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1、船舶结构一般知识,1,船体结构与强度,一、船体强度的基本概念 二、船体结构构件 三、船体结构形式 四、船体结构,2,一、船体强度的基本概念,船体强度是指船体结构抵抗各种外力作用的能力。 根据作用于船体上力的性质，船体强度可分为总纵弯曲强度(即纵向强度)、横向强度、局部强度和扭转强度四种。,船舶结构一般知识,船舶结构一般知识,3,1.总纵弯曲强度,1）船体发生总纵弯曲变形的原因 作用在船体上有各种各样力，例如船舶重力、浮力、惯性力、波浪冲击力、螺旋桨运转时的水动压力、机器运转时的振动力、船舶靠码头和装卸货物时的碰撞力、船舶触礁、搁浅以及进坞时墩木的碰撞力或反作用力等等。在这些力的作用下，船舶结构
2、有可能会发生各种变形或破坏。 其中对船体最危险的是由于船舶重力和浮力引起的沿着整个船长方向上发生的总纵弯曲变形和破坏。,总纵弯曲(longitudinal bending),船体上的重力、浮力合力相等，但沿船长方向并不是处处相等。,船舶上的总纵弯曲过大，船舶强度不够时，船舶会出现危险,船舶结构一般知识,5,船舶结构一般知识,6,1.总纵弯曲强度,1）船体发生总纵弯曲变形的原因 引起船体结构发生纵向弯曲变形的原因，主要是由于沿船长方向每一点上的重力和浮力分布不均匀造成的。,船舶结构一般知识,7,2）总纵弯曲力矩和剪力,船体结构抵抗总纵弯曲力矩和剪力作用的能力称为船体总纵弯曲强度，简称纵向强度。
3、（1)总纵弯曲力矩和剪力 由于外力的作用，沿船长方向分布，作用在船体上向上和向下的负荷(单位船长上重力和浮力的差值)，将会产生一种沿船长各区段上下参差不齐的变形趋势和纵向弯曲变形趋势，这种趋势构成了船体结构内部之间的相互作用，这种内部之间的相互作用力称为内力。 内力分为两种，一种是由内部上下移动趋势构成的内力，称为剪力；另一种是由弯曲变形趋势引起的内力，称为弯曲力矩。,船舶结构一般知识,8,船舶结构一般知识,9,2）总纵弯曲力矩和剪力,（2)船体总纵弯曲变形的形式 船体总纵弯曲变形的形式有中拱和中垂两种。,船舶拱垂状态的判断,一、中拱（Hogging）,船底受压，甲板受拉，根据船舶的吃水状态来
4、判断,船中实际吃水小于首尾吃水平均数,二、中垂（Sagging）,船底受拉，甲板受压，根据船舶的吃水状态来判断,船中实际吃水大于首尾吃水平均数,船舶位于波浪中会加剧船舶的拱垂，尤其是船长L和波长相等时，会使船舶处于危险中。,船舶结构一般知识,12,2）总纵弯曲力矩和剪力,（3) 最不利的浮力和重力的大小及分布 浮力的大小和分布:当船舶在海上遇到标准波：波的形状为坦谷波，即波峰较陡而波谷平坦，且波长等于船长L，波高H等于波长的120( L120m时)或波高等于30+2m(L120m时)，船与波的相对位置是波峰位于船中或波谷位于船中时，船舶所受到的浮力分布对船体总纵弯曲强度是最为不利的。 重力的大
5、小和分布: 主要决定于船舶的装载状态。在载重分布合理的情况下，船舶满载出港、满载到港、压载出港、压载到港，船舶重力的分布对船体总纵弯曲强度都是不利的分布。如果遇到标准波，则作用在船体上的弯曲力矩和剪力有可能达到最大值。,船舶结构一般知识,13,1)作用在船体上的力：无论是航行、停泊，还是在坞内，船舶都会不可避免地受到各种力的作用，归纳起来主要有：重力、浮力、货物的负载、水压力、波浪冲击力、扭力(如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等)、冰块挤压力、水阻力、推力和机械震动力及坞墩反力等外力的作用，这些力的最终效果就是使船舶产生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。 总纵弯曲力矩：指作用于船体并使其沿船长
