集美大学_船舶结构力学(48学时)第一章_绪论(2014年)
船舶结构力学
第一章：绪论1由于船舶经常在航行状态下工作，它所受到的外力是相当复杂的。
这些外力包括船的各种载重（静载荷）、水压力、冲击力、以及运动所产生的惯性力（动载荷)等。
为了保证船舶在各种受力下都能正常工作，船舶具有一定的强度。
所谓具有一定的强度是指船体结构在正常使用的过程中和一定的年限内具有不破坏或不发生过大变形的能力。
2船体强度包括中拱状态、总纵强度、局部强度、扭转强度问题、应力集中问题、低周期疲劳。
3把船舶整体当做空心薄壁梁计算出来的强度就成为船体的总纵强度。
局部强度是指船体的横向构件（如横梁、肋骨、及肋板等）一集船体的局部构建（如船底板、底纵衍等）在局部载荷作用下的强度。
4船体强度所研究的问题通常包括外力，结构在外力作用下的响应，及内力与变形，以及许用应力的确定等一系列问题。
船舶结构力学只研究船体结构的静力响应，及内力与变形，以及受压结构的稳定性问题，因此，船舶结构力学的首要任务是阐明结构力学的基本原理与方法，即阐明经典的方法、位移法及能量原理。
5船舶设计与制造是一个综合性很强的行业。
学习本课程不要仅仅满足于会计算船体结构中一些典型构件（如连续梁、钢架、板架、板）还应学会解决一般工程结构的计算问题。
6船体结构是由板和骨架等构件组成的空间复杂结构，在进行结构计算之前需要对实际的船体结构加以简化。
简化后的结构图形称为实际结构的理想化图形或计算图形（又称计算模型或力学模型等）7结构的计算图形是根据实际结构的受力特征，构建之间的相互影响，计算精度的要求以及所采用的计算方法，计算工具等因素确定的。
因此，对于同一个实际结构，基于不同的考虑就会得出不同的计算图形，对于同一个实际结构，其计算图形不是唯一的，一成不变的。
8首先是船体结构中的板，板是船体的纵、横骨架相连接的，且通常被纵、横骨架划分成许多矩形的板格。
9其次是船体结构中的骨架，船体结构中的骨架无外乎是横向构件—横梁、肋骨、肋板和纵向构件—纵桁、纵骨等，它们大都是细长的型钢或组合型材，故称为“杆件”或简称为“杆”。
船舶结构力学ppt
第一章 绪论
船舶结构力学的任务： ① 阐明结构力学的基本原理和方法，包括力法、位移法
和能量原理； ② 应用上述原理解决船舶结构力学所要研究的问题； ③ 阐明有限单元法的基本原理及其在船体结构计算中的
应用。
第一章 绪论
1.2 船体结构的计算图形
理想化模型/计算图形
1.2 船体结构的计算图形 计算图形根据计算要求会有所改变，并不固定。
（2）骨架
船底交叉杆系
大舱口货船悬臂梁结构
基本理论和方法；
结合杆及杆系的强度问题讲述力法、位移法、矩阵法和 能量法；
板的强度； 杆和板的稳定性绪论
研究船舶结构力学主要是为了保证船体结构具有一定的强度， 保证船舶在正常的使用过程和一定的年限内具有不破坏或不发 生过大变形的能力。
船体强度包括：总纵强度、局部强度、稳定性、扭转、应力集 中、动力响应等。 船舶结构力学只研究静力响应，包括外力计算、结构在外力作 用下的响应、许用应力的确定等。
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架 骨架大都为细长的型钢或组合型材，称为杆件或杆。 一般分析时，杆的截面形状如下：
骨架带板
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架 实际中的杆件系统简化为规则的简单计算图形。
上甲板纵骨（杆件）
中间有支柱的舱口杆系
舱口杆系（交叉杆系）
横梁与肋骨组成的刚架
1.2 船体结构的计算图形
1.2 船体结构的计算图形
（1）板
1.2 船体结构的计算图形
（1）板 一般考虑受骨架支撑的矩形平板问题；此时骨架支撑很重要。
另外还有矩形平板上的开口问题；此时骨架边界不是很重要，主要考虑开 口的形状、大小。
板的边界根据研究问题的不同而不同。 当研究板受垂向力的弯曲与变形时，此时的边界条件刚性固定； 当研究板的稳定性问题时，此时的边界条件为自由支持。
集美大学 船舶结构力学(48学时)第二章 单跨梁(3)2014年 4学时
3）单跨梁弯曲要素表类同 《材力》的对应表，但要 注意船舶结构力学符号法 则。 4）注意弯矩图的叠加;剪力 图的叠加（正负抵消）。
五、弯矩图与剪力图 1） 定义：载荷作用下梁 截面的弯矩和剪力沿梁轴 线的分布图形。 2）绘制目的：
a. 最为直观地描述弯曲梁的 内力分布； b. 帮助工程师预测和分析载 荷作用下结构的基本变形情 况。
3
求梁右端转角
梁右端的转角，用叠加法求 得如下：
Ml Ql Pl l 6 EI 24EI 16EI 2 Ql 32EI
2
2
画梁的弯矩图也采用
叠加法：先分别画出M、Q、 P单独作用下简支梁的弯矩、 剪力图，
P
M图
中点挠度
端点转角大小
0.25 Pl
Pl3 48EI
m l2 16EI
六、单跨梁的弯曲要素 表及叠加原理应用
1.（普通）叠加法： 仅应用弯曲要素表及 叠加原理求静定或超静定 单跨梁特殊点的弯曲要素 并画内力图的方法。
2.单跨梁力法： 应用简支梁弯曲要素 表、叠加原理及变形协调 条件或静力平衡条件求超 静定单跨梁特殊点的弯曲 要素并画内力图的方法。
3、在应用弯曲要素表及 叠加原理解题时，应充 分了解已有的弯曲要素 表的种类、应用范围、 坐标及符号法则。
EI , l
P ql
q
EI , l
P ql
解：据叠加原理有
q
q
vq
EI , l
P
vP
P
EI , l
P
EI ,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱl
M图
中点挠度
端点转角大小
0.25 Pl
Pl3 48EI
m l2 中点挠度 16EI
船舶结构力学课后题答案
目录第1章绪论 (2)第2章单跨梁的弯曲理论 (2)第３章杆件的扭转理论 (15)第４章力法 (17)第5章位移法 (28)第6章能量法 (41)第7章矩阵法 (56)第9章矩形板的弯曲理论 (69)第10章杆和板的稳定性 (75)第1章绪论１．１题１）承受总纵弯曲构件：连续上甲板，船底板，甲板及船底纵骨，连续纵桁，龙骨等远离中和轴的纵向连续构件（舷侧列板等）２）承受横弯曲构件：甲板强横梁，船底肋板，肋骨３）承受局部弯曲构件：甲板板，平台甲板，船底板，纵骨等４）承受局部弯曲和总纵弯曲构件：甲板，船底板，纵骨，递纵桁，龙骨等１．２题甲板板：纵横力（总纵弯曲应力沿纵向，横向货物或上浪水压力，横向作用）舷侧外板：横向水压力等骨架限制力沿中面内底板：主要承受横向力货物重量，骨架限制力沿中面为纵向力舱壁板：主要为横向力如水，货压力也有中面力第2章单跨梁的弯曲理论２.1题设坐标原点在左跨时与在跨中时的挠曲线分别为v(x)与v(1x)１）图2.1333 2334243()()()424 ()26666l l ll l lp x p x p x M x N xv xEI EI EI EI EI---=++++原点在跨中：3230111104()4()266llp xM x N xv x vEI EI EI-=+++，'11'11()0()022(0)0(0)2l lv vpv N⎧==⎪⎨⎪==⎩２）3323()3 2.2()266llp xN xMxv x xEI EI EIθ-=+++图３）333002()2 2.3()666xx x llp xN x qx dxv x xEI EI EIθ-=++-⎰图２.