽深比
B/D=15.20/7.80=2.46<4.0
符合规范要求。
二、构件计算：
（一）、外板：
1、船底板：（§2.3.2&§8.3.1）
双壳船在全船长度范围内的船底板厚度t不小于下列两式
大舱口船货舱区域的船底板厚度t应不小于按下式及本篇2.3.2.2式计算所得之值：
式中：L、s、a同本篇2.3.2.1式；
α、β、γ，按船舶骨架形式，由下表选取：
实取t＝6㎜
平板龙骨的宽度应不小于0.1B，且应不小于0.75m。
本船平板龙骨实取t＝6㎜，宽度为1200mm.
2、舭列板：（§2.3.3）
舭列板厚度应按船中部船底板厚度增加0.5mm。若船底板厚度大于8mm时，则舭列板厚度可与船底板厚度相同。实取t＝6.5㎜，采用圆舭，R=600mm，且超过实肋板以上150mm.
第一节船舶总纵强度.
第一节 船舶总纵强度一、船舶强度基本概念1. 船舶强度：船舶结构抵抗内外力而不致破环的能力。
2. 船舶强度种类⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎨⎪⎩⎪⎪⎩纵强度总强度横强度船舶强度扭转强度局部强度 二、船舶总纵强度1. 总纵强度概述1)船舶漂浮在水面上，受到重力和浮力的作用，就整个船体看总重力与总浮力是平衡的。
但实际上在船体长度每一段上其重力与浮力是不平衡的。
由于这种重力与浮力沿着船长方向分布不均，使船体产生了纵向弯曲。
2)船体上每一段重力与浮力的差值就是实际作用在船体上的负荷。
船体正是由于负荷的作用而产生了剪力和弯矩。
剪力最大值在距首尾约1/4船长附近；最大弯矩值则在船中附近。
3)船体纵向变形的两种形式：中拱(Hogging)船体中部上拱的弯曲状态(受正弯矩作用)。
中垂(Sagging)船体中部下垂的弯曲状态(受负弯矩作用)。
2. 总纵强度的校核1)许用切力：按“许用剪切应力、横剖面对水平中和轴的惯性矩、横剖面水平中和轴以上有效构件对中和面的静矩、计算横剖面水平中和轴处舷侧外板或纵舱壁的厚度以及波浪切力”计算的许用静水切力。
许用弯矩：按“许用弯曲应力、甲板或龙骨处的剖面模数、局部构件折减系数以及波浪弯矩”计算的许用静水弯矩。
2)校核各横剖面的静水切力和静水弯矩3)当不需要校核切力时 船中静水弯矩：1[()]2SLi i i i i i M W x P x B x '=∑⋅+∑⋅-∑⋅ (,)i i m f P x d =∑⋅分别令SM '取S M ±(船中许用静水弯矩)、0、LS M ±(空船许用静水弯矩)，绘制以载荷对船中弯矩i i P x ∑⋅为纵坐标，平均型吃水m d 为横坐标的强度曲线图。
4)经验方法(拱垂值)(1)拱垂值2F A M d d d δ+=- ，则： 当0δ>时，船舶呈中拱变形；当0δ<时，船舶呈中垂变形。
(2)纵强度校验方法 当01200bpL δ≤<，纵强度处于有利状态； 当1200800bpbp L L δ≤<，纵强度处于正常状态； 当800600bpbp L L δ≤<，纵强度处于极限状态； 当600bpL δ≥，纵强度处于危险状态。
船舶总纵强度计算方法
可是这些构件的端部，由于抵抗总纵弯曲的程度较小， 则应该按下图所示扣除斜线部分的构件剖面积。
2015-3-29
总纵强度计算
2015-3-29
总纵强度计算 相邻舱口之间的甲板、同样可视为间断构件，因此如 计算剖面选在下图所示的斜线区域内时，则斜线部分 的甲板面积应扣除。
2015-3-29
总纵强度计算
3）、强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽 度的20%者均应扣除。 纵桁腹板上的开口，如大于腹板高度的20%，则 应扣除开口部分。 至于纵向连续构件上的个别开口，如人孔、舷窗 等，计算剖面模数时不必扣除
2015-3-29
总纵强度计算
不同材料之间的相换算____依据变形相等
i
Ei
E
P P i Ei E Ei i E
一、引言
总纵强度计算
问题提出：
船舶在运营过程中，船体结 构的受力颇为复杂。尤其是船体所 受重力和浮力沿船长方向分布的不 一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯 曲应力。 (这时弯曲应力大小如何衡准？)
解决思路：
将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形. 已成为研究船舶总纵强度(Longitudinal strength of ship)的标准方法。
2015-3-29
总纵强度计算
横骨架式——假定在船底板架上只作用着水压力。直接承受水压力的构件是外 底板，外底板将水压力传给骨架（纵骨、肋板以及船底纵桁等），然后在传到 板架的支承周界（横舱壁及舷侧）上去，传力过程如下图.