6、方向发生弯曲的力矩。由静水总纵弯矩与波浪总纵弯矩两部分叠加而成。 静水总纵弯矩：当船舶正浮于静水 面上时，从表面上看，重力与浮力 大小相等并处于平衡状态，但事实 上组成船体各分段的重力与浮力的 最终平衡值通常是不相等的。这种 重力与浮力沿船长方向的不均匀分 布，在产生剪切应力的同时，也产 生了总纵弯曲力矩，使船体发生总 纵弯曲。弯矩的最大值在船中附近， 向首尾端逐渐减小。,船舶结构一般知识,14,波浪总纵弯矩：同样使重力与浮力沿船长方向分布不均匀而产生总纵弯矩。且当波长与船长相等或接近时，该弯矩最为显著，对船体结构的威胁也最大。 对尾机型船而言：空载时中拱，满载时中垂。船舶所受的最大剪切应力位
7、于距首尾两端约1/4船长处。 扭转力矩：发生在斜浪航 行、货载对纵中线左右不 对称时。,船舶结构一般知识,15,总纵弯曲力矩和剪力沿船长方向的分布 作用在船体上的总纵弯曲力矩和剪力沿船长方向的分布规律如图所示。,中拱弯矩,剪力安全界限,总纵强度主要由甲板板、船底板、纵向骨架形成,总纵弯曲中离中性轴远的位置受拉压应力较大，一般是甲板和外底板受力最大。,船舶结构一般知识,17,2.横向强度、局部强度和扭转强度,1）横向强度 船体横向强度：指船体抵抗横向作用力的能力。,图1-61 横向变形,船舶结构一般知识,18,横向作用力：水的侧压力、横浪引起的横摇肋骨歪斜。 2）局部强度：船体结构抵抗局部外力作
8、用的能力。 船体除发生整体结构的变形或破坏外，还会发生仅在局部外力作用下局部结构的变形或破坏。 局部作用力：有波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设备的重力及坞墩反力等外力的作用。,船舶抵抗横向变形，一般是舷侧外板、肋骨、肋板、横梁等横向构件形成，船舶横向强度都满足要求，属于免检范围。,船舶结构一般知识,20,2.横向强度、局部强度和扭转强度,3）扭转强度 扭转强度是指整个船体结构抵抗扭转变形和破坏的能力。 当船舶斜置于波浪中，或首尾货舱内的货物堆放在不同的舷侧一边时，以及由于其它原因产生的首尾左右不对称的作用力，都会使船舶所受到的重力和浮力不能对称且均匀地分布，于是会产生扭转力矩，使船体发生
9、扭曲变形.,扭转变形,横向弯曲-扭转强度(torsion strength ),波浪使舷侧两侧横向压力不均，使船体出现扭曲,扭曲过程中，对船舶的结构稳性造成较大的影响。,Container,PCTC（尾跳影响）,Bulk Carrier等船型，因无中间甲板，且甲板上有大舱口，要注意船舶的扭转强度，必要时要予以加强。,船舶局部因为受到较大外载影响，出现一定范围的高应力区，可能使船舶出现破坏。,局部载荷（Local Load）,上图都为船舶局部破坏后出现的危机，尤其以右图中船舶触礁后，船底出现破坏。,在多数情况下仅导致船体局部结构破坏;但有时局部破坏，也会造成全船断裂,局部载荷(Local str
10、enss ),波浪拍击时作用力较大，主要在船舶首尾,波浪会形成较明显的冲击，特别是船舶搁浅时，会将船舶继续推向浅水区,船舶结构一般知识,24,3.对船体结构的设计与建造要求 1)具有足够的强度、刚度和稳定性，保持可靠的水密性，并能满足营运上的要求； 2)构件本身应有良好的连续性，避免应力集中，同时应能保证安装在其上的机械设备具有良好的工作性能； 3)应有合理 的施工工艺， 以提高劳动生 产率，减轻劳 动强度，缩短 船台建造周期， 降低成本； 4)充分考虑整 个船体的美观 和今后维修保 养的方便性。,船舶结构一般知识,25,二、船体结构构件 1) 船体结构构件： 指船体结构中的每一个加工单元，如
