第一讲第一章绪论

化
载 荷
快速变化载荷：高速航行时船底砰击、首部外飘、
螺旋桨转动引起的脉冲压力
合理的确定载荷才能合理的设计结构，保证船舶结构有足够的强度
2、船舶主要破坏形式
（1）强度破坏
因船体强度不足，船舶经受不住风浪的打击所形成的破坏
（2）应力集中破坏
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。
★局部强度：研究横向构件（如横梁、肋骨、肋板等）
或局部构件（船底外板、底纵桁等）的强度问题。
横舱壁
内地板 底纵桁
外地板
横舱壁
Pre
Next Exit
（3）稳定性(buckling)
★稳定性问题：船体在总弯曲时船体受压的构件会因为受压 过度而丧失稳定性。
Pre
Next Exit
（4）扭转问题
★扭转问题：船在斜浪上航行，经常与波浪斜交，导致船体发生 扭转，因此也就存在扭转问题。
★研究船舶在外载荷作用下的结构响应（受力与变形）。 ★外载荷：重力、浮力、波浪载荷、冲击力以及惯性力等等。
首要问题
分析船体受力和变形的主要特征
建模
船体梁
静置法
将“船体梁”’(ship hull girder)静置于静水中或波浪上，计 算在船纵向(船长方向)分布的重力 与浮力作用下的弯曲变形与应力。
Pre
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1 、外载荷分析
船
第一类载荷为固定载荷，也称常载荷
体
结
包括船体结构自重，主机、辅机、锚机、舵机、救生设备等
构
第二类载荷为变化载荷—随航线及运输任务的不同而变
所
受 主要是货物、燃油、淡水、压载水等
载
荷 第三类载荷是船外水压力—变化载荷，取决于海况，是随机的
变 缓慢变化载荷：船航行时液货的晃荡、甲板上浪，破冰载荷等
连续梁、刚架和板架是船体结构中三种典型的杆系
4、结构简化实例简化
（1）上甲板纵骨
上甲板纵骨，在上甲板的骨架中，纵骨的尺寸最小，它穿过强 横梁并通过横舱壁在纵向保持连续。在计算纵骨时认为强横梁有足 够的刚性支持纵骨，从而可作为纵骨的刚性支座。纵骨在横舱壁处 则作为刚性固定端，这样就得到图中的计算图形，即连续梁
Pre
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2、结构简化
结构的受力特点 结构简化的依据 结构的变形特征
构件之间的影响和计算要求 不同的计算要求，可以简化成不同的模型
船舶结构 主要构件
Байду номын сангаас
骨架——包括横梁、肋骨、纵骨、纵桁、扶强材、
支撑
垂直桁、水平桁、支柱等
有两类：
板——包括船体外板、内底板、各层甲板、
纵横舱壁、平台等
骨架一般呈细长型，在船舶结构中成为“杆件”
相互连接的杆件成为“杆件系统”，简称“杆系”
船舶结构力学主要研究内容： “杆”及“杆系” 结构和板的计 算
3、载荷简化
在研究船体板的问题时，通常把四周由纵横骨架支持的那一 部分作为研究对象——即船体中的板简化为具有矩形周界的平板
板上的荷重 （1）垂直于板面：如作用于板上的水压力 （2）位于板平面：如在船体总弯曲时作用于船体板平面的应力
（3）稳定破坏
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
研究船体结构响应大致过程：
外力 作用 结构物 产生
静响应
变形 称为 响应
应力
动响应
3、船舶设计中的计算形式
（1）总纵强度（船体梁-ship hull girder）
基础 “船舶强度与结构设计” “船舶结构力学”
“船舶振动”
§1-2 船舶结构力学的研究方法
1、研究方法
长期以来，人们在进行船体结构计算的时候，也总是根据需 要与可能，把实际结构进行简化后再作结构分析。
计算类型
传统方法
常用方法
总强度问题
横向强度与局部 强度 骨架与板
总纵强度与局部强 总纵强度与局部强
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
§1-1 船舶结构力学的内容与任务
一、船舶设计建造目的
造船的标准
①安全可靠 ②经济适用 ③科学先进
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
二、研究内容
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§1-3 船舶结构的计算图形
1、计算图形基本概念 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
★总纵强度：将船作为一个整体（船体梁）来研究的强度问题。 在分布重力和浮力共同作用下船体主要为弯曲变形，当船舶顺
浪或逆浪航行，且波长与船长大致相等时，会出现“中拱”和 “中垂”两种状况。
Hogging中拱 传统研究方法静置法
sagging 中垂 现常用研究方法波浪理论
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（2）局部强度(transverse strength)
1)具有对船体结构进行强度校核的能力
学习 “船舶
结构 力学”
目的
即对于已经设计好的或建造好的船舶，在船体结构尺寸已知 的条件下，在给定的外载荷或工况下，算出结构的应力与变 形，并与许用值比较，从而判断船体结构的强度是否足够。
2)具有进行船舶结构设计的能力
即对于将要设计建造的船舶，在已知结构的外力及许用应力 (或变形)的情况下，根据结构中算得的应力(或变形)的大小， 定出结构的尺寸。
度分开考虑
度同时考虑
空间拆成平面
直接计算空间结构
分开考虑
同时考虑
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2、研究方法发展趋势
（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）
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（5）应力集中
★应力集中：船体的不连续部位在交变载荷作用下，导致这 些部位的应力明显大于名义应力。
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（6）船舶碰撞
★船舶碰撞：船舶之间或船舶与其它海洋结构物的碰撞，导 致船体受损。
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4、船舶力学课程学习目的
船舶结构力学：是研究船体结构中板与骨架的强度与稳定性的科学