２题a)33111311131(3)(2)616444641624 pp ppl plv v vEI EI⎡⎤⎡⎤=+=⨯⨯-+⨯-⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦=3512plEI333321911()61929641624pl pl pl V EI EI EI⎡⎤⎛⎫=-++=⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦b) 2'292(0)(1)3366Ml Ml Pl v EI EI EI-=+++ =2220.157316206327Pl Pl Pl EI EI EI-+=⨯2291()(1)3366Ml Ml Pl l EI EI EIθ-=+-+ =2220.1410716206327Pl Pl Pl EI EI EI---=⨯()()()2222133311121333363l l p l l v m m EIl EI ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭⎝⎭⎡⎤=----+ ⎪⎣⎦⎝⎭=2372430pl EIc) ()44475321927682304ql ql qll v EI EI EI=-=()23233'11116(0)962416683612lq l ql plqlql v EI EI EIEIEI ⎡⎤=--=--=⎢⎥⎣⎦d)2.1图、2.2图和2.3图的弯矩图与剪力图如图2.1、图2.2和图2.3图2.1图 2.2图2.32.3题1）()32212120624452313120Ml ql l l Mlq q EI EI EI EI q l M θ⎡⎤=---+=⎢⎥⎣⎦∴=右2）32101732418026q l Ml l l Ml lq EI EI EIEI θ⎡⎤=-++-⎢⎥⎣⎦=3311117131824360612080q l q l EI EI⎛⎫-++-=-⎪⨯⎝⎭ 2.4 题2.5图3000()6N x v x v x EIθ=++，()00v A p N =-300()6x v x Ap x A N EI θ⎛⎫∴=++- ⎪⎝⎭如图2.4， ()()0v l v l '==由得300200200060263l Ap l A N EI l N EI pl Ap l EI pN θθθ⎫⎛⎫++-=⎪⎪⎪⎝⎭⎬⎪+=⎪⎭⎧-==-⎪⎨⎪=⎩解出 3333()1922pl x x v x EI l l ⎛⎫∴=-+ ⎪⎝⎭图2.42.6图()()()()()()()2300122300012120001221223121212260,42026622M x N x v x x EI EIv l v l M l N l EI EI M l l l EI EIEI M l N l N l EI EI x x v x x l l θθθθθθθθθθθθθθ=++'==⎫⎧=--++=⎪⎪⎪⎪⎬⎨⎪⎪=+++=⎪⎪⎩⎭++∴=++由得解得 2.5题2.5图：（剪力弯矩图如２．５）()132023330222002332396522161848144069186pl Mp pR p ll p pl v AR EI EI v l Mlpl pl pl v EI EI EI EI v Ml pl pl pl v l EI EI EI EIθ-∴==-===⋅=⎛⎫=-=-=⎪⎝⎭-'==--=-=-()16A pa b b M A l K l ⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦， 图2.5 111,0,6632A l a l b A K ====+=将代入得：()16312pl pl M ==2.7图：（剪力弯矩图如２．６）341113422244440.052405021005112384240100572933844009600l ql ql v A R EI EI l ql ql v A R EI EIl qlql v EI EI ql ql EI EI==⋅===⋅=⎛⎫⎛⎫=++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=+=⎪⎝⎭ 图２．６()()3331233312111202424401007511117242440100300v v ql ql ql EI l EI EIv v ql ql qll EI l EI EIθθ-⎛⎫=-=-+=⎪⎝⎭--⎛⎫=--=--+=⎪⎝⎭2.8图（剪力弯矩图如２．７）()2221401112124,,0,11,82411118243212121248243,82864AA Qa b M A K l Q qa a l b A K ql ql M ql qlql R ql v AR EIα⎡⎤⎛⎫=⋅++⎢⎥⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦======++==⨯⨯⨯+==-===由,代入得图２．７442433032355238412816384111(0)246246448192()6488l qlql Ml ql v EI EI EI EI v ql Ml ql EI l EI EI ql EIl ql ql l M EI EI θθα⎛⎫∴=+-=⎪⎝⎭⎛⎫=--=-- ⎪⎝⎭=-=-=-⋅=2.6题. []1max 2max 2113212132142.()()62()()62()()242(0)sN EIv s sss s N dv dx dx dx GGA N EI v dx v C GA GA EI ax bx v v v f x cx d f x ax b C GA EI EIax bx f x f x c a x d GA GA qx qx f x f x EI EIv v τγ'''====-''=−−−→-+⎡⎤''∴=+=++++-+++⎢⎥⎣⎦⎛⎫''=-+++-+ ⎪⎝⎭''==''=⎰式中由于11142323432342(0)00()()00242602,224()241222425()23848s s s ssd b v l v l ql EI ql al EI c a l EI GA EIGA qlal EIql ql c EI EIqx qlx qx qx qlv x x EI EI GA EI GA l ql ql v EI GA ===''==⎧⎛⎫-++-=⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎪+=⎪⎩=⎛⎫∴=--++⎪⎝⎭∴=+可得出由得方程组：解出：a=2.7.题先推广到两端有位移,,,i i j j θθ∆∆情形：212,i j s EI GA l β⎛⎫∆=∆-∆=⎪⎝⎭令 321011322162(0)(0)()62()2sii i i j i i j s jjEIax bx v cx d ax GA v d v v c al bl EIv l l al GA al v l bl θθθθθ=+++-=∆∴==∆⎫⎪⎬'=∴=⎪⎭⎫=∆∴+++∆-=∆⎪⎪⎬⎪'=∴+=⎪⎭而由由由()()()2213121i j j i i j a l l b l l l θθθβθθθθβ⎧∆⎡⎤=+-⎪⎣⎦+⎪⎨-⎪∆=-+-⎪+⎩解出 ()()()()()()()()()()()()1121(0)(0)62416642162(0)(0)1()(0)()()4261j i i j i j i j j i j i EI M EIv EIb l l EI l l l EI N EIv EIa l l N l N EI M l EIv l EI b al l l βθβθββθβθβθθββθβθβ∆⎡⎤''∴===+--+⎢⎥+⎣⎦⎡⎤=-∆-∆+++-+⎢⎥+⎣⎦⎧⎡⎤''===+-∆-∆⎪⎢⎥+⎣⎦⎪⎪=⎨⎪∆⎡⎤⎪''==+=++--⎢⎥+⎪⎣⎦⎩令上述结0i j ∆=∆=∆果中，即同书中特例2.8题 已知：20375225, 1.8,751050kgl cm t cm s cm cm σ=⨯====1025100.7576.875kgq hs cm γ==⨯⨯=面积2cm 