第三 船体结构局部强度计算
船体强度与结构设计复习要点
一引起船体梁总纵弯曲的外力计算1 在船体总纵强度计算中，通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁，简称船体梁。
船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲，称为总纵弯曲。
船体梁抵抗总纵弯曲的能力，称为总纵强度。
2 船体总纵强度计算的传统方法：将船舶静置在波浪上，求船体梁横剖面上的剪力和弯曲力矩以及相应的应力，并将它与许用应力相比较以判断船体强度。
3 重力p(x)与浮力b(x)是引起船体梁总纵弯曲的主要外力。
载荷q(x)，剪力N(x)，弯矩M(x)。
4 中拱：船体梁中部向上拱起，首、尾两端向下垂。
中垂：船中部下垂，首、尾两端向上翘起。
5重量曲线：船舶在某一计算状态下，描述全船重量沿船长分布状况的曲线。
绘制重量曲线的方法：静力等效原则。
6 重量的分类：按变动情况来分，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。
按分布情况来分，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、锁具等各项重量。
②局部性重量，即沿船长某一区段分布的重量。
7 重量的分布原则：静力等效原则。
①保持重量的大小不变，这就是说要使近似分布曲线所围成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的形心纵坐标与该项重量的重心坐标相等。
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。
8 浮力曲线：船舶在某一装载情况下，描述浮力沿船长分布状况的曲线19 载荷曲线：在某一计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。
10 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。
11 静波浪剪力和弯矩计算：船舶由静水进入波浪时，重量曲线p(x)并未改变，但水面线发生了变化，从而导致浮力的重新分布。
波浪下浮力曲线相对静水状态的浮力增量是引起静波浪剪力和弯矩的载荷。
船舶强度核算—局部强度的校核
“ Q”轮许用均布载荷和集中载荷一览表
某轮车辆许用甲板载荷
堆积负荷
船舶局部强度
三、用经验方法确定的允许负荷 1．上甲板： 允许负荷：
(kPa)
Hc—甲板设计堆高，重结构取1.5m,
轻结构取1.2m。
μ — 设计舱容系数。
三、用经验方法确定的允许负荷
2．中间甲板和底舱：
允许负荷：
实际值的计算
1）集中载荷 P ' 9.81W n
2）均布载荷
Pd
'
9.81 A
Pi
已知重量和底面积
已知高度和积载因数
Pd
'
9.81
hi SFi
四、船舶局部强度条件的校核
2．集装箱船局部强度条件的校核步骤：
1）计算实际值：Pc=∑Pi 2）查取允许值：Ps 3 ) 比较：Pc≤ Ps
四、保证满足船舶局部强度的措施
任务二： 局部强度校核
船舶局部强度
一、船舶局部强度概述 局部强度(local strength)： 船体结构具有抵抗在局部外力作用下产生的局部极度变形或损坏的
能力。 重点考虑的船体局部位置：甲板、平台、舱底、舷侧、舱口、首尾
等。 船舶必须满足局部强度条件。
船舶局部强度
二、局部强度的表示方法 许用符荷的表示方法： 船体局部的允许负荷量可在船舶有关资料中查取。 1．均布载荷：kPa 2．集中载荷：kN 3．车辆甲板负荷：车轮 4．堆积负荷：集装箱
1）考虑船龄
2）货物均匀分布
3）加横跨骨材的衬垫
4）舱盖上不装重货
5）散货平舱
6）控制落底速度
7）注意局部强度的校核
(kPa)
H d — 舱高。 无设计值时，取rc=0.72 t/m3, 重结构取rc=1.2 t/m3。 rc =1/μ
第三章：局部强度
船底板架
对于舱长很短的船底板架（例如，舱长与板架计算 宽度之比小于0.8时），为确定这种板架中桁材的 弯曲应力，可将中桁材当作单跨梁处理。 近年来，有限元方法的应用，使得过去近似计算中 的一些难题得以解决。例如船底板架中构件大小形 状等的不同，间距的不同等。但是在按有限元计算 板架强度时要注意下列事项： 1.构件计算尺寸应按实际外形选取，一般不作任何 假定和简化。
桁架：几何不变性由足够数量杆件来保证。桁架传 递的只是轴力。
计算简图和力学模型
