四、船舶强度

1、1 船舶强度 海上货物运输课题组 2009年2月 2 总目录教学目录退出后退上一页下一页 目录目录 1.教学要求 2.教学内容 3.总结 3 总目录教学目录退出后退上一页下一页 教学要求教学要求 1.掌握船舶强度的概念和种类； 2.理解船舶产生纵向变形的原因、 拱垂变形与弯矩的关系； 3.掌握利用纵强度曲线图、载荷弯 矩许用力矩表进行船体纵强度校核 的方法以及船体纵向变形的经验校 核方法； 4 总目录教学目录退出后退上一页下一页 教学要求教学要求 4.了解船体布置对船体纵向受力的 影响； 5.掌握改善和保证船舶纵向强度的 具体做法。 6.掌握船舶局部强度的校核方法和 保证船舶局部强度不受损伤的

2、措施。 5 总目录教学目录退出后退上一页下一页 教学内容：目录教学内容：目录 一、船舶强度基本概念 二、船舶纵向强度校核及保证措施 三、船舶局部强度校核及保证措施 6 总目录教学目录退出后退上一页下一页 3.船舶强度的影响因数 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 (一)船舶强度Strength of Ships 1.概念：船舶结构抵抗船体发生损 坏和变形的能力。 2.分类 总强度 局部强度 纵向强度 横向强度 扭转强度 7 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 (二)纵向强度Longitudinal Strength 1.概念：抵抗沿船长方向产生弯

3、曲变 形的能力 2.船舶产生变形的原因： G B 整体平衡 纵向各舱不平衡 G1 B1B2 G3 B3 G4 B4 G5 B5 GR BR G6 B6 8 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 3.剪力Shearing force 负荷=重力浮力 分段船体存在负荷，为了维持平 衡，该侧船体必然受到来自另一 侧船体的作用力，通过剖面构件 上传递的这一作用力称为剪力 剪力的大小与本段船体所受的负 荷大小相等，但方向相反 9 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 符号：当剖面船尾一侧重力大于浮 力时，剖面剪力为正，反之为

4、负 剪力最大值： 船首、尾1/4 船长处 10 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 4.弯矩Bending moment，(弯曲力矩) 当某横剖面上首向一侧各段剪力对 该剖面的力矩之和不为零，则相对 一侧(尾向)船体必然通过剖面连接 构件传递一反向力矩来维持船体平 衡，该力矩为该横剖面的弯曲力矩 最大弯矩值：船中前后 11 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 5.弯矩变形 中拱Hogging：中部上拱，船体受 正弯矩作用 中垂Sagging：中部下垂，船体受 负弯矩作用 12 总目录教学目录退出后退上一页下一页

5、 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 波浪中航行的弯矩变形： 当波长=船长 中拱船船中位于波峰，中拱加大 中垂船船中位于波谷，中垂加大 13 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 (三)横向强度Transverse Strength 1.概念：抵抗沿横向变形的能力 2.各种船型满足情况： 一般货船，横框架坚固，横向强度 足够； 集装箱船：舱口宽大、无中间甲板， 横向强度应予以强固。 14 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 (四)扭转强度Torsion strength 1.概念：抵抗扭转变形的能力 2.产

6、生扭转变形的原因 船体斜置于波浪：影响最大，最大 处位于船中附近 船舶横摇 装卸货物 15 总目录教学目录退出后退上一页下一页 一、船舶强度基本概念一、船舶强度基本概念 (五)局部强度Local Strength 1.概念：抵抗局部发生变形和破坏 的能力 2.局部强度的影响： 局部强度虽然是局部性的，但有时 也会导致全船的破坏 3.局部强度考虑部位： 上甲板、中间甲板及底舱甲板 16 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 (一)船舶积载时纵向强度保证措施 1.按舱容比例分配货重 或 17 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵

7、向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 2.均衡装卸各舱货物，合理安排装 卸顺序； 3.应考虑中途港装卸货物对强度的 影响； 4.油水的合理分布和使用； 5.吃水差调整时兼顾船舶拱垂状态 的改善。 18 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 各种类型船舶纵向强度改善措施 船型装载状态纵向变形配置使用 中机型 满载时中拱先中间先首尾 空载时轻度中拱先中间先首尾 尾机型 满载时中垂或中拱 按具体 情况定 空载时中拱先中间先首尾 19 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措

8、施 (二)船舶纵强度校核原理 剖面实际剪力该剖面许用剪力 剖面实际弯矩该剖面许用弯矩 基本思路 20 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 1.许用剪力和许用弯矩 可从船舶资料中查取 船舶一般分成如下几种情况给出： 1)给出船中许用静水弯矩 对于较小船舶(长度在90m以下)， 船舶资料只给出船中剖面上的许用 弯矩 21 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 2)给出港内(静水中)和海上(波浪中) 船中弯矩许用值 对于中等大小船舶(长度在150m以 下)，船舶资料给出船中剖面上

9、的 静水中和波浪中的许用弯矩 22 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 3)给出重要剖面上的剪力和弯矩许 用值 对于大型船舶(长度在150m以上)， 船舶资料给出各横舱壁对应横剖面 处的静水许用剪力和弯矩、波浪许 用剪力和弯矩；也可将船长分成 20站，再给出上述对应值 23 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 2.船舶实际装载状态时的剪力和弯 矩 计算步骤 24 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 (三)船舶纵

10、向强度校核的几种常见方 法 1.船中弯矩估算法 (适用中小型船舶) 最大静水弯矩MS：甲板因腐蚀变 薄，强度有所降度 Ms=Wdc 10-3-Mw (kNm) Mw=9.81FLBPB(Cb+0.7)10-2 (kNm) 2 25 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 实际静水弯矩MS：MS0，船舶中 拱；MS|MS|，船舶纵强度满足要求； MS|MS|，船舶纵强度不满足要求 26 总目录教学目录退出后退上一页下一页 2.用强度曲线图校核 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 3.0 4.0 5.0 6.0 7

11、.0 8.0 9.0 dm (m) 4 44 8 12 16 20 24 28 32 36 40 PiXi (104kNm) 有利范围 允许范围 中拱中垂 1)结构 2)使用 不包括空船重量 有利中拱 由船中弯矩估 算法演变而成 27 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 3.用载荷对船中弯矩允许范围数据表 进行校核 型吃水 dm (m) 排水量 (t) 载荷对船中弯矩值PiXi (kNm) 2.6253712077720 3.006333466982259210 3.50748477752756975518903 4.0086541

12、095401887629336777 4.50982114138611206189655337104485 5.001101417459121538140987288436436228664 5.5012207208213018743581323506772654564882 中拱状态中垂状态 允许范围有利范围有利范围允许范围 28 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 型吃水 dm (m) 排水量 (t) 载荷对船中弯矩值PiXi (kNm) 5.5012207208213018743581323506772654564882 6.

13、00134212413472220570016548481103996896224 6.501460727370062529234197838214275301219758 7.001585530936392885867233501517841631576391 7.501708934479373240165268931321384611930689 8.001833438060703598298304744624965942288822 8.501961741776243969852341900028681482660376 9.0020881454142843336563782804323

14、19523024180 9.192136746945924486820393596833851163177344 中拱状态中垂状态 允许范围有利范围有利范围允许范围 接上表 29 总目录教学目录退出后退上一页下一页 拱垂判断： 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 4.用经验数值校验 拱垂值： 中垂状态 中拱状态 30 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 经验数值校验 危险范围 不许开航 有利范围 可以开航 正常范围 可以开航 极限范围好天气允许开航 31 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度