2015-3-29
总纵强度计算
纵骨架式——假定在船底板架上只作用着水压力。直接承受水压力的构件是外 底板，外底板将水压力传给骨架（纵骨、肋板以及船底纵桁等），然后在传到 板架的支承周界（横舱壁及舷侧）上去，传力过程如下图.
船体结构强度直接计算指南 概述
一般情况下取满载工况和压载工况为计算工况。
#)!)% 船舶的横摇惯性半径
在船舶设计阶段，船舶的横摇惯性半径可按下式求得：
油船和散装货船： " ) !* !（压载）
" ) !# !（满载）
集装箱船：
" ) !% !
#)!)* 船舶的横摇临界阻尼系数：
在船舶设计阶段，船舶的横摇临界阻尼系数可按下式求得：
!"# 应力 !"#"! 结构中任一点的主应力 在平面应力状态下结构任一点的主应力为：
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#
"$"$
% & ’’$
!"#"$ 相当应力 在船体结构强度直接计算中有时采用相当应力!&（或称 ()* +,-.应力）来衡量应力的许用程度。平面应力状态的相当应力按下式确定：
)
$（ "
!&"’ ）/")/］345!#
&
*#
*
!
" !
# 为其他值
式中：" ———波浪圆频率，678 9 5； %$ " # ———有义波高，’； &’ ———波浪跨零周期，5；
"! 345!# ———能量扩散函数； # ———组合波与主浪向之间的夹角，80:6005。
# 波浪资料采用 ;<=) 建议的波浪资料； $ 进行波浪载荷长期预报时认为对应每一周期的波高呈
船舶强度与结构设计_授课教案_第二章 总纵强度计算
第二章 总纵强度计算§2-1船体总纵弯曲应力第一次近似计算一、危险剖面的选择危险剖面：可能出现最大弯曲应力的剖面，由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围的，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—既有最大的船口或其电开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。
除此之外，一般还要对船体骨架改变处剖面，上层建筑端壁处剖面，主体材料分布变化处剖面，以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。
二、纵向强力构件 1、 1、 纵向强力构件纵向连续并能有效的传递总纵弯曲应力的构件。
船中0.4~0.5倍船长区域内连续的纵向构件，上甲板板、外板、内底板、纵桁、中内龙骨等都是纵向强力构件。
船中非连续构件参加总纵弯曲的有效性取决于本身的长度及与主体的连续情况。
（1）、构件连续长度≥3h 计算剖面船口纵围板、纵桁等纵向构件可计入船体梁剖面计算中，但除外机座纵桁和其它加强纵桁不应计入。
（2）、构件长度L %15 的上层建筑。
（3）、不少于三个横舱壁或类似结构支柱的长甲板室。
2、 2、 间断构件（1）、相临舱口甲板。
（2）、纵桁板上的H h %20 的开口。
三、剖面模数及剖面要素计算 1、 1、 不同材料剖面面积折算根据变形相等的条件，承受相同的力P 即在计算时，可以船体梁仅由一种基本材料构件，而把与基本材料弹性横量E 不同和构件剖面面积乘以两材料的弹性横量之比E E i，同时又不改形心位置。
因此，对薄壁构件，相当于只对板厚作上述变换。
2、 2、 剖面要素的计算步骤（1）、画出船体计算剖面的剖面图并编号（i ）（2）、选定参数轴—离基线（0.45～0.5）型深处。
确定形心至参数轴距离（i Z ）。
（3）、计算剖面积（A ）、静力矩（B ）、惯性矩（C ）。
∑=i A A ∑=i i Z A B ∑+=)(02i Z A C i i（4）、求中和轴至参考轴的距离（ε）、任意构件至中和轴的距离（'i Z ）A B=εε-=i i Z Z '（5）、求对中和轴的惯性矩（I ）)(2)(222A B C A C I -=-=ε（6）、若甲板和船底距中和轴最远的距离分别为j Z 和d Z ，则甲板和船底的剖面模数分别为j j Z IW =d d Z I W =通常甲板的剖面模数比船底的剖面模数（d j W W <），所以有时也称j W 为船体的min W 。