距参考轴cm面积距3cm惯性矩4cm自惯性矩4cm外板1.845⨯ 81 0 0 0 (21.87)略 球扁钢O N 24a38.75 9430.2 2232 ∑119.8 15.6 604.5 9430.22253.9ABC=11662224604.55.04116628610119.8BBe cm I C cm AA===-=-=275 1.838.75174min ,4555A cm l lI be s cm=⨯+=⎧⎫===⎨⎬⎩⎭计算外力时面积计算时，带板形心至球心表面1240.9 5.0419.862t y h e cm =+-=+-=形心至最外板纤维321186105.94433.5219.86t I y e cm w cm y =+=∴===()32206186101449.45.9422510501740.3662221086100.988,()0.980Iw cm y A l u EI x u u σϕ===⨯===⨯⨯== ()()()222212012020176.8752250.988320424.1212176.8752250.980158915)242415891510501416433.53204241050127114503204241050378433.5ql M x u kg cm ql M u kgcm M kg cm w M kg cm w M kg w ϕσσσσσσ==⨯⨯==-=-⨯⨯⨯=-=+=+==+=+==+=+=中中球头中板固端球头端（2max 21416kg cm cm σ⎫⎪⎪⎪⎪∴=⎬⎪⎪⎪⎪⎭若不计轴向力影响，则令u=0重复上述计算：222max 0176.875225241050142424433.5142414160.56%1424ql kg w cm σσσ⨯==+=+=⨯-=球头中相对误差：结论：轴向力对弯曲应力的影响可忽略不及计。
集美大学 船舶结构力学(48学时)第一章 绪论(2014年)
8、船体扭转强度：当船舶在 斜浪上航行，整个船体将发生 扭转，船舶抵抗发生过大扭转 变形或受到破坏的能力。
9、应力集中：在船体结构不 连续的地方，发生应力汇集或 突然增大的现象，将引起构件 裂缝形成或蔓延。（参见图16及图片）
注： (1) 船舶强度（或船体强度） 是泛指研究船体结构强度的科 学，它包括外力、结构在外力 作用下的反应即内力研究和许 用应力的确定等一系列的问题。
3、工艺力学； 4、船体结构强度分析的一些特 殊力学问题。
（船舶进坞及下水强度、温度对船体结构的作 用及船舶抗冰强度）
教学目的：
1、通过本课程的学习，使学生掌 握船舶结构力学的基本理论与方 法； 2、 力求培养学生船舶结构分析 与计算等方面的能力；
3、 培养学生自学和独立思考 能力，以便在走上工作岗位后， 能通过自学不断地吸收新知识， 开拓新领域，研究新问题，探 求新的机理，充分发挥自己的 才能。
2、骨架的计算模型（连续梁、 板架、刚架）
就整个船体来说，船体的骨架 系统是一个复杂的空间杆系结构。 在实际计算时，尤其是采用经典方 法计算时，常常把杆系简化成一些 形状比较规则的简单的计算图形。
1) 杆件（杆）：细长的型钢 或组合型材如横梁、肋骨、肋 板、纵骨、纵桁等船体骨架。
2) 杆件系统（杆系）：相互 连接的船体骨架系统。船体的 杆系是一个复杂的空间系统。 简化后的典型杆系：连续梁； 板架；刚架。
3)连续梁（刚性支座上的连续 梁）：两端以一定的形式固定， 中间具有多个刚性支座，且在 横向荷重作用下的直杆。（注： 属多次静不定结构。）
以远洋干货船船体结构甲 板部分（图1-7）为例介绍连 续梁模型的建立： （参见图1-8）
甲板纵骨
当计算甲板纵骨在垂直于甲板 的载荷作用下的弯曲应力与变形时， 可将其取为图1-6 a所示的计算图 形——两端刚性固定、中间自由支 持在刚性支座上的连续梁。
船舶结构力学习题集答案[1]
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目录第1章绪论 (2)第2章单跨梁的弯曲理论 (2)第３章杆件的扭转理论 (15)第４章力法 (17)第5章位移法 (28)第6章能量法 (41)第7章矩阵法 (56)第9章矩形板的弯曲理论 (69)第10章杆和板的稳定性 (75)第1章绪论１．１题１）承受总纵弯曲构件：连续上甲板，船底板，甲板及船底纵骨，连续纵桁，龙骨等远离中和轴的纵向连续构件（舷侧列板等）２）承受横弯曲构件：甲板强横梁，船底肋板，肋骨３）承受局部弯曲构件：甲板板，平台甲板，船底板，纵骨等４）承受局部弯曲和总纵弯曲构件：甲板，船底板，纵骨，递纵桁，龙骨等１．２题甲板板：纵横力（总纵弯曲应力沿纵向，横向货物或上浪水压力，横向作用）舷侧外板：横向水压力等骨架限制力沿中面内底板：主要承受横向力货物重量，骨架限制力沿中面为纵向力舱壁板：主要为横向力如水，货压力也有中面力第2章单跨梁的弯曲理论２.1题设坐标原点在左跨时与在跨中时的挠曲线分别为v(x)与v(1x)１）图2.1o333 2334243()()()424 ()26666l l ll l lp x p x p x M x N xv xEI EI EI EI EI---=++++o原点在跨中：3230111104()4()266llp xM x N xv x vEI EI EI-=+++o，'11'11()0()022(0)0(0)2l lv vpv N⎧==⎪⎨⎪==⎩２）3323()3 2.2()266llp xN xMxv x xEI EI EIθ-=+++o o图３）333002()2 2.3()666xx x llp xN x qx dxv x xEI EI EIθ-=++-⎰o o图２.２题a)33111311131(3)(2)616444641624 pp ppl plv v vEI EI⎡⎤⎡⎤=+=⨯⨯-+⨯-⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦=3512plEI333321911()61929641624pl pl pl V EI EI EI⎡⎤⎛⎫=-++=⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦b)2'292 (0)(1)3366Ml Ml PlvEI EI EI-=+++=2220.157316206327Pl Pl PlEIEI EI-+=⨯2291()(1)3366Ml Ml PllEI EI EIθ-=+-+=2220.1410716206327Pl Pl PlEIEI EI---=⨯()()()2222133311121333363l lp llv m mEIl EI⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭⎝⎭⎡⎤=----+⎪⎣⎦⎝⎭=2372430plEIc) ()44475321927682304qlql qllvEI EI EI=-=()23233 '11116(0)962416683612l q lql pl ql ql v EI EI EI EI EI⎡⎤=--=--=⎢⎥⎣⎦d)2.1o图、2.2o图和2.3o图的弯矩图与剪力图如图2.1、图2.2和图2.3图2.1图2.2图2.32.3题1）()32212120624452313120Ml ql l l Mlq q EI EI EI EI q l M θ⎡⎤=---+=⎢⎥⎣⎦∴=Q 右2）32101732418026q l Ml l l Ml lq EI EI EIEI θ⎡⎤=-++-⎢⎥⎣⎦=3311117131824360612080q l q l EI EI⎛⎫-++-=-⎪⨯⎝⎭ 2.4 题2.5o图 3000()6N x v x v x EIθ=++Q ，()00v A p N =-300()6x v x Ap x A N EI θ⎛⎫∴=++- ⎪⎝⎭如图2.4， ()()0v l v l '==由得300200200060263l Ap l A N EI l N EI pl Ap l EI pN θθθ⎫⎛⎫++-=⎪⎪⎪⎝⎭⎬⎪+=⎪⎭⎧-==-⎪⎨⎪=⎩解出 3333()1922pl x x v x EI l l ⎛⎫∴=-+ ⎪⎝⎭图2.42.6o图()()()()()()()2300122300012120001221223121212260,42026622M x N x v x x EI EIv l v l M l N l EI EI M l l l EI EIEI M l N l N l EI EI x x v x x l l θθθθθθθθθθθθθθ=++'==⎫⎧=--++=⎪⎪⎪⎪⎬⎨⎪⎪=+++=⎪⎪⎩⎭++∴=++由得解得 2.5题2.5o图：（剪力弯矩图如２．