工程上的实际问题并不是理想的刚架或者是桁架， 所以只能根据实际传递力的情况来判断用刚架还是 桁架来作为模型。船体肋骨框架各构件连接有肘板 连接，节点刚性极大，约束角位移，所以简化为刚 架，节点为刚性节点；工程上的桁架节点不是理想 的铰支，而是近似刚性节点，但仍简化为桁架计算， 是因为在对比轴力和弯曲内力后，前者远大于后者， 可以将后者忽略不计，故计算时仍按照铰支算。
船底板架
• 内底板结构分析
内底板要求：计算应力不与总纵弯曲应力合成叠加。 横骨架式内底和外底板一样，计算时考虑缩减。
甲板板架
上甲板是船体等值梁的上翼板，是保证总纵强度的 最重要组成部分之一。下甲板主要承受的是货物重 量，局部强度问题在这一部位尤为重要。 横向载荷是甲板板架局部强度计算的主要载荷，无 论是上甲板还是下甲板。横向载荷的主要来源是堆 积货物和甲板上浪，尤其是甲板上浪而造成的积水， 是一定要考虑的。 货船对露天甲板堆积木材有着规范规定，所有的计 算最后都要转化为水头高度来计算。
计算简图和力学模型
• 小结
确定结构计算的力学模型时， 确定结构计算的力学模型时，必须从实际出发和分 清主次。 清主次。 实际出发：考虑结构的布置和构造，了解结构受力 状态的实际情况；
船体局部强度计算书
带板（cm） 49.5 50.0
10、#12) 横梁
31.0
1840
36.80
(#15、#18) 纵桁 纵桁 纵桁 2.1.3 计算结果
35.5
1900
40.40
50.3 31.2 40.0
2650 1840 2510
57.44 36.96 49.20
程序输出结果见图 1，机舱甲板板架的计算应力见表 2－2。 表 2－2 构件名称 纵桁 横梁 由 表 2 － 2 可 知 ， 机 舱 甲 板 板 架 的 最 大 应 力 值 是 σ max = 机舱甲板板架的最大应力（N / mm2） 最大计算应力 许用应力 176.3 176.3 N mm 2 。 因 为
2 主船体强构件的强度校核
为了正确校核主船体强构件的承载能力， 计算模型简化为板架结构， 其中甲板板架由甲 板纵桁、 强横梁组成， 舷侧板架由舷侧纵桁和强肋骨组成， 机舱船底板板架由龙骨、 实肋板、 主机基座和辅机基座组成，船员舱船底板板架由船底龙骨和实肋板组成。计算应力均以 Von.Mises 应力输出。 2.1 机舱甲板板架
σ max < [σ ] = 176.3 N mm 2 ，所以主船体舷侧板架的尺寸满足局部强度要求。
3 上层建筑强构件的强度校核
对于本船的上层建筑各层甲板的直接计算采取分层分段建模。为了正确校核上层建筑强 构件的承载能力，甲板、侧壁和前端壁计算模型简化为空间梁系结构，后端壁计算模型简化 为板架结构。其中空间梁系由甲板纵桁、强横梁、侧壁竖桁、侧壁水平桁、前端壁竖桁和水 平桁组成。后端壁板架由后端壁竖桁和水平桁组成。计算应力均以 Von.Mises 应力输出。 3.1 顶篷甲板空间梁系 顶篷甲板空间梁系
船体结构局部强度计算书 表 2－3 构件名称 横梁 1（ 35、 37、
第三章船舶结构强度与结构设计(使用精品PPT课件
船舶摇摆引起的扭矩
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5、横摇扭矩曲线的计算和绘制 （1）计算单位长度剖面的惯性矩
i mr2da A
曲线1
（2）积分得当每个站段的转动惯量得曲线2：
2、提高扭转刚度的结构措施
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扭转强度计算的必要性
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扭转强度计算的必要性
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3、船体扭转强度计算的方法与步骤
1）确定扭矩产生的原因，计算扭矩；
2）根据横剖面结构的布置，确定扭转刚度严重 消弱的剖面，计算该剖面的船体抗扭惯性矩；
3）计算扭转剪应力 计算模型：船体梁模型，按照总强度第一次总弯 曲应力的计算方法，将船体简化为梁模型，计算剖 面的抗扭特性。
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船舶摇摆引起的扭矩
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▪ 船舶摇摆引起的扭矩
船舶在波浪上横摇时，横摇加速度引起惯性力，
产生扭矩。
