船体强度 第一章 外载荷计算

x g x b 0 .1 % L
如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首 尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置。
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第一次调整首尾吃水 水
使浮心向船首移动，增大首吃水 。
df
和减小尾吃
da
图 第一次纵倾调整
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假定纵倾角为 ，则首尾吃水为
d f dm (L / 2 x f )
'
xg xb V0 V1 da da (L / 2 x f ) R A
'
如果V0大于 V1，则船舶增加吃水，加大排水量；如果如果V0小 于 V1，则船舶减小吃水，减小排水量。 按照上述步骤进行，直至满足精度要求，表示船舶已经 达到平衡状态。
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1、船舶在波浪上的受力与变形特征
2、计算工况：满载出港、满载到港、压载出 港、压载到港（10%消耗品） 3、船体产生弯矩和剪力的原因
4、船体断面弯矩的组成：静水弯矩+波浪附 加弯矩
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中拱变形(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。 中垂变形(sagging) 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；船舶上甲板 受压，船底受拉，发生中部 下垂的变形。

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基本计算公式
qx px bx [ p( x ) bs ( x )] [ b( x )]
N x q( x )dx [ p( x ) bs ( x )]dx [ b( x )]dx
x 0 0 0
x
x
Ns ( x ) Nw( x )
4、N ( x )
5、M ( x )
q
0
x 0
x
(x)
dx
dx dx
N
x x 0 0
(x)
q
(x)
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W0 10t ,
1t/m
O
L 20m d
5t
A B C
5t
D
W( x )
0.5t/m
O A 2.5t B C D
(x)
X
12.5t.m
q ( x ) W( x ) ( x )
da dm (L / 2 x f )
R>>KC

x g xb R

为小量。
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da dm ( L / 2 x f )
x g xb R
d f dm ( L / 2 x f )
x g xb R
由da和df在邦戎曲线上作出水线，
邦戎曲线
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M(x)
0 X
0.5t/m
N
x
(x)
dx
-0.5t/m
O
x
A
N( x)
B
dx
C
D
q
0
(x)
结论
-2.5t
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剪力最大值Nmax：
弯矩最大值Mmax ：
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 ： 2.5t
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。 12.5t.m
M x N ( x)dx N s ( x)dx N w ( x)dx M s M w
x x 0 0 0 x
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1、重量曲线（Weight curve） 2、浮力曲线（Buoyancy curve）
W( x )
(x)
x
3、负荷曲线（Load curve）
图
船舶遭遇不同波长的波浪
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当船舶静置在波浪上的位置发生变化时，船体剖 面上的弯矩也将发生变化。 当波峰或波谷在船舯 时 ，浮力相对于静水线的改变最为明显，因此在 船舯剖面会产生最大的波浪弯矩。
������ 计算分析表明，当船舶静置在波浪上时 ,在 波长稍大于船长时才得到最大的波浪弯矩，但此 时的弯矩与波长等于船长时的弯矩相差不大。所 以，在实际计算时，取计算波长等于船长 ，并且 规定按波峰在船舯和波谷在船舯两种典型状态进 行计算 。
1.4.1 概述 ������ 一、波浪要素及计算状态 ������ 波浪要素包括波形、波长与波高 。 目前得到最广泛应用的是坦谷波理论 。根 据这一理论， 二维波的剖面是坦谷曲线形 状 。
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波浪参数的确定 （1）波形 ：二维坦谷波（trochodal wave ） 特点：波峰较陡，波谷平坦，关于波轴线上下不对称。 （2）波长 当船舶长度与波长的为何比例时，船舶受力较大？ 这是确定波长的原则。
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1.3.2 静水剪力、弯矩曲线 ������ 船体梁在静水中所受到的剪力和弯矩 沿船长分布状况的曲线分别称为静水剪力 曲线和静水弯矩曲线 。
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特点： ������ 静水载荷曲线的一次积分是静水剪力 曲 线，二次积分是静水弯矩曲线 。 ������ 由于船体两端是完全自由的，因此艏、 艉端点处的剪力和弯矩应为零，亦即剪力 和弯矩曲线在端点处是封闭的 ������ 在大多数情况下，载荷在船舯前和舯 后大致上是差不多的，所以剪力曲线大致 是反对称的，零点在靠近船舯的某处，而 在离艏、艉端约船长的1/4处具有最大正值 或负值 。
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三、总体性重力的分布 --梯形法 ������ ������ 确定船体结构重力分布是绘制重 力曲线的主要项目之一。其常常在详细设 计完成之前就需要完成，此时只需确定总 的重力和重心的纵向坐标。 一些船舶往往舯部丰满、两端尖瘦， 且舯部具有平行中体，所以可以将船体和 舾装重力近似地用下图曲线表示，即平行 舯体部分用均匀的重力分布，而两端部分 用两个梯形分布(通常为简化计算，3部分 的长度均为船长的1/3)。
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������ ������ 根据统计资料，对瘦形船舶， b=1.195，，于是由式（1-7）求得：
对肥形船，b＝1.174，于是由式（1--7） 求得：
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四、局部性重力的分配方法 (一) 分布在 2个理论站距内的重力
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(二) 分布在 分布在3个理论站距内的重力
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第一章 船体外载荷计算
概 述 一、计算模型（船体梁响应） 船在静水中处于平衡位置时，必需满足两个 条件：作用在船体上的浮力等于船的重量； 重心和浮心在同一铅垂线上。
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二、求解思路
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船舶在波浪上的变形特征与受力 静置：1）船舶与波浪相对速度为零；2）船体重 力和浮力处于平衡状态。
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波长λ和波高h间没有固定的关系。所以， 在世界的造船实践中都采用用波长来确定 计算波高。我国以前采用的军标GJB64.1A 中波高按下列公式确定:
X
0.5t/m
O A B C -2.5t D
§1-1重力分布曲线
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一、重力分布曲线的绘制方法 ������ ������ 船舶在某一计算状态下 (一般为正常排 水量状态 )，描述全船重力沿船长分布状况的曲 线，称为重力分布曲线 。其纵坐标表示船体梁单 位长度上重力分布值 ，即作用于单位长度上的重 力值。 重量曲线的物理意义：面积等于全船重量， 形心为船舶重心。 绘制重力分布曲线时，必须要有表明各项重 力及其重心位置的重力、重心明细表以及确定各 项重力纵向分布范围的船体纵中剖面图 ，简称 重力、重心资料。
比较排水体积和 V0 ，比较浮心纵向位置 xb1 和重心的纵向位置 xg
V1 V0 0.5%V0
x g xb1 0.1% L
当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡， 继续改变首尾吃水，进行调整。 第2次调整首尾吃水
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xg xb V0 V1 df df (L / 2 x f ) R A
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浮力曲线计算 ������ 在手工计算时，静水平衡计算可采用 表格方式进行，当静水平衡计算完成时， 浮力曲线即可绘制。
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1.3 载荷曲线、静水剪力、弯矩曲线 ������ 1.3.1 载荷曲线
特点 : ������ 载荷曲线与纵向坐标轴线之间所围的 面积之和（代数和）为零，该面积对纵轴 上任一点的静力矩亦为零 。
(三)艏、艉理论站外的重力
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浮力曲线
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船舶在静水中的某一计算状态下(一般为正常排 水量状态)，描述浮力沿船长分布状况的曲线称 为静水浮力曲线。 浮力曲线的纵坐标表示作用在船体梁上单位长 度的浮力值，其与纵向坐标轴所围的面积等于作用 在船体上的浮力B，该面积的形心纵向坐标即为浮 心的纵向位置xb 通常根据邦戎曲线来绘制浮力曲线。为此，首 先应进行静水平衡浮态计算，以确定船舶在静水中 的艏、艉吃水。
q ( x ) W( x ) ( x )
4、剪力曲线（Shear curve） N (x)
q
0
(x)
dx
5、弯矩曲线（Bending moment curve）
M(x)
N
0
x
(x)
dx
q
0 0
x x
(x)
dx
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1、W( x )
2、 ( x ) 3、q ( x ) W( x ) ( x )
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手工计算时，通常将船舶重力按 20个理 论站距分布 (民船的理论站号从船艉至 船艏，军船则是从船艏至船艉编排)。 ������ ������ 每个理论站距内的重力可以认为均 匀分布 ，从而作出阶梯形重力分布曲线， 并以此来代替真实的重力分布曲线。
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计算原理