船舶强度核算—校核船舶纵向强度
1.利用船舶实际静水弯矩计算进行强度校核
（1）当︱Ms’︱＜＝Ms时，纵向强度不受损伤； 当︱Ms’︱＞Ms时，纵向强度不受损伤。
（2）当Ms’ ＞0 时，船舶呈中拱状态； 当Ms’ ＜0 时，船舶呈中垂状态。
2.利用强度曲线及参数表进行纵向强度校核
纵坐标∑︱PiXi︱为总载重量的各 个组成部分对船中所取的力矩的绝 对值之和。 横坐标为平均型吃水。
5.改善船体强度的策略
• 1）船舶设计建造方面：合理选择结构材料、尺寸和布局。 • 2）货物积载方面：保证货物及其它载重沿纵向分布的合理性。
2. 保证船舶总纵强度满足要求的措施
1）用经验方法控制船体的总纵变形： • 方法：
按舱容比分配各货舱的货物的重量。 • 各货舱装货重量的计算公式：
Pi
Vchi Q 调整值 Vch （t）
• 调整值约为10Pi %
2. 保证船舶总纵强度满足要求的措施
• 2）在安排货物重量沿船舶纵向分布时，还应考虑的因素： （1）货物装卸过程中 （2）中途港装卸货物后 （3）油水分布及使用 （4）合理压载、波浪中航行方法等
海上货物运输
船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响
目录
01 船舶主机布置的影响 02 保证船舶总纵强度满足要求的措施
1.船舶主机布置的影响
1）中机船 • 特点：重载：中拱变形较大 压载：轻微中拱或中垂 • 措施：货物：中区多装，中途少卸 油水：装时先中部，后首尾；用时相反 深舱：尽量不空
1.船舶主机布置的影响
2）尾机船
• 特点： 重载：大型船有中垂；普通船有轻微中拱或中垂 压载： 中拱变形较大
• 措施： 压载：中区为主，不单独使用首尾。 油水：装时先中部，后首尾；用时相反。 深舱：中部压载。
总纵强度计算
=
π2D b2t
⋅ min{ f (m)}
x向半波数m = 1,2,K
其中 a 和 b 分别表示与压应力平行或垂直方向的边长， t 为板厚， D 为板的弯曲刚度，
π 2D b2t
=
π 2E 12(1 − μ 2 )
⋅ ⎛⎝⎜
t b
⎞⎠⎟
2
[船用钢材
π 2E
12(1 − μ2 )
≈
2
× 106
kgf
cm2 ≈ 2 × 105 N
②间断构件（参阅书 p.41 的图 2-1 和 2-2）
·船楼及甲板室——满足一定条件后，“削角”计入
·甲板开口区域——当开口宽度较大时，需扣除开口面积且“削角”
2. 异种材料的处理——化为基本材料（符号 E ′ E 表示异种材料与基本材料的弹性模量之比）
⎧变形相同(连续性) ε = σ E = σ ′ E′ ⎫ 为了不改变其它构件的受力状态，要求⎨⎩承载不变(静力等效) P = σ ⋅ a = σ ′ ⋅ a′⎬⎭
理，称为“等值梁”假设。
§2.2 总纵弯曲正应力的第一近似计算
序：粱的弯曲正应力计算及强度校核的主要步骤 ①剖面载荷M ( x) → ②危险剖面位置（Mmax） → ③剖面弯曲要素（中和轴及I）
→ ④弯曲应力（σ = z ⋅ M / I） → ⑤强度校核（σ max ≤ [σ ]）
一、船体计算剖面的选择
(
b a
+
a b
)2
]
σ
E
=
200⎛⎝⎜
100t a
⎞⎠⎟
2
⎛ ⎝⎜1
+
a2 b2
⎞2 ⎟ ⎠
≈
200⎛⎝⎜
第11章船舶强度
按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；
舱内货物重量分布应均匀；
装载重大件货物时应加衬垫；使横跨相应骨 材。若配于二层舱或上甲板，安排在甲板下 有支柱的位置，必要时临时补加支撑；
自动舱盖上不能装货或只能装轻货；
固体散货应合理平舱；
装载重货时应限制其落底速度，局部区域承 载过重时，校核局部受力。
四、扭转强度 （Torsional strength）
（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯
曲或变形的能力。 （二）船体纵向弯曲或变形的原因
船舶所受重力和浮力沿船长方向分布 不一致造成。
（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线
重量曲线（Weight curve）
p(x)
浮力曲线（Buoyancy curve）
b(x)
负荷曲线（Load curve）
(kN m)
（六）船舶总纵强度的校核方法
1、经验法（舱容比配货法）调整值的两种取法
Pi
Vi .ch
Vi .ch
Q
Pi Pi Pi Pi (110%)
舱别 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 Total
货舱容积 3075 舱容比％ 14.58
4119 4210 5719 19.53 19.96 27.12
（四）船体剪切变形
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。
（五）船体拱垂变形
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。
弯曲应力的最大值出现在龙骨板或 上甲板。
1、中拱（Hogging） 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；船舶上甲 板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。
船体结构与强度设计总结方案
1、结构的安全性是指结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种载荷和（或）载荷效应，并且在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。
此外，结构在正常使用时，还必须适合营运的要求，并在正常的维护保养条件下，具有足够的耐久性。
2、船体强度计算包括：（1）确定作用在船体或各个结构上的载荷的大小及性质，即外力问题；外载荷（2）确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析（亦称载荷效应分析）；或者求使结构失去它应起的各种作用中的任何一种作用时的载荷，即结构的极限状态分析（亦或求载荷效应的极限值），即内力问题。
响应（3）确定合适的强度标准，并检验强度条件。
衡准（结构的安全性衡准都普遍采用确定性的许用应力法）3、通常将船体强度分为总强度和局部强度来研究。
4、结构的安全性是属于概率性的。
5、把船体当做一根漂浮的空心薄壁梁（成为船体梁），从整体上研究其变形规律和抵抗破坏的能力，通常成为总强度。
总强度就是研究船体梁纵弯曲问题。
从局部上研究局部构件变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。
6、作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷、局部性载荷。
按载荷随时间变化的性质可分为：不变载荷、静变载荷、动变载荷和冲击载荷。
7、总体性载荷是指引起整个船体的变形或破坏的载荷和载荷效应。
局部性载荷是指引起局部结构、构件变形或破坏的载荷。
冲击载荷，是指在非常短的时间内突然作用的载荷，例如砰击。
8、结构设计的基本任务是：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。
9、船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计。
10、结构设计应考虑：安全性、营运适合性、船舶的整体配合性、耐久性、工艺性、经济性。
11、大多数结构的优化设计都以最小重量（或最小体积）作为设计的目标。
但是，减小结构尺寸、降低结构重量，往往会增加建造工作量，从而增加制造成本同时还会引起维护保养费用的增加。
船舶总纵强度计算实例
四、静波浪剪力NW及弯矩MW的计算
浮力
B1=12.902.6KN
浮心纵坐标 xb1=-4.559m
精度检查