５）()132023330222002332396522161848144069186pl Mp pR p ll p pl v AR EI EI v l Mlpl pl pl v EI EI EI EI v Ml pl pl pl v l EI EI EI EIθ-∴==-===⋅=⎛⎫=-=-=⎪⎝⎭-'==--=-=-()16A pa b b M A l K l ⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦， 图2.5 111,0,6632A l a l b A K ====+=将代入得：()16312pl pl M ==2.7o图：（剪力弯矩图如２．６）341113422244440.052405021005112384240100572933844009600l ql ql v A R EI EI l ql ql v A R EI EIl qlql v EI EI ql ql EI EI==⋅===⋅=⎛⎫⎛⎫=++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=+=⎪⎝⎭ 图２．６()()3331233312111202424401007511117242440100300v v ql ql ql EI l EI EIv v ql ql qll EI l EI EIθθ-⎛⎫=-=-+=⎪⎝⎭--⎛⎫=--=--+=⎪⎝⎭2.8o图（剪力弯矩图如２．７）()2221401112124,,0,11,82411118243212121248243,82864AA Qa b M A K l Q qa a l b A K ql ql M ql qlql R ql v AR EIα⎡⎤⎛⎫=⋅++⎢⎥⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦======++==⨯⨯⨯+==-===由,代入得图２．７442433032355238412816384111(0)246246448192()6488l qlql Ml ql v EI EI EI EI v ql Ml ql EI l EI EI ql EIl ql ql l M EI EI θθα⎛⎫∴=+-=⎪⎝⎭⎛⎫=--=-- ⎪⎝⎭=-=-=-⋅=2.6题. []1max 2max 2113212132142.()()62()()62()()242(0)sN EIv s sss s N dv dx dx dx GGA N EI v dx v C GA GA EI ax bx v v v f x cx d f x ax b C GA EI EIax bx f x f x c a x d GA GA qx qx f x f x EI EIv v τγ'''====-''=−−−→-+⎡⎤''∴=+=++++-+++⎢⎥⎣⎦⎛⎫''=-+++-+ ⎪⎝⎭''==''=⎰式中由于11142323432342(0)00()()00242602,224()241222425()23848s s s ssd b v l v l ql EI ql al EI c a l EI GA EIGA qlal EIql ql c EI EIqx qlx qx qx qlv x x EI EI GA EI GA l ql ql v EI GA ===''==⎧⎛⎫-++-=⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎪+=⎪⎩=⎛⎫∴=--++⎪⎝⎭∴=+可得出由得方程组：解出：a=2.7.题先推广到两端有位移,,,i i j j θθ∆∆情形：212,i j s EI GA l β⎛⎫∆=∆-∆=⎪⎝⎭令 321011322162(0)(0)()62()2sii i i j i i j s jjEIax bx v cx d ax GA v d v v c al bl EIv l l al GA al v l bl θθθθθ=+++-=∆∴==∆⎫⎪⎬'=∴=⎪⎭⎫=∆∴+++∆-=∆⎪⎪⎬⎪'=∴+=⎪⎭Q 而由由由()()()2213121i j j i i j a l l b l l l θθθβθθθθβ⎧∆⎡⎤=+-⎪⎣⎦+⎪⎨-⎪∆=-+-⎪+⎩解出 ()()()()()()()()()()()()1121(0)(0)62416642162(0)(0)1()(0)()()4261j i i j i j i j j i j i EI M EIv EIb l l EI l l l EI N EIv EIa l l N l N EI M l EIv l EI b al l l βθβθββθβθβθθββθβθβ∆⎡⎤''∴===+--+⎢⎥+⎣⎦⎡⎤=-∆-∆+++-+⎢⎥+⎣⎦⎧⎡⎤''===+-∆-∆⎪⎢⎥+⎣⎦⎪⎪=⎨⎪∆⎡⎤⎪''==+=++--⎢⎥+⎪⎣⎦⎩令上述结0i j ∆=∆=∆果中，即同书中特例2.8题 已知：20375225, 1.8,751050kgl cm t cm s cm cm σ=⨯====1025100.7576.875kgq hs cm γ==⨯⨯=面积2cm 距参考轴cm面积距3cm惯性矩4cm自惯性矩4cm外板1.845⨯ 81 0 0 0 (21.87)略 球扁钢O N 24a38.75 9430.2 2232 ∑119.8 15.6 604.5 9430.22253.9ABC=11662224604.55.04116628610119.8BBe cm I C cm AA===-=-=275 1.838.75174min ,4555A cm l lI be s cm=⨯+=⎧⎫===⎨⎬⎩⎭计算外力时面积计算时，带板形心至球心表面1240.9 5.0419.862t y h e cm =+-=+-=形心至最外板纤维321186105.94433.5219.86t I y e cm w cm y =+=∴===()32206186101449.45.9422510501740.3662221086100.988,()0.980Iw cm y A l u EI x u u σϕ===⨯===⨯⨯== ()()()222212012020176.8752250.988320424.1212176.8752250.980158915)242415891510501416433.53204241050127114503204241050378433.5ql M x u kg cm ql M u kgcm M kg cm w M kg cm w M kg w ϕσσσσσσ==⨯⨯==-=-⨯⨯⨯=-=+=+==+=+==+=+=中中球头中板固端球头端（2max 21416kg cm cm σ⎫⎪⎪⎪⎪∴=⎬⎪⎪⎪⎪⎭若不计轴向力影响，则令u=0重复上述计算：222max 0176.875225241050142424433.5142414160.56%1424ql kg w cm σσσ⨯==+=+=⨯-=球头中相对误差：结论：轴向力对弯曲应力的影响可忽略不及计。