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船舶摇摆引起的扭矩
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图 横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力
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船舶摇摆引起的扭矩
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扭转轴：通过全船重心的纵轴。
1、离心力对于扭转轴的回转力矩=0
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x 尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点
x
x
T(x)cdx0cdx0vedx
首端点扭矩为零，即
L
T 0 cdx0
船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：
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作用在船体上的扭转外力
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图 波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线
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作用在船体上的扭转外力
扭矩曲线的斜率等于分布扭矩曲线：
第三章：局部强度
陈超核
第三章 船体局部强度分析
本节内容
1 2 3 4
概述
计算简图和力学模型
肋骨框架计算
船底板架
概述
船体的主要结构主要有船底、甲板、舷侧和 舱壁等组成，在外载荷（总载荷和局部载荷） 作用下，船体局部强度计算是把船体分离成 板架、框架、连续梁和板来进行计算的。近 年来的有限元的相对运用可以再不具体拆分 的情况下，对空间构架进行结构计算。
肋骨框架计算
肋骨框架校核计算是为了校核横梁及肋骨的局部强 度，并且对整个船体部分的分离计算起保障性作用。
在杆系结构中，通常用所谓的弹性线来代替线梁。
肋骨框架计算
• 肋骨框架的计算简图
首先是对船底纵骨的简化。在物理模型中，船底纵 骨对肋板有弹性支持作用。但是在实际计算中，考 虑这样过于麻烦，因此将其忽略，即认为肋板在舷 侧处为简支，这样的处理方式其结果偏于安全。 其次是对舭部的处理。舭部支持弯矩较大，但是由 于存在大肘板，故强度方面没有问题。强度校核时 肋骨截面取在大肘板的上缘。
对超静定结构，简化无限化。 结构简化参考： 1.交叉梁系载荷传递方式取决于两个方向的刚度比 值。 2.结构中两个相互联系的部分，如刚度相差较大， 则整个结构可以分开计算。 3.一个空间结构往往包含许多平面单元，而各平面 单元之间又存在着空间联系。
计算简图和力学模型
4.简化是要注意弹性支座与被支承构件的相对刚度。 5.多层刚架承受水平载荷时，如横梁与肋骨的线刚度 比值大于3，则横梁可简化成刚性梁。
一个关键概念：相对刚度。 一个关键概念：相对刚度。
计算简图和力学模型
– 结构简化
从实际结构得出合理的计算简图，这只是问题的一 个方面；另一方面，在选定计算简图之后，还应采 用适当的结构措施。 1）支座的简化 支座形式：滚动支座、铰支座、固定支座、弹性 /柔性支座。
3船体局部强度及设计分析
3船体局部强度及设计分析船体是船舶的主体结构，必须具备足够的强度来承受各种静力和动力荷载。
船体的设计分析是为了确保船舶能够在各种工况下保持稳定和安全。
本文将对船体局部强度及设计进行详细分析。
首先，船体局部强度的设计要考虑到各种荷载条件，包括船体结构自重、载重荷载、海浪荷载、冰荷载等。
船体结构的自重是指船舶各部分结构的重量，包括船体钢结构、设备、货物等。
在设计时，需要考虑到船舶的设计船型、船舶使用的材料和施工工艺等因素，以确保其自重能够合理分布并得到有效支撑。
其次，船体的强度设计还需要考虑到各种荷载条件下的应力和变形问题。
船舶在载重荷载作用下会产生垂直和水平方向上的应力，这些应力需要被结构材料所承受。
同时，船舶在航行过程中还会受到海浪力的作用，这需要通过船体的设计来减小波浪对船舶结构的影响。
此外，对于在极寒地区航行的船舶，还需要考虑到冰荷载的影响，确保船舶的结构能够抵御冰的碰撞和压力。