W B2 121006 .4 120902 .6 0.09% 0.1% W 121006 .4 x g xb 2 L 4.464 4.559 0.06% 0.1% 148
2、静水剪力NS及弯矩MS的计算
B1=118843.6KN
浮心纵坐标 xb1=-4.85m
(2)第二次近似计算 首吃水
df2 W B1 x g xb L d f1 xf gh R 2
尾吃水
d a2
W B1 x g xb d a1 gh R
L xf 2
3、查得压载到港状态下的有关参数 1. 总重量 W=121006.4KN 2. 浮心纵向坐标 xb=0.15m 3. 重心纵向坐标 xg=-4.464m 4. 水线面面积 A=2570m 5. 平均吃水 dm=5.17m 6. 纵稳心半径 R=222.26m 7. 漂心纵向坐标 xf=-1.35m
（二）波型与波浪要素 坦谷波，λ=L=148.0m 波高 h=6.0m
三、压载到港状态的静水剪力和弯矩计算 1、船舶在静水中平衡位置的确定 （1）第一次近似 L 首吃水 d d x g xb x
f1 m
Hale Waihona Puke R2f
尾吃水 浮力
d a21 d am
x g xb L xf R 2
第七讲
1、总纵强度计算实例
教学目的： １、掌握剪力和弯矩的计算实例
剪力和弯矩计算实例
• 选取压载到港状态进行计算 • 静水中处于中拱状态 （一）主要数据及原始资料 1、主要数据： 计算船长 L=148.0m 海水密度 ρ=1.025t/m3 船 宽 B=25.0m 重力加速度 g=9.80m 2、原始资料 （1）全船重量重心汇总表 （2）静水力曲线图 （3）邦戎曲线图
第二章船体总纵强度的计算
第二章船体总纵强度的计算知识点1剖面模数W=I/Z意义：表征船体抵抗弯曲变形能力的一种几何特性。
最小剖面模数——离中和轴最远的构件（最上层连续甲板即强力甲板；船底。
但船底离中和轴更近，则强力甲板处为最小剖面模数处，弯曲正应力最大）知识点2校核时候取危险剖面，即可能出现最大正应力的面（船中0.4倍船长范围内）。
危险剖面指：骨架式改变处剖面，材料分布变化处，上层建筑端壁处剖面）知识点3（填空）强度等值梁：有效参与弯曲的全部构件组成的梁，该梁在抵抗总弯曲和总纵强度性能上和船体等效。
纵向强力构件：纵向连续并能有效传递总弯曲应力的构件。
（可以计入船体梁的计算中，如船中0.4-0.5倍船长连续纵向构件）（间断构件看看即可，具体使用应该参考规范）知识点4剖面模数及第一次近似总纵弯曲应力计算过程（课件第二章15-21页）看看即可。
知识点5（简答）为什么要校核船体构件的稳定性？A．所有受压的甲板板列，与其他刚性构件相连的一部分完全有效。
B．而其余部分不能承受大于板极限载荷的压力。
C．不是所有纵向强力构件都完全有效参与抵抗总纵弯曲。
D．对船体结构的要求，既应该保证必要的强度，又要保证必要的稳定性。
（简答）怎样校核稳定性？计算临界应力：确定板的临界应力时的注意事项（课件45页）具体的计算方法：板的稳定性计算中只需记住一些简单的边界条件，不用记那些经验公式。
纵骨的稳定性计算只需记住当求得的欧拉应力超过材料的比例极限时要对欧拉应力进行修正，以考虑材料不服从虎克定律对稳定性的影响。
将实际应力与临界应力比较进行校核。
（填空）决定临界应力的条件：构建的几何尺寸、外力的作用方式、边界条件。
知识点6（判断）纵向骨架在计算载荷下不允许丧失稳定性，只有板可能失稳。
知识点7板的应力分布同一水平高度的应力沿着板宽分布不均匀，与纵向骨架相连的部分板宽内应力较高，而板宽的中间部分应力较低。
知识点8剖面折减将船体剖面中一部分失稳的板构件剖面积化为假想不失稳的刚性构件剖面积。
船舶总纵强度计算中剪力弯矩的几个概念
船舶总纵强度计算中剪力弯矩的几个概念说明：这篇帖子是作为解答一位船友的疑惑而撰写的，希望看到这篇帖子的朋友，能了解一些东西，能学到一些东西，也欢迎大家交流。
这篇帖子，是对原来的文章的补充和进一步说明，涉及的方面有：①，概念：包络值、许用值、能力值；②，船舶总纵强度计算设计的流程。
①，概念先来说说概念吧。
