第07章 船舶强度

3）扭转强度（Torsional strength）
定义
船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的 能力。
产生原因
沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线 造成的。 具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。 如集装箱船舶、木材船等。
二、总纵弯曲产生的原因
1、总纵弯曲变形 2、船体纵向弯曲或变形的原因 3、弯曲力矩及弯曲应力 4、剪切力及剪切应力




p x
i
pi
x i

WF GF BF xi ΔF δ Δ
五、船舶总纵强度校核
弯曲应力大小分布： 弯曲应力计算 W：剖面模数 最大弯曲应力：
A
中和轴处为0
D 拉应力 A
Mx wA
中和轴x
压应力
B
max
Mx Wd
弯曲应力最大值在距离中和轴最远处的龙骨板或上甲板处。
中和轴
通过剖面几何形心且平行于基平面的轴线。 是船体梁在弯曲过程中各个剖面转动的轴线, 特点：中和轴处不承受压/拉应力。
dx
5、弯矩曲线（Bending moment curve）
M(x)
示例
N
0
(x)
dx
q
0 0
(x)
dx
实例
总纵剪力和弯矩的计算 示例
1、W( x )
2、 ( x )
3、q ( x ) W( x ) ( x )
4、N ( x )
5、M ( x )
结论
q
0
x 0
船体变形
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。

利用吃水判定船舶的拱垂
3、船体弯矩和弯曲应力
弯曲力矩：
单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反 的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。
弯曲力矩的大小：
Mx
纵向结构件：
外板、甲板板、纵骨、纵珩
船体结构的弯曲应力
D A 中和轴x
B
弯曲应力
弯曲应力：
任意横剖面处的纵向连续构件将承受拉（压）力作 用，单位面积所受的拉（压）力为弯曲应力。
Nx
W1 W1
剪切应力计算
总纵剪应力：
其中：N—总纵剪力
I—面积惯矩 b—ZA高度处水平线上构件厚度的总和 S— 剖面上或下边缘与ZA高度线之间所围面积 对中和轴的面积静矩
D A 中和轴x 剪切应力

N x S ZA I b ZA
最大剪应力？ 在中和轴处
max N x S Z0 I b Z0
2.5t
12.5t.m
X B A C D
0.5t/m
O
-2.5t
四、船中静水弯矩估算
总纵弯曲的原因？ 1、基本估算式： 最大弯矩的位置？
M 9.81 WF xgF F xbF 9.81 WA xg A A xbA
1 M 9.81 2
WA
GA BA ΔA
海上货物运输
航海学院
货运教研室
第七章
船舶强度 （Strength of ship）
第一节 保证船舶总纵强度 第二节 保证船舶局部强度
第一节 保证船舶总纵强度
一、船体强度的分类 二、总纵弯曲产生的原因 三、总纵剪力和弯矩的计算 四、总纵弯矩的估算 五、总纵强度的校核 六、影响总纵弯曲的因素
一、强度定义和分类
x
(x)
dx
dx dx
N
x x 0 0
(x)
q
(x)
总纵剪力和弯矩的计算 实例
W0 10t , L 20m
5t
O
5t
A B C D
d
W( x )
1.5t/m 1t/m 0.5t/m
O A B
(x)
X
2.5t
12.5t.m
C
q ( x ) W( x ) ( x )
M(x)
它是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性， 也是衡量船体总纵强度的一个重要标志
4、船体剪切力及剪切变形
剪切变形：
单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向 相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形。
剪切力：
剪切应力：
NS Ib
Nx
任意横剖面处的纵向连续构件将承受剪切力，单位 面积所受的剪切力为剪切应力。剪切应力最大值出 现在中和轴处。
B
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三、总纵剪力和弯矩的计算
1、重量曲线（Weight curve） W( x )
2、浮力曲线（Buoyancy curve）
(x) W( x ) ( x )

q( x ) 3、负荷曲线（Load curve）
4、剪力曲线（Shear curve） N( x)
x x x
q
0
x
(x)
1、强度定义
– 船体结构受内、外力作用时，船体抵抗
发生变形或破坏的能力。
2、强度分类 纵强度 总强度 强度
横强度
扭转强度 局部强度
船体结构承受的内、外力
内力：局部力 外力：重力、浮力、惯性力、波浪作用 力、墩木的反作用力、拖带力。

船体强度的分类
1）总纵强度： – 船舶抵抗纵向变形和破坏的能力。 2）横向强度： – 船舶抵抗横向变形和破坏的能力。 3）扭转强度： – 船舶抵抗扭转变形和破坏的能力。 4）局部强度： – 船舶抵抗局部变形和破坏的能力。
中和轴：
位置：
D
Z NA
zds
S
A
中和轴x
拉应力
zNA
压应力
剖面模数
剖面面积对中和轴的面积惯矩 剖面模数
wA
wb
I
2 z Ads
I zA
I x Zb
D A 中和轴x
船底剖面模数：
甲板剖面模数：
wd
I x Zd


B
最大剖面模数：W

船体参加总纵弯曲的结构 件的数目和尺寸决定。
0 X
D
0.5t/m
-0.5t/m
O
N( x)
N
x
(x)
dx
B
C
D
q
0
x
(x)
dx
A
结论
-2.5t
结论
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。 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。
剪应力最大值τmax： 弯曲应力最大值σmax ：
利用吃水判定船舶的拱垂
首尾平均吃水：
1 d M (d F d A ) 2
拱垂值：
d－dM
– dM¤ > dM：中垂变形
– dM¤ < dM：中拱变形 – dM¤ ＝ dM：无拱垂变形
拱垂判定：
2、总纵弯曲产生的原因
7 6 5 4 3 2 1
原因：船舶所受重力和浮力沿船长方 向分布不一致造成。