第一章 绪论
3、结点（杆件间连接）的简化 结点（杆件间连接）
杆件结构中， 杆件结构中，两个 或两个以上的杆件共同连 接处称为结点。 接处称为结点。 (1)铰结点： (1)铰结点：连接的 铰结点 各杆在连接处不能相对移 动（传递力）,可相对转动 传递力） （不传递力矩）。 不传递力矩）。
(2)刚结点： (2)刚结点：连接的各杆 刚结点 在连接处， 在连接处，不能相对移动 （传递力），不能相对转动 传递力），不能相对转动 ）， （传递力矩）。 传递力矩）。 变形前后在结点处各杆 端切线夹角不变
（5）弹性支座
Fx M Fy
了解
§1-3 杆件结构分类
这里杆件结构分类指的是:结构计算简图的分类。 这里杆件结构分类指的是:结构计算简图的分类。
学习中应注意各类结构的构造特点， 学习中应注意各类结构的构造特点，以及由此而产生的 受力特点。 受力特点。
（1）梁：受弯杆，可单跨、可多跨。 受弯杆，可单跨、可多跨。
(2)拱 杆轴一般为曲线，竖向荷载作用下， (2)拱：杆轴一般为曲线，竖向荷载作用下，有水平 支座反力（推力）。 支座反力（推力）。
（3）桁架：由直杆组成，结点为铰结点。 桁架：由直杆组成，结点为铰结点。
（4）刚架：受弯构件组成，直杆、结点形式主要为刚 刚架：受弯构件组成，直杆、 结点。 结点。
• 第十一章 杆及板的稳定性
第一章
绪论
§1-1 结构力学的任务
一、结构力学的研究对象 工程结构
构筑物中承担荷载的体系（承重骨架） 构筑物中承担荷载的体系（承重骨架）
梁柱体系、板壳体系、网架体系、水塔、桥梁、水坝、 梁柱体系、板壳体系、网架体系、水塔、桥梁、水坝、挡土墙 等。
二、结构的类型 1、按几何特征分类 （1）杆件结构（杆系结构）：构件长度远远大于横截面尺寸。 杆件结构（杆系结构）：构件长度远远大于横截面尺寸。 ）：构件长度远远大于横截面尺寸 （2）薄壁结构（板壳结构）：板壳的厚度比长度和宽度小得多。 薄壁结构（板壳结构）：板壳的厚度比长度和宽度小得多。 ）：板壳的厚度比长度和宽度小得多 （3）实体结构：结构的长、宽、高三个尺寸等量级。 实体结构：结构的长、 高三个尺寸等量级。
第一章-船舶常识-new
货舱盖强度大 ； 多为单层甲板，货舱开口宽大； 有格栅式货架(箱格导轨系统)，甲板上设有底座与绑扎桥； 双层底和双层壳舷侧结构；
集装箱船的发展
第一代 • 20实际60年代，700～1000TEU，速度23节
第二代 • 20世纪70年代，1800～2000TEU，速度26～27节 • 1973年石油危机以来，航速降至20-22节，3000TEU
1.1、客船（passager ship）
客船
用于运送旅客及其携带行李的船舶。《SOLAS公约》规定，凡载 客超过12人者均视为客船。
特点
多层甲板、上层建筑高大; 设有减摇装置；
结构
航速较高，20节以上，多定期定线航行； 救生，消防等设备完善、生活及娱乐设施齐全； 通常采用双车双舵、具有良好的航海性能、抗沉性好。
主要成分为甲烷； 目前均为全冷式，低温(-162℃)以下使其液化。 液舱均采用含镍不锈钢或铝合金材质，具有严格的隔热结构与材料。 主要有薄膜型、球形和棱柱型三种。
液化石油气船(LPG) ：主要成分为丙烷。按液化方式和货舱结构分：
(1)全压式：加压将液化石油气充于压力容器内，在常温下进行运输，其货舱常为球 形或圆柱形。 (2)全冷式：将冷冻液化石油气装在低温液货舱内运输。其货舱横剖面呈棱柱形，舱 容利用率高，设有再液化装置，适合大型LPG船。 (3)半冷半压式：将液化石油气装在低温压力罐中运输。液舱为球形和圆柱形两种。 罐体和船舱结构间设有隔热保护层，运输过程中会有少量液体气化，故设有再液化装 置，舱容利用率低。
ULCC。 (7)VLCC：DWT20-32万吨。 (8)ULCC：DWT32万吨以上。
Oil Tanker
我国第一艘30万吨级超大型原油 船——德尔瓦号，该船达到了当 今国际先进水平，实现了中国超
船舶结构力学复习总结
第十章 杆及板的稳定性
多跨杆的稳定性
刚性支座多跨杆：欧拉力的区间范围 弹性支座多跨杆：临界刚度、弹性支座刚度与失稳半波数的关系 甲板板架：横梁的临界惯性矩
板的稳定性
解析法：板的中性平衡方程式 纵骨架式板的稳定性计算公式 横骨架式板的稳定性计算公式 组合型骨架梁自由翼板的局部稳定性计算公式 能量法：纵桁腹板在弯曲应力作用下的稳定性计算公式 船体板剪切稳定性计算公式
5
第二章 单跨梁的弯曲理论
等断面单跨梁的弯曲理论
力学模型：普通梁、复杂弯曲梁、弹性基础梁
梁的弯曲微分方程式
基本假定：平断面假定 边界条件：简支、刚性固定、弹性支座、弹性固定端 坐标系、符号法则、初参数方程
利用弯曲要素表计算（重点）
弯曲要素表的种类、应用范围、坐标 叠加法应用的前提条件
剪切对弯曲变形的影响
13
第六章 能量法
基本概念
外力功、应变能、余功、余能 线性体系下的功能关系
杆件应变能计算
拉伸压缩、扭转、剪切、弯曲
虚位移原理
原理的表述、虚位移原理的充分必要条件
位能驻值原理
李兹法求解梁的弯曲问（重点） 基函数的选取条件
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第七章 矩阵法 7-1 基本概念 7-2 杆元的基本类型 7-3 杆元的刚度矩阵 7-4 结构刚度矩阵 7-5 约束处理 7-6 坐标变换 7-7* 空间杆系结构分析
15
第七章 矩阵法
基本概念与术语
离散、杆元与节点、坐标系统（整体坐标、局部坐标） 自由度、杆元端点力
杆元类型和杆元刚度矩阵
基本四种：拉压，扭转，xoy平面弯曲，xoz平面弯曲 组合情况：平面刚架，平面板架，平面桁架 杆元刚度矩阵的性质
16
船舶结构力学：第一章绪论
中拱
波面
图 1.1
中垂
波面
图 1.1
船舶局部强度:船舶横向骨架（船体横 梁、肋骨、肋板）、船体局部构件（船底 板、底部纵桁）在局部载荷作用下（如水 压力作用下）的弯曲变形和应力。
图 1.2
船舶扭转强度:船舶在斜浪中航行，载 荷沿船体左右舷非对称分布，导致船体扭 转变形。主要是大开口船（集装箱船）
骨架的带板宽度取骨架的
附连带板
间距和骨架跨距的1/5两 者中的小者
（二）船体结构中的骨架。船体结构中的骨
架包括横梁、肋骨、肋板、纵骨、纵桁等，
他们大多是细长的型钢或组合型材。所以这
种骨架被称为“杆件”，简称“杆”。而相
互连接的骨架系统就称为“杆件系统”。实
践证明，船体中的骨架受力变形时，和骨架
相连的一部分板也会跟着变形，因此在研究
船体结构中的板
图1 横向载荷
图2 面内载荷
图 1.4
横向载荷作用下板的强度计算的边界条件： 由于纵桁骨架的抗弯刚度比板的抗弯刚度大 得多，故可以把骨架近似地作为板的刚性支 撑。面内载荷作用下板的稳定性计算的边界 条件：四边自由支持，两对边受到面内载荷 作用。（计算结果偏于安全）
钢制船舶建造规范规定：
船体构件稳定性问题:船舶受压构件， 压力达到或超过其临界载荷而丧失稳定 性。
图 1.2
总之 船舶结构力学的内容和任务
一.研究对象
结构：承受并传递荷载的船体骨架部分
结构分为:杆系结构,板架结构,刚架结构
二.任务 阐明结构力学的基本原理与方
法——经典的力法、位移法和能量原理
三.内容 结构在外力作用下的响应即强度和
骨架时就把与骨架相连的一部分板一起考虑。
这时的板就称为附连带板。
船舶结构力学复习题
船舶结构力学复习习题第一章绪论思考题：1.什么叫做船体总纵弯曲？船体的总纵强度与局部强度有什么区别与联系？2.一个完整的船体结构计算图形应包含哪些具体内容？为什么对同一船体结构其计算图形不是固定的、一成不变的3.船舶在航行时为什么会发生扭转现象？船体结构中还有哪些构件在受载后会发生扭转。