对于包络值、许用值、能力值几个概念，结合我的理解做以下解释：<一>总纵强度校核都是针对于静水工况而言的，计算和比较的是静水条件下的船体梁强度。
<二>总体的要求是：在任何剖面: 任意装载工况下的剪力弯矩值<= 包络线确定的剪力弯矩值<= 设计值确定的剪力弯矩值<= 能力值确定的剪力弯矩值<三>总纵强度计算的目的，有两个：1，设计船体剖面：即，结合装载工况，船体重量分布，计算出船体在静水中的浮态，然后积分船体梁受到的载荷，得到各个剖面沿着船长分布的剪力弯矩。
所有的载荷工况下的剪力弯矩就能确定剪力弯矩的包络线。
这个就是所述包络值的概念，在船舶设计的前期进行；由于包络线是前期初步计算的结果，在实际的建造过程中，船体的重量分布可能会出现偏差，这就引出了剪力弯矩的设计值，即CCS 软件中的剪力弯矩的许用值，这个值就是设计者用于设计各个船体剖面结构的剪力和弯矩的大小，基于包络线考虑了一定的设计裕度。
得到剪力弯矩的设计值之后，叠加上相关船舶规范上规定的波浪附加弯矩和剪力【当然，波浪附加弯矩和剪力也可以通过计算确定】设计者就能设计船体剖面了。
即，要求设计的剖面所能承受的剪力弯矩不能小于（剪力弯矩的设计值加上波浪附加剪力弯矩）。
流程图为：船体重量分布+ 载荷工况+ 船体线型------------> 剪力弯矩包络线------ [设计裕度] ------> 剪力弯矩设计值剪力弯矩设计值------ [叠加波浪附加弯矩和剪力] ------> 进行船体剖面的设计2，校核船体剖面强度：校核船体剖面强度是船体剖面设计好之后的工作，在剖面设计过程中，考虑到船舶相关规范和载荷对船体结构的要求，设计的船体梁剖面所能承载的剪力和弯矩往往大于（设计值加附加值）的要求，计算各个船体梁剖面的剖面特性，能够得到该剖面处的剪力弯矩承载能力，但是这个剪力弯矩不是CCS软件中所谓的能力值，(⊙o⊙)…因为前面已经说过了（<一>总纵强度校核都是针对于静水工况而言的……），船体梁剪力弯矩的能力值大小等于实际船体剖面处的剪力弯矩承载能力减去相关船舶规范规定的波浪附加弯矩和剪力【当然，波浪附加弯矩和剪力也可以通过计算确定】。
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5/23/2020
船海
2
总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
概述
在求得船体的总纵弯曲和剪力之后，我们就可以计算船 体的弯曲正应力，进行强度校核。
Mz
I
max
=
M max Wmin
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实验现象： ✓1、变形前互相平行的纵向直线、
F
F
变形后变成弧线，且凹边纤维缩
对于不同的构件，其局部弯曲正应力所包含的应力数目是不同 的，所以为：
船体总纵强度的校核内容，包括：
1、按许用应力校核 总合正应力校核 剪应力校核
2、按剖面最大承载力校核
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总纵强度计算
第一节 船体总纵弯曲应力第一次近似计算
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总纵强度计算
N、M → σ、τ→强度校核
Mz y
Mx o
x
1
总纵强度计算
计算方法： 总强度计算的标准计算方法：
（1）将船舶静置在波浪上，即假定船舶以波速在波浪的传播方向 上航行，船舶与波浪处于相对静止的状态；
（2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长，计算波高 按有关规范或强度标准选取。
（3）取波峰位于船中和波谷位于船中两种状态分别进行计算。
剖面模数定义 计算点至该中和轴的距离所得的值。
剖面面积对中和轴的面积惯矩 I z2ds
D
剖面模数
I wA zA
船底剖面模数：
wb
Ix Zb
甲板剖面模数：
wd
Ix Zd
最小剖面模数：Wmin
A
中和轴x
B
船体[参加总纵弯曲的结构件] 的(数目和尺寸)决定。