在船体局部强度的设计中，为了提高船舶的安全性能，还需要进行局部应力和材料的疲劳分析。
疲劳是由于连续荷载的作用而导致结构材料发生裂纹和断裂的现象。
船舶在航行过程中会受到反复变化的荷载作用，因此需要对结构材料进行疲劳分析，以确保其能够经受住长期的使用。
在船体设计分析中，还需要注意各个局部结构之间的连接方式和强度设计。
船体的不同局部结构需要通过特定的连接方式来保证整体的强度和稳定性。
连接方式可以采用焊接、螺栓连接等，需要考虑到连接部位的强度和刚度，以及船体不同局部结构之间的相互影响。
总之，船体局部强度及设计分析是船舶设计中十分关键的一部分。
只有通过合理的设计和分析，才能保证船体的强度，以及在各种工况下的稳定性和安全性能。
随着船舶设计和建造技术的不断进步，船体局部强度及设计分析也将不断发展和完善，为船舶的安全运行提供更好的支持。
船舶船体结构设计强度计算结构优化和轻量化技术
船舶船体结构设计强度计算结构优化和轻量化技术船舶船体结构设计强度计算、结构优化和轻量化技术船舶船体结构的设计强度计算、结构优化和轻量化技术是船舶设计和建造中重要的环节，其目的是确保船体结构的安全可靠性以及提高船舶的性能和效率。
本文将介绍船舶船体结构设计强度计算的基本原理和方法，并以此为基础，阐述船舶结构优化和轻量化技术的应用。
一、船舶船体结构设计强度计算船舶船体结构设计强度计算是指通过力学分析和计算方法来评估船舶结构在各种载荷下的强度和稳定性。
其基本原理是根据船舶的使用条件和载荷特点，结合材料力学和结构力学的理论，采用经验公式和数值计算方法，对船体结构进行应力和变形分析。
在船舶结构设计中，常用的计算方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
这些方法能够较为准确地计算出船体结构在不同载荷作用下的应力和变形情况，帮助设计师确定结构强度和刚度的合理值。
二、船舶船体结构优化技术船舶船体结构优化技术是指在已有的设计方案基础上，通过改变结构参数、材料选型和布局方式等手段，以达到最优结构设计的目的。
其核心原理是在保证船体强度和稳定性的前提下，尽量减少结构重量和降低建造成本。
常见的结构优化方法包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化等。
拓扑优化主要是通过改变结构的布局方式和增减支撑件的数量来优化结构刚度和轻量化程度；形状优化则是通过改变结构的外形和截面形状来调整结构受力分布，提高其承载能力；尺寸优化是指通过调整结构的截面尺寸和材料厚度等参数，实现结构的最优设计。
结构优化技术的应用能够大幅度提高船体的结构强度和工作效率，并且减少材料的使用量和建造成本，对于船舶设计行业具有重要意义。
三、船舶船体轻量化技术船舶船体轻量化技术是指通过减少船体结构重量，提高船舶的载货能力和燃油效率，以及降低航行阻力和波浪影响等方法，实现船舶轻量化的目的。
船体轻量化技术的应用可以有效提高船舶的性能和经济效益。
在轻量化设计中，可以采用多种措施来降低船体结构重量。
船舶局部强度计算方法
笔记(局部强度校核)
1.各货舱装货重量的计算公式:
Pi=Vchi/∑Vch*∑Q±调整值
式中:
Vchi-----第i舱的容积
∑Q-----航次载货总重量
2.根据实际吃水判断总纵弯矩变形:
δ=|dφm-dm|
dφm----船中处的平均吃水
dm-----首尾平均吃水
Lb p/1200≥δ(正常的拱垂变形范围)
δ= Lb p/800(极限拱垂变形值)
δ= Lb p/600(危险拱垂变形值)
3.局部强度的校核:
A.上甲板
Pd=9.81*Hc*γc=9.81 Hc/SF (kРа)
Hc---甲板设计堆货高度,重结构取1.5 m;轻结构取1.2 m
γc---舱内货物重量与货舱容积之比
SF—货物积载因数,等于该船的设计舱容系数
B.中间甲板和舱底
Pd=9.81*Hc*γc (kРа)
Pd----二层舱或底舱高度
当船上没有设计装载率γc的资料时,一般可取γc=0.72t∕m#,对满足规定的重货加强要求的船舶的舱底,可取γc=1.2t∕m#
C.根据具体的装载计划计算确定单位面积的实际负荷量Pd′和所有有集中载货限制的部位的拟装货物重量∑Р及该部分货位底部所跨过的骨材间距数目n..
Pd′=∑9.81 H′ci/SFi (kРа)
H′ci ----自上而下第i层货物之货堆高度
SFi-----该层货物的积载因数(m#∕t)