4.连续梁、桁架、刚架、板架的区别与联系。
第二章单跨梁的弯曲理论主要内容及解题要点1．本章叙述等断面单跨粱(包括普通梁、复杂弯曲梁及弹性基础梁）的弯曲理论，要求在己知梁的尺度、材料、荷重及边界条件下能够求出梁的弯曲要好-—梁的挠度、转角、弯矩及剪力，从而可计算出梁的应力与变形。
求解单跨梁弯曲的基本方法是弯曲微分方程式的积分法，即初参数法,实用方法是利用己知的梁的弯曲要素表和叠加法。
2．应用初参数法求解梁的弯曲问题时，可利用已导出的梁在一般荷重作用下的任意边界条件下的挠曲线方程式，再利用梁端的边界条件求出方程式中的未知常数(初参数),因此正确写出梁的边界条件是重要的。
解题时应注意梁的坐标、荷重的位置与方向，还要能正确写出分布荷重的表达式。
对于静定梁或具有对称性的梁,可利用静力平衡方程或对称条件求出某些未知初参数，常可使求解得到简化。
3．在应用梁的弯曲要素表解题时,应注意以下几点：(1）充分了解弯曲要索表的种类、应用范围、坐标及符号法则.(2)不同荷重作用下的弯曲要素可由各个荷重作用下的弯曲要素叠加得到.【但对于复杂弯曲的梁，只有在轴向力不变时才用叠加法,对于弹性基础梁，只有在弹性基础刚度为常数时才可用叠加法。
】(3)在画梁的弯矩图与剪力图时，尽可能将梁化为购端自由支持的情形来做。
叠加弯短图，注意图形及符号,并尽量使得最终的弯矩图与剪力图祷矩、醒目。
(4) 因要求出梁的应力，还必须掌握梁的正应力与剪应力的计算。
思考题:1．粱弯曲微分方程式是根据什么基本假定导出的，有什么物理意义，适用范围怎样.2．单跨梁初参数法中的四个参数指什么参数？它们与坐标系统的选择有没有关系？3．为什么当单跨梁两端为自由支持与单跨梁两路为弹性支座支持时，在同样外荷重作用下两梁断面的弯矩和剪力都相等；而当梁两端是刚性因定与梁两端为弹性固定时,在同样外荷重作用下两梁断面的弯矩和剪力都不同?4．梁的边界条件与梁本身的计算长度、剖面几何要素、跨间荷重有没有关系?为什么？5.叠加法的适用条件.5．当梁的边界点上作用有集中外力P或集中外弯矩M时,一种处理是把该外力放在梁端,写进边界条件中去。
船舶结构力学1
1、强度：是指船体结构在正常的使用过程和一定的年限内具有不破坏或不发生过大变形的能力。
2、总纵强度：是把船舶整体当作空心薄壁梁计算出来的强度。
3、局部强度：指船体的横向构件以及船体的局部构件在局部载荷作用下的强度。
4、船体强度的内容:总纵强度体、局部强度、稳定问题、扭转问题、应力集中问题、船体在运动的波浪上的外力计算，船体的振动，船体的低周期疲劳等。
5、船舶结构力学的内容：阐明结构力学的基本原理与方法；应用它们解决船舶结构力学所要研究的问题。
6、船体结构是由板和骨架等构件组成的空间复杂结构。
7、计算图形：船体结构是由板和骨架等构件组成的空间复杂结构，在进行结构计算之前需要对实际的船体结构加以简化，简化后的结构图形即为计算图形。
8、与骨架相连的那一部分叫做骨架的“带板”。
9、板架应该是指由板与纵、横骨架所组成的板、梁组合结构；由于杆系中各杆相互刚性连接，并受到杆系平面内的载荷作用，故称这种杆系为“刚架”或“肋骨框架”。
10、梁是受外荷重作用而发生弯曲的杆件；单跨梁是仅在梁的两端有支座的梁；悬臂梁是单跨梁的一种特殊的情形。
11、梁端的边界条件就是梁端弯曲要素的特定值或弯曲要素之间的特定关系式。
12、梁的复杂弯曲是同时考虑横向和轴向这两种载荷作用的梁的弯曲。
13、梁的弯曲公式是在小变形及材料符合虎克定律的前提下导出的，所以梁的弯曲要素与梁上的外力呈线性关系。
10、当梁受任何横向荷重及轴向拉力或轴向压力作用而发生复杂弯曲时，不论梁端固定情况怎样，总归是轴向拉力将使梁的弯曲要素的值减小；轴向压力将使梁的弯曲要素的值增大，且使弯曲变形去向无限大的轴向压力就是压杆的临界压力。
11、几何不变体系是指如果不考虑材料应变所产生的变形，体系在受到任何载荷作用后能够保持其固有的几何形状和位置的体系。
超静定结构则是几何不变但却存在多余联系的体系，其全部反力和内力仅凭静力平衡方程是不能完全确定的。
12、多余联系：对保持体系的几何不变来说是不必要的联系。
集美大学船舶结构力学(48学时)第二章 单跨梁(4)2014(1学时)
若
h / l 1 / 10
v2 0.01v1
，则
结论: 1、若梁的高度与长度相比 很小，则剪切对弯曲的影 响也很小而可忽略不计；
2、在船体结构中对于细 长的骨架，可以无须考虑 剪切对弯曲的影响； 3、对于大型油轮中的高腹 板梁，要考虑剪切影响， 在计算船体总弯曲挠度时， v1 。 v2 的10% 约取
l4 k u 2 4 EI
(J2-93)
5、简支弹性基础梁跨中有 集中力的弯曲要素:
Pl Pl v ' ( 左端 ) ( u ) 0 v(中) 2 (u ) 16 EI 48EI
3
2
Pl M (中) 0 (u ) 4
P N (右端 ) 0 (u ) 2
6、当u>0时，弹性基础梁 的辅助函数随u的增加而 减少（参见附录C). l4 k 如：u: 0--5 u 2 4 EI 2 (u) : 1--0.006
Pl v(中) 2 (u ) 48EI
3
这说明了随着弹性基 础刚度的增加弯曲要素将 逐渐减少。
考研概念题: 有下列的弹性基础梁(a) (b) (c),试判定;它们中梁中点 挠度最大的为( ), 最小的为( ), 判定的主 要依据为( )。
8P
(a)
l4 k u 2 4 EI
EI , l
弹性基础梁弯曲问题的几个 结论：
1、随着弹性基础刚度的增加弯 曲要素将逐渐减少，也说明 有弹性基础时梁的变形将比 没有弹性基础时小些。
2、当k(弹性基础刚度)一定 时，梁的弯曲要素与外荷 重成线性关系。
3、若弹性基础梁上受到 不同的外荷重时，仍可 应用叠加原理求出该梁 的弯曲要素。
4、弹性基础梁的刚度参数 u(教材27页）:
第一章__船舶常识
2019/11/6
集美大学航海学院
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顶推标识
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1.2－1.3 船舶分类及结构特点
课程介绍 船舶分类 各种船舶的结构特点 船舶各部分结构的名称
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船舶种类
按材料分：木质船、钢质船、水泥船、玻璃钢船 按航行区域分：远洋船、近洋船、沿海船、内河船 按动力装置分：蒸汽机船、电动船、内燃机船、汽轮机
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课堂练习
船尾船籍港字高一般为船尾船名字高的 :
答案(A)
A 60％－70％
B 80％
C 80％－90％
D 90％
船尾船名的字高一般比船首字高小 :
答案(D)
A 5%
B 5%-10%
C 10%
D10%-20%
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右图为某一时刻实际 水线所在的水尺位置， 此时的吃水为：
A、8.15m B、9.10m C、8.80m D、8.91m
2 9m
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内容介绍
船舶尺度
其他标志
船舶吨位
尺度的关系
船舶标识
H.3
H.2
侧推标识在后 球鼻艏标识在前
船舶结构与设备
内容介绍
船舶尺度
课程介绍
船舶吨位
尺度的关系
船舶标识
介绍本门课程的重要性及特点
两年制考证课程 专业基础课 没有特别深的理论,要求学生认真,不准无故旷课. 课程如何安排 课程纪律
船舶结构力学课程习题集答案
2 2
=
图 2.1
l 2l p l2 3 3 1 v l 3 1 m 2 1 m 1 1 3 3 3 3EIl 6 EI 3