11、一块钢板、一根角钢都是一个构件。 2) 结构构件分类： （1）按其用途可分为主要构件和次要构件； （2）按其在船体结构中所承担的不同强度作用可分为纵向构件和横向构件。,船舶结构一般知识,26,1)主要构件：船体的主要支撑构件称为主要构件，如强肋骨、舷侧纵桁、强横梁、甲板纵桁、实肋板、船底桁材、舱壁桁材等。 2)次要构件：一般是指板的扶强构件，如肋骨、纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。 3）纵向构件：在船体结构中，承担总纵弯曲强度的构件称为纵向构件，有：甲板纵桁、甲板纵骨、舷侧纵桁、舷侧纵骨、船底纵桁、船底纵骨、中内龙骨、旁内龙骨、甲板、内底板、纵向舱壁、船体外板等。 4）横向构件：在船
12、体结构中承担横向强度的构件称为横向构件，有：横梁、强横梁、肋骨、肋板、梁肘板、舭肘板、横舱壁等。,船舶结构一般知识,27,三、船体结构型式 船舶：由主船体、上层建筑和许多其他各种设备所组成。 船体（主船体）：是指上甲板以下包括船底、舷侧、甲板、舱壁和首尾等结构所组成的水密空心结构。这些结构全部由板材和骨架组成，即由钢板、各种型钢、铸件和锻件等组成。 船体结构形式：按结构中骨架的排列方式可分为横骨架式船体结构、纵骨架式船体结构和混合骨架式船体结构三种。,船舶结构一般知识,28,船舶结构一般知识,29,三、船体结构形式 1.横骨架式：主船体中的横 向构件排列密，尺寸小，纵向 构件排列间距大，尺寸大
13、。结 构简单、建造容易、横向强 度和局部强度好，舱容利用 率较高且便于装卸，横向刚 性比纵向刚性大。总纵强度 主要由外板、内底板、甲板 板及纵向构件保证，较长的 船则需加厚钢板来保证总纵 强度，因此增加了船舶的自 重。主要用于对总纵强度要 求不高的沿海中小型船和内 河船。,船舶结构一般知识,30,2.纵骨架式：是指主船 体中的纵向构件排列密 尺寸小，横向构件排列 间距大尺寸大。由于纵 向构件的增多大大提高 了船体的总纵强度(总 纵强度好)，可选用较 薄的板材，使船舶自重 减轻，但施工建造比较 复杂，由于横向构件尺 寸的加大使货舱舱容得 不到充分利用而影响载 货量(舱容利用率低， 载货量相对减少
14、)，且装 卸不便。该结构常见于 大型油船和矿砂船。,船舶结构一般知识,31,3.纵横混合骨架式：主船体中的一部分结构采用纵骨架式另一部分结构采用横骨架式。通常船中部位的强力甲板和船底结构因所受的总纵弯矩大，采用纵骨架式，下甲板、舷侧及受总纵弯矩较小，施工不便和波浪冲击力较大的首、尾部采用横骨架式 结构。左图船底和上甲板采用 了纵骨架式，二层甲板和舷侧 采用了横骨架式结构。 混合骨架式综合了纵、横二种 骨架形式的优点，既保证了总 纵强度，又有较好的横向强度， 同时也减轻了结构重量，简化 施工工艺，充分利用了舱容和 方便装卸。但在纵横构件交界 处结构的连续性较差，在连接 节处易产生较大的应力集中。 该骨架结构型式主要应用于大 中型干货船。,船舶结构一般知识,32,船体的剖面模数 ：船体横剖面水平中和轴的惯性矩除以剖面内计算点至该中和轴的距离所得的值。若计算点位于纵中剖面处的强力甲板，其值称甲板剖面模数；若计算点位于纵中剖面处的船底板，其值称为船底剖面模数。船体剖面模数，一般是指该剖面甲板剖面模数和船底剖面模数中的小者。,船舶结构一般知识,34,船舶结构一般知识,35,船舶结构一般知识,36,船舶结构一般知识,37,船舶结构一般知识,38,