D.比较Pd′和Pd.若该部位有集中载货的要求,则还应比较该部位实际载货重量∑Р′和集中载货P与数值n的乘积.其中n为该货物底部所跨过的骨材数目.若Pd′≤Pd且∑Р′≤n P,则该部位局部结构的安全有保障.。
局部强度计算公式
1：允许强度经验公式
上甲板
Hc4
SFD8
Pd 4.905(Kpa)
HC上甲板的设计堆高重甲板取1.5M轻甲板1.2M
SFD该船的设计舱容系数U=总的舱容/NDW
中间甲板和底舱
HD
Pd0(Kpa)
HD为二层舱或底舱高度
允许局部强度可以在装载手册中查到
2：实际局部强度的计算
集中载荷
W3
N2
P,14.715（KN)
W货件总重量 P, 某支撑点的货件重量
N 支撑面积所横跨的骨材数目
均布载荷
P10
P20
P30
P40
P50
P66W6 A7
PD,0.857143(KG)
P1到P6为各层货物的重量
A为货堆底面积用某一仓容除以货舱高度
H1 2.13
SF10.5
H2 2.66
SF2 1.1
H3 1.72
SF37.2
PD167.85646
H41
SF42
H53
SF54
H65
SF66
PD220.4375
PD388.29396
Hi为各货层堆高 Sfi为各货层货物的积载因数
步骤：计算货件无衬垫时受力面积
A=货件的长乘宽
校核无衬垫时甲板实际局部强度
PD,8.408571
W6
A7
计算最小衬垫面积
Am58.86
W6
PD1允许均布载荷查表所得
计算最小衬垫应跨的骨材数
Nm58.86
W6
P1
PD为允许均布载荷P为允许集中载荷 两值可以在装载手册中查出。
船舶结构与强度设计 第3章
E
2EI
Al2
2 E N / mm2 I cm4
A cm2 100l2
0.001E I a Al2
② 受压板格的理想弹性屈曲应力：
E
0.9K
C
E
tb 1000s
N
/ mm2
式中：E——材料弹性模量，N/mm2； s——板格的短边长度，m； tb——板的厚度，mm； KC——系数：
2
N
/
mm2
由于
1
a2 b2
2
1
横骨架式板欧拉应力近似为：
E
20 100t a
2 N
/ mm2
③四边受剪应力作用板欧拉应力：
E
107100t 2 N b
/ mm2
板欧拉应力与板厚度和短边宽度有关。 横骨架式板欧拉应力约为纵骨架板格的四分之一。 哪种骨架形式甲板稳定性好? “玛丽”号事故？
规范给出典型船体剖面类型剪应力计算公式。
作业 1. 方驳剖面如图，型宽8m，型深2.5m，甲板、舷侧 和纵壁板厚10mm，底板厚12mm，甲板纵桁 300×10/150×12(T)，底纵桁400×10/150×12(T)， 计算中剖面对甲板和船底模数。
2. 如果中垂静水弯矩MS＝－6210kN.m，分别计算甲 板和船底板总弯曲应力。
船体剖面模数是表征船体结构抵抗弯曲变形能 力的一种几何特征，也是衡量船体强度的一个重要 标志。
4.船体剖面几何特性计算
船体剖面几何特性——剖面惯性矩和剖面模数
船体剖面实际是一个复杂的组合剖面，因此船 体剖面特性计算采用组合剖面特性计算方法。
船体剖面特性计算应包括哪些构件？ 纵向强力构件——纵向连续并能够有效地传递 抗总纵弯曲应力的构件，即船中0.4L范围内纵向连续 构件。如，甲板、外板、内底板、纵骨和纵桁等。
船体强度与结构设计第3章资料
座的刚性系数。
v
R
A
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型
骨材支承条件的简化
（4）弹性固定端 如果固定端发生有一个正比于端部弯矩的转角， 则此固定端称作弹性固定端，如图所示。
M
M
Ship Strength and Structural Design
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型 船体局部强度和总纵强度一样，也是一种相对强 度。外力、内力和许用应力的一致性是相对强度 的基本出发点。 既然力学模型是结构计算中用以代替实际结构的 一个模型，它必须满足下列要求： （1）反映实际结构的工作性能； （2）便于计算。
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型
构件几何尺寸的简化
（2）肋骨刚架 肋骨刚架计算时，其长度、宽度取组成肋骨刚架 的梁的中和轴线的交点之间的距离，用中和轴线 代替实际构件。一般不考虑梁拱和舭部的弯曲， 由于肘板和开孔的存在而引起的构件剖面的变化 一般也不考虑，即在内力计算时把每个构件看作 是等值梁。但在计算梁的剖面模数时必须考虑肘 板的影响。如图所示。
