强度与结构

第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算
1、重力与浮力是引起船体梁总纵弯曲的主要外力。
2、载荷q(x)以向下为正；剪力N(x)以作用在梁微段dx左剖面向下为正（或右剖面向上为正）；弯矩M(x)以使船体梁发生中部向上拱起，首尾两端向下垂的弯曲为正（这种弯曲状态称为“中拱”；反之，船中部下垂，首尾两端向上翘起的弯曲状态为“中垂”）。
第二章船体总纵强度计算
1、可能出现最大弯曲应力的剖面称为危险剖面或计算剖面。由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围内，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—含有最大的舱口或其它开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。
船体剖面模数：W=I/|Z|，是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船舶总纵强度的重要标志。在货舱区域内应至少计算七个横剖面上的应力，其部位如下：（1）机舱前端（2）开口长度的前端（3）在开口长度内再取五个剖面，其中至少有三个在0.4倍船长范围内（4）所有结构突变处的剖面。
11、坦谷波形的绘制方法：若以半径为R的圆盘（滚圆），沿直线AB滚动时，圆内一距圆心为r的定点P所描绘的轨迹，即为一坦谷波曲线。将直线AB（即波长）及滚圆圆周各分为数量相同的n等分（通常为八等分），分别以各等分点O0、O1 。。。O8为中心顺次将滚圆逆时针旋转360/n,记下p点的不同位置，连接各点的光滑曲线即为坦谷波曲线。在船体总纵强度计算中，通常都根据各理论站号上波面垂向坐标的相对值y/来绘制坦谷波曲线。
9、波浪要素包括波形、波长与波高。坦谷波理论：二维波的剖面是坦谷波曲线形状。两相邻波峰或波谷之间的水平距离是波长；波高是波谷底到峰顶的垂直距离。特点：波峰陡峭，波谷平，波浪轴线上下的剖面积不相等。
10、传统的标准计算方法：（1）将船舶静置于波浪上，即假想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状态（2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长（内河船舶斜置于一个波长上），计算波高按有关规范或强度标准选取（3）取波峰位于船中及波谷位于船中两种状态分别计算。
9、对具有甲板纵桁的板架进行计算：首先，确定甲板纵桁的临界应力然后，计算舷侧至纵桁或纵桁之间的甲板板架部分板架的临界应力，假设纵桁为横梁的刚性支座。最后，若，则板架的稳定性用舷侧与纵桁之间或者纵桁与纵桁之间的那一部分板架的稳定性表征；若，则板架的稳定性用纵桁的稳定性表征。
10、在占一半船长的中部地区，纵向骨架的理论欧拉力与其材料屈服极限之比值不得小于1.5~2.0。
局部性重量分布可出计算题。
6、总体性重量的分布：空船重量曲线的绘制方法：梯形法、围长法、库尔求莫夫法。
7、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。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。
特点：（1）：剪力和弯矩曲线在端点处是封闭的。（2）零载荷点与剪力的极值相对应，零剪力点与弯矩的极值相对应。在大多数情况下，剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船中的某处，而在离首尾端约船长的1/4处具有最大值或负值。（3）弯矩曲线在两端与纵坐标轴相切。
绪论
1、船体强度是研究船体结构安全性的科学。结构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载荷效应，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。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、船体强度计算应包括内容：（1）确定作用在船体或各个结构上的载荷的大小及性质，即所谓外力问题；（2）确定结构剖面中的应力及变形，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（亦称求载荷效应的极限值），即所谓内力问题；（3）确定合适的强度标准，并检验强度条件。
坦谷波波面方程：R= r=
x= 式中： 圆盘滚动时的转角
y为波面距波浪轴线的垂向坐标x为与 或y相对应的纵向坐标
12、总纵弯矩：船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩的代数和，该弯矩的最大值就作为校核总纵强度的计算弯矩。为了简化计算，在画出中拱及中垂状态弯矩曲线之后，将船中剖面的弯矩曲线顶点分别向首尾方向水平移动5%的船长，然后依次将其它各理论站的弯矩曲线顶点也向两端移动5%的船长，最后连接各点便得到实用的计算弯矩曲线。
3、纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件称为纵向强力构件。显然，在船中部0.4~0.5倍船长区域内连续的纵向构件，如甲板板、外板、内底板、内龙骨、纵桁、纵骨等都是纵向强力构件，计算船体剖面模数时均应计入。
长度较短的纵向构件应视作间断构件，例如船楼、甲板室、开口间的甲板等。它们参加总纵弯曲的有效性取决于它们的长度及与主体的连接情况。
3、计算船体梁所受到的剪力和弯矩：
（1）计算重量分布曲线p(x)
（2）计算静水浮力曲线b(x)