0
dv2 max .dx v2
max
G
dx
N dx GAs
N EI N EIv1 dx v1 C1 GAs GAs
图2.8 （剪力弯矩图如２．７）
2 b 12 A 1 l 由Q qa, a l , b 0, 18 , A 1 24 K A 1 1 1 1 ,代入得 8 24 3 2 2 2 ql M 2 12 1 1 ql 24 8 24
图２．６
3
4
v v ql 3 ql 3 1 1 1 2ql 3 1 2 24 EI l EI 24 40 100 75EI v v ql 3 ql 3 1 1 1 17ql 3 l 1 2 24 EI l EI 24 40 100 300 EI
2.7 图 ： （剪力弯矩图如２．６）
0.05l 3 ql ql 4 EI 2 40 EI 3 l ql ql 4 v2 A2 R2 50 EI 2 100 EI 4 ql 4 1 1 l 5ql v 2 384 EI 2 EI 40 100 v1 A1 R1 ql 4 5 7 293ql 4 EI 384 400 9600 EI
x3 v( x) Ap 0 x A N0 6 EI
集美大学 船舶结构力学(48学时)第二章 单跨梁(2)2014年 4学时
§2.2梁的支座及边界条件
基本概念： 1）梁端边界条件： 梁端弯曲要素的特 定值或弯曲要素之间的 特定关系式。
2）梁端支座情况与梁端边 界条件的关系： 梁端的边界条件取决 于梁端的支座情况，不同 的支座对梁有不同的约束， 从而就有不同的边界条件。
3）研究梁端边界条件的意 义： 确定初参数， 即确定挠曲线方程。
一、各种支座及相应的边界 条件 本节先介绍通常的刚性 支座和刚性固定及铰支端和 刚固端的边界条件，再介绍 弹性支座和弹性固定及弹支 端和弹固端的边界条件。
1、刚性支持端（参见图2-7） 简称刚支端又称铰支端或简 支端：
（它的弯曲要素的特定值？）
铰支(端) 简支(端)
固定铰支座 活动铰支座
简化表达
（梁左端用负号）
图2-11
6、弹性固定 1）定义： 该种固定（端）在受 弯矩作用后将产生一个正 比于弯矩的转角。
M
M k
左
（2-14）
P
M
k
右
记忆该式有利于使用叠加 法、力法、 位移法处理弹性固定端的 情况。
k
M
P
2）弹性固定的“柔性系数” /： M
7、弹性固定端（弹固端）的边 界条件： 由于对梁来说，支反力矩 M就是梁端的弯矩，因此就可 以把梁端转角与弯矩之间的关 系找到。 v0
0
x
y
M0x N0 x qx v v0 0 x 2 EI 6 EI 24EI m P 2 3 a ( x a) b ( x b) 2 EI 6 EI
2
3
4
解： （1）代入左端边界条件的挠曲 线方程式： 3 2 M0x N0 x v 2 EI 6 EI
船舶结构力学-1绪论
刘俊
上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院结构力学所
目录
第一章 绪论 第二章 单跨梁弯曲理论 第三章 杆件扭转理论 第四章 力法 第五章 位移法 第六章 能量法 第七章 矩阵法 第八章 平面应力有限元法 第九章 矩形板的弯曲理论 第十章 杆及板的稳定性
第一章 绪论
1-1 船舶结构力学的内容与任务 1-2 船舶结构力学的研究方法 1-3 船体结构的计算图形
船舶强度：泛指研究船体结构强度的科学，包括外力、 结构在外力作用下的反应（内力研究，许用应力确定） 等问题
船舶结构力学：研究船体结构内力（不包括外力及许用 应力） 研究船体结构静力响应（动力：船体振动学）
研究内容，目的
内容：研究船体结构中板与骨架的强度与稳定性的科学 目的：强度校核；船舶结构设计 必要性： ➢ 理解规范的需要； ➢ 无规范船舶设计的需要； ➢ 学习后续课程的需要
船体结构中的典型计算图形
船体结构中的典型计算图形
船体中板 ➢ 受骨架支持的矩形平板
骨架（三种典型杆系） ➢ 连续梁（甲板纵骨等） ➢ 板架、交叉梁系（甲板纵桁
与横梁形成的甲板板架，外 载垂直于杆系平面）
船体结构中的典型计算图形
➢ 刚架（横梁，肋骨，肋板组成的杆系，载荷在杆系平面内）
船底板：板架或是组合板（夹层板） 杆及杆系的强度板的强度杆与板的稳定 “力法””位移法” ”能量法” ”矩阵位移法”
1-2 船舶结构力学的研究方法
将实际结构简化然后再进行分析 传统简化方法： ➢ 总强度和横向强度（局部强度）问题分开考虑，必要时
叠加 ➢ 横向强度或局部强度问题简化为平面问题考虑 ➢ 骨架和板分开考虑（带板“附连翼板”） 今后： ➢ 总强度和横向强度（局部强度）一起考虑 ➢ 无需简化为平面问题 ➢ 骨架和板一起考虑
《船舶结构力学》 第1章 绪论
Exit
14
（二）发展趋势 （1）有限元分析法（Finite Element Method) （2）结构优化法（Structure Optimum） （2）可靠性分析（Reliability Analysis Method）
Pre
Next
Exit
15
四、计算图形
在船体结构计算中，必须对实际结 构加以简化——构造力学模型
★计算图形包括那些因素？
几何、载荷、约束。
★本教材的研究内容
杆、板、刚架、板架等进行结构响应研究。
★本教材的研究方法
力 法－Force Method
位移法－Displacement Method
能量法－Energy Method
有限元－FEM
Pre
Next
Exit
16
进行结 构简化 的重要
依据
结构的受力特点 结构的变形特征 构件之间的影响和计算要求
因船体强度不足，船舶经受不住风浪的打击所形成的破坏
船
舶 （2）应力集中破坏
主 要
因在应力集中区域产生裂缝，逐渐向甲板、舷侧延伸，严重 时可导致整船折断。
破
坏 （3）稳定破坏
形 式
因有构件失稳出现恶性循环，使受压构件逐个失稳，导致全船 失稳的破坏
（4）疲劳破坏
在交变应力经过大量循环之后，船体上裂纹变得足够大，致使 构件发生断裂
★对船体（包括海洋结构物）进行船体结构 设计与强度、稳定性计算。
1 良好的航行性能
船舶 完成
任务 2 良好的工作性能
的 前提
3 具有一定的强度
船舶具有一定的强度，是指船体结构在正常 的使用过程和一定的使用年限中具有不破坏 或不发生过大的变形的能力，以保证船舶能 正常地工作。
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4、船体梁：把船整体当作一 根梁（空心变截面梁）静置于 静水中或波浪上，以研究船体 总纵强度等。
5、船体总纵强度（总强度）：
将船视为船体梁来研究船 在纵向分布的重力与浮力作用 下的弯曲变形与应力等强度问 题。
思考：静水、波浪、中拱、中 垂。（参考图1-1、图片等）
中拱、中垂？
中拱、中垂？
以远洋干货船船体结构甲 板舱口部分（图1-7）为例介 绍板架模型的建立：
（参见图1-9）
（图1-4 a)
在计算舱口纵桁和舱口端横梁 在垂直于甲板载荷作用下的弯曲应 力和变形时，可将其取为图1-7a所 示的井字型平面杆系计算图形，即 板架。
以远洋干货船船体结构舱底部 分（图1-7）为例介绍船底板 架模型的建立：
但应注意到这些计算图形具有一 定的近似性。
四、空间结构及板梁组合结构
随着计算机的应用和发展，可采用 更切合实际的计算模型，使结构计算更 加精确可靠。
1、空间结构计算模型举例：图19 大舱口货船悬臂梁结构的计算 模型。
该空间杆系计算模型放弃了以
往模型中舱口纵桁刚性支撑悬臂梁 的假定，更切合实际。可同时算出 甲板纵桁、舱口纵桁、舱口端横梁、 悬臂梁及肋骨的应力与变形。
图1-8a所示的为双甲板船在舱口处横剖面的肋 骨框架计算图形：
刚架的进一步简化：仅由横梁与肋骨 组成的刚架（图1-8b）
考虑到实际船体结构中肋板的 尺寸远较肋骨的大，所以计算时可 将肋骨下端作为刚性固定端。把肋 板放到船底板架中去研究，而得。