• 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。
Iz
在求得船体的总纵弯曲力矩和剪力之后，就可计算船体的 总纵弯曲应力和剪应力，以便进行强度校核。
试验表明：在一定条件下（剖面内没有构件 丧失稳性），用实心梁弯曲理论对船体梁 进行强度计算所得的结果与实际测量结果 基本相符，或极近似。
2020/5/23
总纵强度计算
因此为了应用梁的弯曲应力公式来计算船体总纵弯曲应力，就 必须对空心薄壁的船体梁作一个假设——等值梁假设，即假定 船体是一根等值梁。 等值梁是指在抵抗总纵弯曲方面与船体具有相同抵抗能力的一 种梁，也就是与船体等效的一种梁。
2020/5/23
总纵强度计算
Ai A
Ai Zi B
Ai Zi2 i C
由此，剖面中和轴距参考轴的距离为 B A
剖面对水平中和轴的惯性矩为：
I 2
C 2A
2C
B2 A
任意构件距中和轴的距离为： Zi Zi
构件中的总纵弯曲应力为：
i
M I
Zi
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总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
等值梁的剖面可以把船体剖面
中所有参与抵抗总纵弯曲的构件，
在保持其高度和面积不变的条件下，
Mz y
假想地平移至船舶中纵剖面附近，
Iz
并对称的构成一梁的剖面。
2020/5/23
总纵强度计算
计算剖面的选取:
进行船体总纵强度校核时应选取可能出现最大弯曲应力的危险 剖面进行计算。由总纵弯矩曲线可知，船体梁最大弯矩一般出 现在船中0.4L范围内，所以一般应选取船中0.4L范围内的最弱 剖面进行校核。
总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算 相邻舱口之间的甲板、同样可视为间断构件，因此如 计算剖面选在下图所示的斜线区域内时，则斜线部分 的甲板面积应扣除。
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总纵强度计算
3）、强度计算中规定，凡甲板开口宽度超过甲板宽 度的20%者均应扣除。
纵桁腹板上的开口，如大于腹板高度的20%，则 应扣除开口部分。
mn
dx
z
y
d
dx
y
F
yd d y
d
E y E
FN
dA
A
E
ydA
A
0
M y
zdA
A
E
A
zydA
0
M z
ydA E
A
y2dA EIZ
A
1 MZ
EIZ
Mzy
Iz
M
M
中性轴
z
m
n
y
o
o
dA
z
mn
y
dx
Mzy
Iz
max
Mz Wz
M
M x
max Wz
2020/5/23
总纵强度计算
总纵弯曲;板架弯曲;纵骨弯曲;板的弯曲
2020/5/23
总纵强度计算
第一类：只承受总纵弯曲的纵向构件，如不计甲板荷重的
上甲板，其应力记为
第二类：同时承受总纵弯曲和板架弯曲的纵向构件，如船 底纵桁材腹板，其应力记为 1+2 第三类：同时承受总纵弯曲、板架弯曲以及纵骨弯曲的纵 向构件；或者是承受总纵弯曲、板架弯曲以及板的弯曲 （横骨架式）的纵向构件，如纵骨架式中的纵骨或横骨架 式中的船底板，其应力记为 1+2+3
第四类：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲及板的 弯曲的纵向构件，如纵骨架式中的船底外板，其应力记为 1+2+3+4 以上各种弯曲，除总纵弯曲外均称为局部弯曲。
2020/5/23
总纵强度计算
由以上分析可知，船体纵向连续构件在总弯曲中所受到的正应 力，可以称为总合正应力。
它包括总弯曲正应力及局部弯曲正应力。
mn
短、凸边纤维伸长。
mn
✓2、变形前垂直于纵向线的横向 线,变形后仍为直线，且仍与弯曲 了的纵向线正交，但两条横向线 间相对转动了一个角度。
▪平面假设：
变形前杆件的横截面变形后仍 为平面。
中性层
▪中性轴：
中性层与横截面的交线称 为中性轴。
mn
o1
o2
m
n
中性轴
F
mn
mn
M
M
中性轴
m
n
z
y
o
o
dA
一总、纵引强言度计算
问题提出：