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型
构件几何尺寸的简化
构件几何尺寸的简化 为了便于计算，在建立力学模型时，需要对实际 结构的几何要素（如跨距、宽度、带板尺寸、剖 面模数等）作一些简化处理。 （1）板架 板架计算时，其长度、宽度取相应的支持构件之 间的距离。例如，船底板架和甲板板架的长度取 横舱壁之间的距离，宽度取为船宽。 （3）在计算构件的剖面要素时应包括带板（附 连翼板）的影响。
第三 船体结构局部强度计算
如果结构具有纵、横双重对称性，载荷也可对 称，则可取 1/4结构进行计算。例如受均布水压力 作用的双层底板架，如下图（b）。
当结构对称、载荷不对称时，可将载荷分解为对 称与反对称两种情况计算，然后迭加。如图所示的 肋骨刚架的弯矩，可用图（b）和（c）两刚架计算 结果合成得到
2、船底纵骨简化 由于实肋板刚性远大于纵骨，可视为纵骨的刚性
支座，又因变形的对称性，计算船底纵骨强度时可按 两端刚性固定的单跨梁来进行。
3、甲板纵骨简化 在船舶中垂弯曲时受轴向压力作用，纵骨稳定
性计算时，根据其变形特点可作为两端自由支持的 单跨梁来计算。
4、肋骨框架简化 由于肋板刚度远大于肋骨，故肋骨下端刚性固定；
1.甲板板架的强度计算 有图为典型的纵骨架式甲板板
架，有半纵舱壁或在舱口端梁中点 设置支柱。甲板纵桁和舱口端梁的 计算可简化为图（b）和（c）的计 算模型，其中荷重可化为：
q0
1 2
(B1
b1 )h
q1
1 2
(B1
b1 2
)h（当纵中剖面有半纵舱壁时）
式中h 计算水头高度。
甲板纵桁归结为刚性或弹性固 定在横舱壁上，并有中间弹性支座 （舱口端梁）的阶梯型变形断面梁 的计算。舱口端梁对甲板纵桁的弹 性支座的柔性系数A=v/R=v。
中拱状态时此水头不得小于0.6D（D为型深）；在 局部强度计算时，船底板架计算水头高度取为h=型 深（D）。船底板架的设计不仅应满足船体总纵强
度的要求，而且要保证能够承受上述各种局部载荷 的作用。
1、船底外板的强度计算 对于横骨架式板格，若c/s>2，
钢结构局部强度计算
钢结构局部强度计算目录绪论 (4)1 强度的分类 (4)2 载荷的分类 (4)3 构件变形的分类 (5)4 许用应力与安全因数 (5)第一章杆件的强度和稳定性计算 (7)1.1 型材剖面要素的计算 (7)1.1.1型材带板 (7)1.1.2 型材剖面模数与惯性矩的计算 (7)1.2拉杆和短粗压杆的强度设计 (9)1.2.1 危险点的位置 (9)1.2.2 强度设计 (9)1.3 压杆的稳定性计算 (10)1.3.1细长杆的稳定性计算 (10)1.3.2中小柔度压杆的稳定性计算 (11)1.3.3 压杆的稳定性计算 (12)1.4 杆件抗弯强度计算 (13)1.4.1强度要求 (13)1.4.2常见形式的型材受力分析 (13)第二章板的强度计算 (16)2.1 板的分类 (16)2.2 刚性板的应力计算 (16)2.2.1均布载荷板内最大正应力的计算 (16)第三章区域详细设计 (19)3.1 外板设计 (19)3.1.1 船底板 (19)3.1.2平板龙骨 (20)3.1.3舭列板 (20)3.1.4舷侧外板 (20)3.1.5舷顶列板 (22)3.2甲板设计 (22)3.2.1强力甲板 (22)3.2.2甲板边板 (23)3.2.3下层甲板 (23)3.2.4甲板外载荷 (24)3.2.5甲板横梁的剖面模数W不小于下式计算所得值 (25)3.2.6甲板纵桁 (26)3.2.7甲板纵骨 (26)3.3舱壁设计 (27)3.3.1水密舱壁 (27)3.3.2非水密舱壁设计 (30)3.4舷侧骨架设计 (30)3.4.1 标准间距s b (30)3.4.2 横骨架式舷侧骨架设计 (30)3.4.3纵骨架式舷侧骨架设计 (31)附录一常用型材规格表 (35)表1 球扁钢 (35)表2 不等边角钢 (36)表3 不等边不等厚角钢 (39)表4 管形钢质支柱 (41)表5瑞典（INEXA）公司球扁钢 (45)表6 挪威（FUNDIA）公司球扁钢 (47)附录二肘板尺寸 (49)表7 肘板尺寸 (49)附录三参考文献 (50)绪论船体结构设计内容是：选择合适的结构材料和结构形式，决定结构的尺寸和连接方式；在保证结构具有足够强度和安全性的前提下，使其具有最佳的技术经济性和美观性.影响船体结构强度(结构安全性)的因素主要有两方面：载荷效应和材料性能.长期以来，结构的安全性衡量标准都普遍采用确定性的许用应力法.