15、校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 5.站面强度校核表法 对不同剖面的剪力和弯矩校核的必 要性：由于船体纵向结构非对称性 和纵向载荷的非均匀性，仅以上方 法校核船中剖面弯矩显然不够准确 和全面，尤其是对于大型船舶。 32 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 1)许用剪力和许用弯矩 大型船舶一般将海上航行状态(At sea)和在港停泊状态(In harbour) 分开校核； 小型船舶仅给出最大剪力许用值和 最大弯矩许用值。 上述值可由船舶装载手册或强度计 算书中查取 33 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度

16、校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 34 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 2)舱壁站面处的实际剪力和弯矩的 计算 计算各站面处的重力Wi i和重力距Mi i 应自船尾起向首计至该站面的重量 和重量力矩总和，重力可由空船、 货物、油水和常数4部分构成 35 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 计算各剖面处的浮力Bi i和浮力距MBi i 是自船尾计至相应站面的浮力或浮 力距的累加 其值可从船舶资料“浮力或浮力距 数值表”中以平均吃水和吃水差为 引数查取 36

17、总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 计算各站面处的剪力 SFi=WiBi 计算各站面处的弯矩 当采用船尾坐标系计算重力距时： BMi=MiMbi 当采用船中坐标系计算重力距时， BMi=MiWiliMbi 37 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 3)各站面上的剪力和弯矩实际值与 许用值比较 当各站面上的实际剪力和弯矩均小 于许用值时，说明该装载状态下的 总纵强度满足要求。 38 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证

18、措施 6.利用主机气缸曲拐开档差值检验拱 垂变形 船舶拱垂变形，会影响主机气缸开 档差 开档差值0.01%活塞冲程 有利范围 开档差值0.01%0.02%活塞冲程 允许范围 开档差值0.02%活塞冲程危险范围 39 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 (三)船体布置对纵向强度的影响及改 善方法 1.各船型弯矩特性曲线(以杂货船为 例) 各机型、不同吃水时，静水弯矩均 处于中拱状态 40 总目录教学目录退出后退上一页下一页 中拱中垂 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 杂货船船 型与弯矩 特性曲线 (104N

19、m) dm (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 012345678910 1112 弯矩 尾机船 中后机船 中机船 41 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 结论 中机船 空载，中拱弯矩较小 满载，中拱弯矩较大(特别注意) 中后机船 空载至满载，中拱弯矩变化不大 空载时中拱弯矩比满载时大 尾机船 空载，中拱弯矩较大(特别注意) 满载，中拱弯矩较小 42 总目录教学目录退出后退上一页下一页 二、船舶纵向强度校核及保证措施二、船舶纵向强度校核及保证措施 2.不同机舱位置的船舶，营运中改 善纵向弯矩的方法 考虑要素：货物纵向

20、分配、油水装 载顺序、油水使用顺序 43 总目录教学目录退出后退上一页下一页 三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施 (一)船舶局部强度校核 1.用船舶资料确定甲板的允许负荷 量Pd 所需船舶资料：局部强度计算书 (或舱容图) 实际负荷量Pa允许负荷量Pd 44 总目录教学目录退出后退上一页下一页 三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施 2.允许负荷量的表示方法 1)均布载荷 (kPa) 2)集中载荷 (kN) 3)车辆载荷 (kN) 4)集装箱载荷 (kN) 45 总目录教学目录退出后退上一页下一页 三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施 3.用经验公式求甲板允许负荷量Pd 1)上甲板 c：设计时的货物装载率 Hc：货堆高度，重结构船取1.5m 轻结构船取1.2m ：船舶设计时采用的舱容系数 当无c 、资料时，Pd不超过1.5t/m2 46 总目录教学目录退出后退上一页下一页 三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施 2)中间甲板和底舱 c：设计时的货物装载率 Hd：甲板间舱平均高度或底舱高度 无c具体资料时，可取c=0.72t/m3 对于底舱，可取1.0t/m3 47 总目录教学目录退出后退上一页下一页 三、船舶局部强度校核及保证措施三、船舶局部强度校核及保证措施 4.实际负荷量Pa的计算