船舶在运营过程中，船体结 构的受力颇为复杂。尤其是船体所 受重力和浮力沿船长方向分布的不 一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯 曲应力。
(这时弯曲应力大小如何衡准？)
解决思路：
将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形. 已成为研究船舶总纵强度(Longitudinal strength of ship)的标准方法。
在舷侧上作用着的这些力 以及与舱壁相交处的剪力， 构成舷侧板架所受的不平衡 力，这个力以剪力的形式传 给相邻的舷侧板架，他就是 总纵弯曲时作用在船体剖面 中的剪力。
2020/5/23
总纵强度计算
由于构件相互连接，其作用是很复杂的。以纵骨架式船底板为例， 外板本身承受水压力将产生弯曲应力，然后将水压力传给纵骨，再 由纵骨传给肋板。 纵骨在传递水压力过程中将发生弯曲变形，与纵骨相连的外板部分 又将随纵骨弯曲而产生弯曲应力。 以此类推，外板中的弯曲应力将包含有板的弯曲应力、纵骨弯曲应 力、板架弯曲应力以及总纵弯曲应力等四种应力成分。 这就是船体构件承受多种作用、产生多种应力的工作特点。其变形 特征如下：
根据上层建筑强度理论分析，一般规定，凡长度超过 船长的15%，且不小于本身高度6倍的上层建筑以及同时受 到不小于3个横舱壁或类似结构支持的长甲板室，可以认 为其中部是完全有效地参加抵抗总纵弯曲的。
可是这些构件的端部，由于抵抗总纵弯曲的程度较小， 则应该按下图所示扣除斜线部分的构件剖面积。
2020/5/23
2020/5/23
总纵强度计算
2020/5/23
总纵强度计算
中和轴：
位置：
*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。
zds
Z NA A
拉应力
中和轴z
zNA
压应力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总纵强度计算
**船体剖面模数
➢船体横剖面水平中和轴的惯性矩除以剖面内
货舱开口剖面； 船体骨架形式发生变化的剖面； 上层建筑端璧处剖面； 主体材料分布变化剖面； 重量分布特殊出现较大弯矩值的剖面；
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总纵强度计算
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总纵强度计算
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总纵强度计算
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总纵强度计算
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总纵强度计算
构件计入等值梁的条件
总纵强度计算
感谢下 载
MZ:横截面上的弯矩
y :到中性轴的距离
IZ :截面对中性轴的惯性矩
M
中性轴
总纵强度计算 z
y
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总纵强度计算
船体结构是由许多部件组成的，这些部件各自承担着一定的作用。其中一些是 直接承受外力的构件，另一些则承受别的构件传来的力。现以两种典型结构形 式的船底板架为例，进行船体结构的受力和传力过程分析。
计算船体剖面模数时，首先要确定哪些构件能够有效地参 加抵抗总纵弯曲变形，也即那些构件可以计入等值梁计算 剖面。
依据一些理论分析 和实验结果，可以 得出如下一些计入 等值梁的条件和规 定：
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总纵强度计算
1）、纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件均应 计入。
但有些纵向构件由于形状和构造的关系，不能有效地传 递总纵弯曲应力，则不能计入。