该法以预先规定的某一计算载荷为基础，利用结构剖面中的计算应力σ与许用应力［σ］相比较来检验强度是否足够.0.1 强度的分类船体结构强度，按作用范围可分为：总强度、区域强度（甲板强度、舱壁强度、底板强度等）和局部强度.船体结构强度，按作用形式可分为：纵向强度、横向强度和扭转强度.0.2 载荷的分类1. 作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷和局部性载荷.a) 总体性载荷：是指引起整个船体变形或破坏的载荷和载荷效应.例如：总纵弯曲的力矩，剪力，应力及纵向扭矩b) 局部性载荷：是指引起局部结构，构件的变或破坏的载荷.例如：水密试验的压力，设备不平衡造成的惯性力，局部振动等.另外，货物，油，水等重力及舷外水压(静水或波浪)既能引起引起局部结构和构件的变形或破坏，又能引起总纵弯曲，扭转甚至船的断裂.2. 作用在船体结构上的载荷，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.a) 不变载荷：是指在作用时间内不改变其大小的载荷.例如：静水载荷(包括静水压力，货物压力，静水弯矩等)，水密试验时的水压等.b) 静变载荷：是指载荷在作用时间内有变化，但其变化的最小周期超过该受力结构的固有震动周期若干倍，又称准静态载荷.例如：波浪载荷，液体货物的晃动压力，航行中的甲板上浪等.c) 动变载荷：是指在作用时间内的变化周期与所研究的结构响应的固有振动周期同阶.例如：螺旋桨引起的脉动压力，局部结构的强迫(机械)震动等.d) 冲击载荷：是指在非常短的时间内突然作用的载荷.例如船底砰击（见图）.0.3 构件变形的分类当构件的承载能力不能满足载荷对其产生的应力时，该构件的存在形式会产生变化.一般情况下可以分为：屈服和断裂.屈服分为压缩、拉伸和扭转变形.0.4 许用应力与安全因数许用应力是由材料本身决定的.比如说钢的密度7.85(g/cm3)，抗拉强度σ=1.03GPa，弹性模数E=2.1×102 GPa.bσ，称为极限应力.塑性材料的极限应力：材料丧失正常工作能力时的应力jx极限应力为其屈服点sσ.脆性材料的极限应力为其抗拉（压）强度bσ.许用应力：为保证构建安全工作，需有足够的安全储备，因此把极限应力除以大于1的安全因数n作为材料的许用应力，记作[]σ，即[]σ=njxσ对于塑性材料：[]σ=ssnσ；对于脆性材料：[]σ=bblnσ.式中n s为屈服安全因数，n b为断裂安全因数.一般取n s=1.2~1.5；n b=2.0~2.3.许用切应力：脆性材料[]τ=（0.8~1.0）[]σ韧性材料[]τ=（0.5~0.8）[]σ第一章 杆件的强度和稳定性计算1.1 型材剖面要素的计算1.1.1型材带板船体结构中大多数骨架都是焊接在钢板上的，当骨架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨架抵抗变形。
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式中
h d hB 2
d 载重吃水，m；
hB 计算波高，m。
另一种情况是船舶在波浪中摇摆时，船舶倾斜的同时受 到波浪冲击的动力作用。这时，舷侧浸水至甲板边线，所以 静水压力可认为是型深D，即h=D。
上图表示计算载荷情况。不载货的露天甲板荷重取甲板 上浪或载客的相应水头高度，可按船舶建造规范规定选取， 一般为 h=0.8m~1.8m。
结构模型化是计算的前提和结构分析成败的关 键，影响计算模型的主要因素有下列几点：
1、结构的重要性：对重要结构应采用比较精确 的计算模型；
2、设计阶段：在初步设计阶段可用较粗糙的模 型，在详细设计阶段则需要较精确的计算模型；
3、计算问题的性质：对于结构静力分析，一般 可用较复杂的计算模型，对于结构动力和稳定性分 析，由于问题比较复杂，可用较简单的计算模型。
在载荷模型化时应考虑如下问题： （1）确定作用于结构上的载荷工况； （2）确定计算载荷的性质（不变载荷、静变载荷、 动变荷重和冲击荷重）与载荷类型（经常性载荷、偶然 性荷重）； （3）确定载荷大小，并决定施加在哪些构件上； （4）确定载荷的组合与搭配。 由于我们是在线弹性范围内进行强度校核，因此在 负载载荷作用时可以应用迭加原理，即将载荷分解为简 单情况分别计算，然后将应力进行迭加。
局部强度计算载荷主要有货物重量和水压力， 一般不计结构自重影响，因为后者与前者相比可忽 略不计。
货物重量通常用水头高度来表达，即
式中
h H1
(m)
1.35
h 水头高；
H1 货仓载货高度，m。