注：以上介绍的矩形板、连续梁、板 架和刚架是船体结构中比较典型而 且比较简单的计算图形，应用结构 力学中的经典理论和方法，由手算 就能得到结果。
船舶结构力学
Structural Mechanics of Ship
是船舶结构设计、制造的理论依据。
船舶结构力学的三个基本命题：
1、环境与载荷（外部作用）； 2、结构响应分析（静力分析、 稳定性分析和动力响应分析）； 3、危险状态、强度衡准及强度 储备。
船舶结构力学还包括以下内容：
1、疲劳与断裂分析（在周期性交 变载荷作用下船体材料和结构的 承载能力)；
以远洋干货船船体结构甲 板部分（图1-7）为例介绍连 续梁模型的建立：
（参见图1-8）
甲板纵骨
当计算甲板纵骨在垂直于甲板 的载荷作用下的弯曲应力与变形时， 可将其取为图1-6 a所示的计算图 形——两端刚性固定、中间自由支 持在刚性支座上的连续梁。
连续梁
4) 板架（交叉梁系）：外载荷 垂直于杆系平面而发生弯曲的 平面杆系。
横荷重：垂直于板平面的荷重， 如作用于板上的水压力；
图1-4 c
中面荷重：位于板平面内的荷 重，如在船体总弯曲时作用于 船体甲板平面的应力。（参见 图1-5）
2、骨架的计算模型（连续梁、 板架、刚架）
就整个船体来说，船体的骨架 系统是一个复杂的空间杆系结构。 在实际计算时，尤其是采用经典方 法计算时，常常把杆系简化成一些 形状比较规则的简单的计算图形。
8、船体扭转强度：当船舶在 斜浪上航行，整个船体将发生 扭转，船舶抵抗发生过大扭转
变形或受到破坏的能力。
9、应力集中：在船体结构不 连续的地方，发生应力汇集或 突然增大的现象，将引起构件 裂缝形成或蔓延。（参见图16及图片）
注：
(1) 船舶强度（或船体强度） 是泛指研究船体结构强度的科 学，它包括外力、结构在外力 作用下的反应即内力研究和许 用应力的确定等一系列的问题。
(2) 船舶结构力学则专指研究 船体结构的内力的问题，不研 究外力及许用应力等方面的问 题。船体强度计算则涉及外力 （外载荷）及许用应力等方面 的问题。
二、学习“船舶结构力学” 的意义：
1、虽然当前船舶结构设计大 都依照“船舶建造规范”来进 行，但船舶结构力学仍是结构 设计的基础。“规范”中不少 规定仍来源于结构力学的基本 理论。
1、“电算”并不排斥结构力学 的基本理论，而是需要更加重 视基本概念、基本理论和基本 方法的学习；
2、能量法、矩阵法和有限元法 是“电算”的基础。
教学重点：单跨梁的弯曲理论、
力法、位移法、能量法、矩阵 法。
教学难点：能量法、矩阵法
（杆系有限元法）。
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
2、完全可以计算空间结构， 无须一定要将空间结构化为平 面结构。
3、可以不将骨架和板分开， 而将骨架和板一起考虑。
§1-3 船体结构的计算模型
船体结构是由板和骨架等构件组成的 空间复杂结构。
一、定义： 在进行船体结构计 算之前将实际结构简化所得的计 算图形。
计算模型 力学模型 计算图形 理想化图形 简化图形 简化模型
第一章 绪论
§1-1 船舶结构力学 的内容与任务
一.基本概念
1、结构：一种由单元构件组 合并具有支承能力的物体，它 能承受载荷，也能传递载荷。
2、结构力学：描述和预测结 构体系力学性能的基础知识。
3、船舶结构力学：研究在给 定的外载荷下如何确定船体结 构中的内力与变形（包括研究 受压构件的稳定性）。
在研究骨架时应把与骨架相连 的一部分板连同骨架一起考虑。
带板：与骨架相连的那一部分 板。
带板宽度：骨架间距与骨架跨 度的1/5中小者。
（参见图1-5）
二、当前方法：
1、可以将总强度问题与横向 强度及局部强度问题一起考虑， 即在确定了船体整个受力情况 的前提下，可将船体各组成结 构中的应力与变形一起计算出 来。
绪论 单跨梁弯曲理论 力法 位移法 矩阵法（杆系有限元法） 能量法 稳定性理论 杆件的扭转理论
参考教材及参考文献：
[1]舒恒煜、谭林森.船舶结构力学.武汉：华中科 技大学出版社，1992年5月第一版
[2]陈铁云、陈伯真.船舶结构力学.上海：上海交 通大学出版社，1991年7月第一版
参考书目：
2、造船材料要求与船体金属耗量 的优化分析；
3、工艺力学；
4、船体结构强度分析的一些特 殊力学问题。
（船舶进坞及下水强度、温度对船体结构的作 用及船舶抗冰强度）
教学目的：
1、通过本课程的学习，使学生掌 握船舶结构力学的基本理论与方 法；
2、 力求培养学生船舶结构分析 与计算等方面的能力；
3、 培养学生自学和独立思考 能力，以便在走上工作岗位后， 能通过自学不断地吸收新知识， 开拓新领域，研究新问题，探 求新的机理，充分发挥自己的 才能。
是研究船体结构静力响应的一 门课程
船舶结构力学的首要任务：
阐明结构力学的基本原理 与方法。即阐明经典的力法、 位移法及能量原理，然后应用 它们解决船舶结构力学所要研 究的问题。
船舶结构力学的其他任务：
阐明有限元法的基本原理 及其在船体结构计算中的应用， 即阐明矩阵法（杆系有限元法） 及平面应力问题的有限元法等。
矩形板：四周有纵横骨架支持 的具有矩形周界的板格。
例如：对于纵骨架式船体，其 甲板板就被甲板纵桁、纵骨和 横梁划分成许多矩形的板格 （图1-4 a)。
（图1-4 a)
若要确定甲板板在甲板载 荷作用下所产生的应力与变形， 则可把甲板板简化为四边刚性 固定的矩形板，然后计算其在 甲板载荷q作用下的弯曲应力 和变形。其计算图形如图1-4 b所示。
（参见图1-11）
板架（交叉梁系）：
主向梁、交叉构件
5) 刚架：杆系中各杆的连接 点是刚性的，并受到作用于杆 系平面内的载荷作用。
以远洋干货船船体结构横 向肋骨框架部分（图1-7）为 例介绍刚架模型的建立：
（参见图1-10）
处于船体横剖面内的横梁、肋骨及肋板。
它们共同组成一个平面杆系，是保证船体横 向强度的主要构件。
本课程特点：
1、 本课程不但理论概念性比 较强，而且方法技巧性要求高。 理论概念需要通过练习来加深 理解，方法技巧则需要通过做 题来熟练掌握。
2、 课程前面的内容是后面内容 的基础，相互间关系密切（如单 跨梁弯曲理论是力法的基础，在 位移法中要使用力法的成果，而 位移法又是矩阵法的理论基础等 等）。必须切实掌握前面的基础 知识，才能学好后面的内容。
做题（主要是计算题）的重 要性：
做题是对原理和方法的 应用，通过解题可以加深对原 理和方法的理解。解题的过程 对学生的分析能力、表达能力、 运算能力和校核能力都可以得 到训练和提高。
本课程与“电算” (用 计算机进行结构分析计算 ) 的关系：
科学技术的飞速发展，特 别是电子计算技术的迅猛发展 及其在船舶科技领域的广泛应 用，极大地改观了传统的船舶 结构设计分析理念，涌现出许 多新的船舶设计方法。
中拱、中垂？ 载荷曲线有物误否？
6、船体局部强度：船体的横向 构件以及局部构件抵抗局部载荷 直接作用而不产生破坏和超过允 许限度的变形的能力。
横向构件：横梁、肋骨、肋板等。
局部构件：船底板、底纵桁等。
7、稳定性：船在总纵弯曲时 船体受压的构件（主要是中垂 状态时的上层甲板）常常会因 为受压过度而发生变形，称其 为丧失稳定性。
教学要求：
1、掌握单跨梁的弯曲理论（初参数 法、单跨梁力法等)；
2、掌握结构力学的经典方法—力法、 位移法、能量法及矩阵法（杆系有 限元法）；
3、了解杆件的扭转理论；
4、了解稳定性理论。
学习方法：
1、认真做好课堂笔记; 2、要熟记解题要点和步骤; 3、多做计算题; 4、重视基本概念的理解与掌握；
二、建立计算模型要考虑的 主要因素：
1、实际结构的受力特征； 2、构件之间的相互影响； 3、计算精度的要求； 4、所采用的计算方法。
三、船体结构计算中的常见、 典型的计算模型
1、板的计算模型（矩形板）
1）板：是与船体的纵、横骨架 相连接的且通常被纵、横骨架划分 成许多矩形的板格。
2）板的计算模型