（3）计算静水载荷曲线 p(x)
（4）计算静水剪力及弯矩
（5）计算静波浪剪力及弯矩
（6）计算总纵弯矩和剪力N(x)=
4、重量按变动情况分为：（1）不变重量，即空船重量，包括：船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量（2）变动重量，即装载重量，包括：货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重量。
第i站剪力的修正值为： =
8、计算状态：在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态，一般包括满载、压载、空载等和按装载方案可能出现的最不利以及其它正常营运时可能出现的更为不利的装载状态。我国《钢制海船入级和建造规范》规定，选取满载：出港、到港；压载：出港、到港；军船：按正常排水量计算，但当按满载排水量计算得到的最大弯矩超过前者计算值的10%，按后者。
船底板及强力甲板的临界力通常不得低于下列数值中之大者：由静水弯矩和波浪弯矩平均合成而引起的最大可能压应力值或0.4倍材料屈服极限值。
舷侧外板，不论在中垂或中拱情况，在弯曲剪力作用下应保证有2倍的稳定性储备。
11一般折减系数把船体剖面中的一部分失稳的板构件剖面积化为假想的不失稳的刚性构件剖面积。具体纵向强力构件分为刚性构件和柔性构件两类。刚性构件包括：受压不失稳的刚性骨架、舭列板及刚性骨架梁、舭列板等相连的每一侧宽度等于该板格短边长度0.25倍的那一部分板。板格的其余部分在受压后可能失稳，称为柔性构件，它只能承受等于其临界应力的压应力。（2）将柔性构件用某个虚拟的刚性构件代替，但要保持剖面上承受的压力不变。应在0的范围内，若大于1，则应去。
5、最上层连续甲板和船底是船体剖面中离中和轴最远的构件，构成了船体梁的上下翼板。强力甲板：构成船体梁上翼板的最上层连续甲板。在一般船舶中，中和轴离船底较近，所以，有时也称强力甲板处剖面模数为船体剖面的最小剖面模数。
6、在计算构件剖面积时，除了某些构件不能计入外，还有两点需注意：（1）若构件上有开口，则要根据其开口尺寸而决定是否应扣除其开口部分的剖面积。（2）若在参加抵抗总纵弯曲变形的构件中，一些构件采用了与船主体基本材料不同弹性模量的材料，此时，材料不同的部分是船体梁整体的一部分，弯曲纵向应变沿竖向的变化在材料不同部分具有与主体部分相同的线性分布。因此，在计算时应首先先将其换算成相当于基本材料的剖面积。
重量按分布情况分为：（1）总体性重量，即沿船体梁全长分布的重量，通常包括：主体结构、油漆、索具等各项重量，对于内河大型客轮，还包括：纵通的上层建筑及旅客等各项重量（2）局部性重量，即沿船长某一区段分布的重量，通常包括：货物、燃油、淡水、粮食、机电设备、舾装设备等各项重量。
5、重量分布原则，即遵循静力等效原则：（1）保持重量的大小不变，即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，即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。最终，应使重量曲线所围的面积等于全船的重量，该面积的形心纵向坐标与船舶重心的纵向坐标相同。
12、折减系数的大小与总纵弯曲压应力值有关，而总纵弯曲压应力的大小又与构件的折减系数有关，因此总纵弯曲应力的计算必定是个逐步近似的过程。
第二次及更高次近似计算均应分别对船舶在中拱状态和中垂状态下进行，因为在不同弯曲状态下构件的折减系数是不同的。
13、许用应力是指在结构设计预计的各种工况下，船体结构构件所容许承受的最大应力值。理论上，材料的极限应力除以安全系数即得到许用应力值。极限应力取决于构件破坏的类型，构件破坏的基本类型是塑性变形、屈曲及断裂，相应的极限应力是屈服极限、临界应力和疲劳极限。
5、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强度下，使结构具有最佳的技术经济性能。
6、船体结构设计分为:（1）初步设计：根据批准的技术任务书对整个结构的设计原则作出分析比较，对主要构件的布置与尺寸作出理论的估算，并绘制横剖面图，给出钢料预估单。（2）详细设计：根据确认的初步设计及审批初步设计时所作的各项决定进行。在这一阶段中，全面解决结构设计中的技术问题，最终确定构件的布置、尺寸及连接方式，提交送验船部门审查所需要的设计图纸及技术文件。（3）生产设计：主要绘制各种结构、构件连接的施工详图。
7、通常在计算船体板的稳定性时，认为板自由支持在相应骨架所形成的支持周界上。在这样的计算中，忽略了骨架梁的抗扭影响，并产生了某些通常是不大的、偏于安全方面的误差。
船底板和内底板：纵边自由支持，横边弹性固定
舷顶列板：三边自由支持，一边完全自由
组合梁：三边自由支持，一边完全自由
舷侧外板：四周自由支持
8、在检验纵骨的稳定性时，将其视为自由支持在相应的横向构件（强横梁、强肋骨、肋板等）上的单跨梁。计算纵骨稳定性的带板，当其受到的压缩应力大于临界应力时应作折减。
在确定板的临界应力时通常不考虑材料不服从虎克定律对稳定性的影响，但对纵向骨材和板架，必须考虑。
4、在计算船体剖面要素时，由于船体结构对称于纵中剖面，一般只须对半个剖面计算。具体步骤如下：首先，画出船体计算剖面的半剖面图。然后，对纵向强力构件进行编号，并注意把所有至中和轴距离相等的相同尺寸构件列为一组进行编号；选取参考轴，该轴可选在离基线e=(0.45~0.50)倍型深处，或就在基线处。最后，利用书中表2-1进行计算：分别求出各组构件面积，其形心位置至参考轴的距离（在参考轴以上的构件取为正），静力矩和惯性矩，对于高度较大的垂向构件，还要计算其自身惯性矩/12（为构件的垂直高度，这种表达式也适用于倾斜板的剖面）。