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1、船舶结构一般知识船舶结构一般知识 1 1 船体结构与强度船体结构与强度 一、船体强度的基本概念一、船体强度的基本概念 二、船体结构构件二、船体结构构件 三、船体结构形式三、船体结构形式 四、船体结构四、船体结构 2 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 船舶结构一般知识船舶结构一般知识 3 3 1. 1.总纵弯曲强度总纵弯曲强度 1 1）船体发生总纵弯曲变形的原因）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
2、，例如船舶重力、浮力、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，船舶结构有可能会发生各种变形或破坏这些力的作用下，船舶结构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
3、变形和起的沿着整个船长方向上发生的总纵弯曲变形和 破坏。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 船舶结构一般知识船舶结构一般知识 5 5 船舶结构一般知识船舶结构一般知识 6 6 1.1.总纵弯曲强度总纵弯曲强度 1 1）船体发生总纵弯曲变形的原因）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 方向每一点上的方向每一点上的重力和浮力分布不均匀重力和浮力分布不均匀造成的。造成
4、的。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识 7 7 2 2）总纵弯曲力矩和剪力）总纵弯曲力矩和剪力 船体结构抵抗船体结构抵抗总纵弯曲力矩和剪力 总纵弯曲力矩和剪力作用的能力作用的能力 称为船体总纵弯曲强度，简称称为船体总纵弯曲强度，简称纵向强度纵向强度。 （1)1)总纵弯曲力矩和剪力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船体上向上和向下的负荷( (单位船长上重力和浮力单位船长上重力和浮力 的差值的差值) )，将会产生一种沿船长各区段上下参差不，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
5、势构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间的相互作用力称为内力内力。 内力分为两种，一种是由内部上下移动趋势内力分为两种，一种是由内部上下移动趋势 构成的内力，称为构成的内力，称为剪力剪力；另一种是由弯曲变形趋；另一种是由弯曲变形趋 势引起的内力，称为势引起的内力，称为弯曲力矩弯曲力矩。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识 8 8 船舶结构一般知识船舶结构一般知识 9 9 2 2）总纵弯曲力矩和剪力）总纵弯曲力矩和剪力 （2)2)船体总纵弯曲变形的形式船体总纵弯曲变形的形式 船体总纵弯
6、曲变形的形式有船体总纵弯曲变形的形式有中拱和中垂中拱和中垂两种。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。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识12 12 2 2）总纵弯曲力矩和剪力）总纵弯曲力矩和剪力 （3) 3) 最不利的浮力和重力的大小及分布最不利的浮力和重力的大小及分布 浮力浮力的大小和分布的大小和分布:
7、 :当船舶在海上遇到 当船舶在海上遇到标准波标准波：波的形状：波的形状 为坦谷波，即为坦谷波，即波峰较陡而波谷平坦波峰较陡而波谷平坦，且波长，且波长等于船长等于船长L L，波，波 高高H H等于波长等于波长的的1 120( 20( L120mL120m时时) )或波高等于或波高等于30+2m(L30+2m(L 120m120m时时) )，船与波的相对位置是，船与波的相对位置是波峰位于船中或波谷位于船波峰位于船中或波谷位于船 中中时，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。利的。 重力重力的大小和分布的大小和分布: : 主要决定于船
8、舶的主要决定于船舶的装载状态装载状态。在载。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、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，则作用在船体上的的分布。如果遇到标准波，则作用在船体上的弯曲力矩和剪弯曲力矩和剪 力力有可能达到有可能达到最大值最大值。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识13 13 1)1)作用在船体上的力：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
9、的作用，归纳起来主要有：重力、浮力、货物的负载、水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如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等) )、冰、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、扭转、横向及局部变形。 总纵弯曲力矩：总纵弯曲力矩：指指作用于船体并使其沿船长方向发生弯曲的力矩。由静作用于船体并使其沿船长方向
10、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：静水总纵弯矩：当船舶正浮于静水当船舶正浮于静水 面上时，从表面上看，重力与浮力面上时，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，使船体发生总生了总纵弯曲力矩，使船体发生总 纵
11、弯曲纵弯曲。弯矩的最大值在船中附近弯矩的最大值在船中附近， 向首尾端逐渐减小。向首尾端逐渐减小。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识14 14 波浪总纵弯矩：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。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：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于空载时中拱，满载时中垂。船舶所受的最大剪切应力位于 距首尾两端约距首尾两端约1/41/4船长处。船长处。
12、 扭转力矩：扭转力矩：发生在发生在斜浪航斜浪航 行、货载对纵中线左右不行、货载对纵中线左右不 对称时。对称时。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识15 15 总纵弯曲力矩和剪力沿船长方向的分布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分布规 律律如图所示。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 中和轴x D A B 拉应力拉应力 压应力压应力 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。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识17 17 2. 2.
13、横向强度、局部强度和扭转强度横向强度、局部强度和扭转强度 1 1）横向强度）横向强度 船体船体横向强度横向强度：指船体抵抗横向作用力的能力。：指船体抵抗横向作用力的能力。 图1-61 横向变形 船舶结构一般知识船舶结构一般知识18 18 横向作用力：横向作用力：水的水的侧压力、横浪引起的横摇侧压力、横浪引起的横摇肋骨歪斜。肋骨歪斜。 2 2）局局部强度部强度：船体结构抵抗局部外力作用的能力。：船体结构抵抗局部外力作用的能力。 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局部外 力作用力作用下局部结构的变形或破坏。下局部结构的变形或破坏。 局
14、部作用力：局部作用力：有有波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设 备的重力及坞墩反力备的重力及坞墩反力等外力的作用。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。 船舶结构一般知识船舶结构一般知识20 20 2. 2.横向强度、局部强度和扭转强度横向强度、局部强度和扭转强度 3 3）扭转强度）扭转强度 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是指整个船体结构抵抗扭转变形和破坏 的能力。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当船舶斜置于波浪中，或首尾
15、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，使船体发生扭曲变形地分布，于是会产生扭转力矩，使船体发生扭曲变形. . 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
16、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 strenss ) 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 船舶结构一般知识船舶结构一般知识24 24 3.3.对船体结构的设计与建造要求对船体结构的设计与建造要求 1)1)具有具有足够的强度、刚度和稳定性足够的强度、刚度和稳定性，保持可靠的水密性，并能满足营运上，保持可靠的水密性，并能满足营运上 的要求；的要求； 2)2)构件本身构件本身应有良好的连续性，避免应