水压力可用两种载荷情况来考虑： 一种情况是传播静置于波浪上的静水压力作为计 算载荷，这时的水压头高度为：
2、等效刚度模型的利用 等效模型可使自由度大为减少。例如，将空间
结构用平面结构模型，设置一维模型来计算；用弹 性支座或弹性固定端代替相邻结构等。例如下图中 的大舱口货船的悬臂梁结构简化模型。
3.1.5 载荷模型化
载荷模型化的目的是，选择船舶在运营中可能遇到 的较危险的和经常性的荷重情况，并能用有限参数来描 述实际载荷。
（2）梁的（弯曲）带板宽度，be 。
受压的板和骨架，由于板和骨架的稳定性差别很 大，板不能完全有效地参与工作。有人把板受压缩 时沿板宽方向的压力用效果相同的平均分布在纵骨 附近的家乡的压应力来代替。这种假象的平均分布 的应力延纵骨两边的宽度就是压杆的带板宽度 We。
长为a，宽为b,筒形弯曲刚度为D的矩形板格的临界压缩荷重为：
3.1.3 骨架支撑条件的简化
1、骨架支座形式： （1）自由支持在刚性支座上； （2）刚性固定； （3）弹性支座和弹性固定。
简化成何种支座，视相邻构件与计算构件间的相 对刚度及受力后的变形特点而定。正确分析结构变形 特点才能作到力学上的等价，这是模型化的关键。
支座简化具体可参见《船舶结构力学》，这里只 作如下简单介绍。
2D 1 a b 2D
Pcr
b2
( m )k mb a
b2
式中m 纵向半波高；k的最小值kmin 4。
若令有效宽度内的压应力达到板格临界压力 cr和板的屈服极限Y
3.2 船体骨架的带板
船体结构中绝大多数骨架都是焊接在钢板上的， 当骨架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨 架抵抗变形。因此，为估算骨架的承载能力，也应当 把一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的组成 部分来计算骨架梁的剖面积、惯性矩和剖面模数等几 何要素，这部分板称为带板或附连翼板。
应当把多宽的板计算到和它连接的骨材剖面呢？ 由于骨架的手里情况不同，带板宽度有两种完全不同 的定义和数值，即 （1）压杆的（稳定性）带板宽度，We ；
3.1.2 构件几何尺寸的简化
1、板架计算时：其长度、宽度取相应的支持构件间距 离。例如，船底板架和甲板板架的长度取横舱壁之间的距离， 宽度取组成肋骨框架梁中和轴的跨距，或简单地取为船宽。
2、肋骨刚架计算时：其长度、宽度取组成肋骨框架梁的 中和轴线交点间距离，用中和轴线代替实际构件。
3、构件剖面要素计算时应包括带板（附连翼板）。
船体各部分结构抵抗局部载荷直接作用而不产 生破坏和超过允许限度的变形的能力称为船体结构 局部强度。船体结构主要组成部分为船底结构、甲 板结构、舷侧结构和舱壁结构。在局部强度校核计 算中，首先要将船体空间立体结构简化为板、梁、 板架和框架来进行计算，在确定局部结构受到最大 载荷(设计载荷)后，建立数学模型计算局部结构的 内力与变形。最后要确定局部结构的强度校核衡准。
特点可大大减少未知量的数目。如果结构与载荷都 是对称的，可取一半结构进行计算，在对称面的各 节点加上适当的约束，如下图(a)所示。
如果结构具有纵、横双重对称性，载荷也可对 称，则可取 1/4结构进行计算。例如受均布水压力 作用的双层底板架，如下图（b）。
当结构对称、载荷不对称时，可将载荷分解为对 称与反对称两种情况计算，然后迭加。如图所示的 肋骨刚架的弯矩，可用图（b）和（c）两刚架计算 结果合成得到
因甲板无载荷，故又可简化为弹性固定的单跨梁。
5、板架的交叉梁系 多数情况下，交叉构件在横舱壁处可认为是刚
性固定。船底板架在舷侧处的固定情况可通过肋骨 刚架计算来确定，但通常计算中近似认为自由支持 在舷侧，因为肋骨的刚度比肋板小得多。
3.1.4 结构处理模型化
1、结构对称性的利用 船体结构一般都是左右对称的，充分利用这个
2、船底纵骨简化 由于实肋板刚性远大于纵骨，可视为纵骨的刚性
支座，又因变形的对性，计算船底纵骨强度时可按 两端刚性固定的单跨梁来进行。
3、甲板纵骨简化 在船舶中垂弯曲时受轴向压力作用，纵骨稳定
性计算时，根据其变形特点可作为两端自由支持的 单跨梁来计算。
4、肋骨框架简化 由于肋板刚度远大于肋骨，故肋骨下端刚性固定；
3.1 局部强度计算的力学模型
局部强度概念：船体在外力作用下除发生总纵 弯曲变形外，各局部结构，如船底、甲板、船侧和 舱壁板架以及横向肋骨框架也会因局部载作用而发 生变形、失稳或破坏。研究它们的强度问题称为局 部强度。
局部强度的主要研究内容：板架、框架、各种 骨材以及壳板的强度计算。
3.1.1 建立计算模型的原则