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总纵弯曲应力计算的基本原理:根据材料力学中 的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力。 根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计 算：
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式中：M I Z
I Wj zj
M zi I
计算剖面的总纵弯矩 剖面惯性矩 距离中和轴的距离
j M Wj
静水弯矩计算
计算原理
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纵倾调整方法：解析法和逐步近似法。调整船 舶在静水中的纵倾时，用逐步近似法比较方便。 进行纵倾调整时，应具有邦戎曲线、静水力曲 线以及船舶重量重心等资料。
假定:1)纵倾调整过程中,水线面面积A不变；2） 漂心位置不变；3）不计船体变形的影响。
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由型排水体积，查出dm 计算排水体积、纵向坐 标 xb ,漂心 x f ,、水线面面积A、纵稳心半径M 、浮 心高度和浮心纵向位置。 检查浮心的纵向位置和重心的纵向位置，精度
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绘制重力分布曲线的方法-将船舶的各 项重力按静力等效原则分布在相应的船长 范围内，再逐项叠加即可得重力分布曲线。 (1)保持重量的大小不变，要使近似分布 曲线所围的面积等于该项实际重量。 （2）保持重量重心的纵向坐标不变，要使 近似分布曲线所围的面积形心纵坐标与该 项重量的重心纵坐标相等。 （3）近似分布曲线的范围与该项重量的实 际分布范围相同或大体相同。������
二、重力分类 (一)按变动情况来分 ①不变重力 -即空船重力，包括：船体结 构、舾装 、 设备、机电设备等各项固定 重力。 ②变动重力 -即装载重力，包括：货物、 燃油、淡 水、粮食、旅客、压载等各项可 变重力。
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(二)按分布范围来分 ①总体性重力 -即沿船体梁全长分布的重力，通 常包括：主体结构、油漆、索具等各项重力。 ②局部性重力 -即沿船长某一区段分布的重力， 通常包括：货物、燃油、淡水、粮食、机电设备、 舾装设备等各项重力。 在实际重力分布曲线计算过程中，首先确定 计算状态（也就是确定变动重力)，再按总体性重 力和局部性重力分别计算各理论站的重力分布， 最后合成总的重力分布曲线
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由于两端的剪力为零，即弯矩曲线在两端 的斜率为零，所以弯矩曲线在两端与纵坐 标轴相切。在计算过程中，常常利用这些 性质来检查计算结果是否正确。 ������ 修正：
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1.4 静置波浪附加剪力和弯矩计算 ������ 舰船由静水进入波浪时，重力曲线 p(x)并未改变，但水线面发生了变化，从 而导 致浮力的重新分布。 波浪上浮力曲 线相对 静水状态的浮力增量将引起静置波 浪附加 剪力和弯矩的载荷。 由此可知， 静置波浪 附加剪力和弯矩与船型、波浪要 素有关。