船舶管理（二三管轮）1-2 船舶强度

MOL

COMFORT号，2013年6月在印度洋断裂SMART号在南非搁浅后断裂5000吨散货船在长江宜昌水域航行途中断裂游轮在长江重庆段触礁断裂“BARELI”轮在福州江阴港附近海域触礁船中部断裂第二节

船舶强度船体强度基本概念

船体结构抵抗各种外力作用的能力船体强度的分类：1.总纵弯曲强度2.横向强度3.局部强度4.扭转强度一

总纵弯曲强度

船舶主要受哪些力的作用？

船舶在营运过程中，作用在船体上的外力很多，有重力、浮力，船舶作各种运动时产生的惯性力，波浪冲击力，螺旋桨和机器等引起的振动力、碰撞力，搁浅和进坞时礁石与墩木的反作用力等。

(一）船体发生总纵弯曲变形的原因

当船舶静浮于水上时，重力W和浮力D的大小相等，方向相反，作用于同一条直线上。船舶为什么会弯曲？

引起船体发生总纵弯曲的原因，主要是由于沿着船长方向每一点的重力和浮力分布不均匀造成的。

（二）

中拱与中垂

若船体中部所受的浮力大而艏艉端所受的浮力小，重力在中部小而在艏艉端大，此时船体将发生中部上拱而艏艉两端下垂的总纵弯曲变形，这种船体的弯曲变形称为中拱。

相反，若船体中部所受的浮力小而艏艉端所受的浮力大，重力在中部大而在艏艉端小，此时船体将发生中部下垂而艏艉两端上翘的总纵弯曲变形，这种船体的弯曲变形称为中垂。

船体中拱或中垂而引起的挠度，一般不得大于L/1000

船体挠度

表示船体受到外力时发生弯曲变形的程度，以构件弯曲后各横截面的中心至原轴线的距离来度量。

过大的中拱和中垂的危害①过大的中垂会减小船舶装载量；过大的中拱和中垂的危害②上层建筑和甲板室连接处作用力增加；③使轴系和管系等发生弯曲变形；④大开口舱口的变形会影响与舱盖的配合。（三）总纵弯曲力矩和剪力

船舶弯曲变形后，就会在船长方向上各点产生总纵弯曲力矩和剪力。

船体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。

总纵弯曲力矩和剪力沿着船长方向的分布特点：

（四）船体受到的水压负载和舱柜受到的负载最具破坏力的弯矩和剪力？最不利的浮力：标准波最不利的重力：满载或空载油船满载或中机型货船满载遭遇标准波

中机型油

船（五）总纵弯曲强度的衡准

1船中剖面模数

Wd=I/Zd

Wb=I/ZbI参与总纵弯曲力矩的构件对船体横剖面中和轴的惯性矩Zd中和轴至强力甲板边线的垂直距离Zb中和轴至船底平板龙骨上缘的垂直距离

把甲板剖面模数Wd和船底剖面模数Wb统称为船中剖面模数。2总纵弯曲应力根据梁的弯曲理论可知，将船体所承受的最大弯曲力矩M，分别除以甲板剖面模数和船底剖面模数，则可得甲板的总纵弯曲应力σd和船底的总纵弯曲应力σb分别为：

σd=M/Wdσb=M/Wb

若船体发生中垂弯曲时，甲板受压应力作用，船底受拉应力作用；而位于中和轴处，总纵弯曲应力等于零

总纵弯曲应力的大小沿船深方向是成线性分布的。甲板和船底的弯曲应力方向相反，当船体发生中拱弯曲时，甲板受拉应力作用，船底受压应力作用；3．总纵强度衡准由于船底构件较多，中和轴一般偏低，故甲板剖面模数较船底剖面模数小。所以，一般甲板上所受的总纵弯曲应力较船底的总纵弯曲应力大。为了强度校核，取剖面模数较小者作为船中剖面模数，并以“W”表示。设作用在船体上的最大总纵弯曲力矩为M，则在船体结构中产生的最大弯曲应力为

σ=M/W

若船体结构材料的许用应力为[σ]，当σ≤[σ]时，即M/W≤[σ]，就认为船体结构材料是满足总纵弯曲强度要求的。

当船体的几何形状、大小和布置、载重量、结构材料等是确定的时候，最大的总纵弯曲力矩M和结构材料的许用应力值[σ]也是一个确定值，令M/[σ]=W0则W0也是一个确定的值。由此，船体强度要满足总纵弯曲强度的要求σ≤[σ]，则船体中实际的船中剖面模数W必须满足于W≥W0。因此，剖面模数W0是满足总纵弯曲强度要求的最小的船中剖面模数。故W0也可以作为衡量船体总纵弯曲强度的衡准。船舶营运多年以后，船体结构材料因锈蚀而变薄，实际的船中剖面模数会变小。

二

横向强度

定义：船体结构抵抗横向作用力的能力。承担的主要构件：横梁、肋骨、肋板及由它们所组成的肋骨框架和横舱壁

三.局部强度

定义：船体结构抵抗局部外力作用的能力。举例部位：船首底部冲击力、尾部螺旋桨的激振作用等

措施：局部加强

四

扭转强度

定义：船体结构抵抗扭转变形和破坏的能力。成因：船首尾相对中心线左右受力不对称（波浪和配货等原因）

措施：对于集装箱等货舱开口大的船舶进行计算

五、船舶受到的冲击、砰击及振动（一）船舶受到的冲击与砰击砰击是船舶在恶劣的海况中航行时波浪与船体的激烈冲击现象，主要发生于船艏部。船舶水动力砰击可以分为四大类：（1）艏底砰击（2）波浪拍击（3）艏外飘砰击（4）甲板上浪

（二）船体的振动1．船体振动的原因

一是设计时考虑不周或计算的错误

二是建造质量问题三是营运时航行条件及操作管理水平的影响

2．船体振动的分类通常将船体振动分为总振动和局部振动两大类。总振动：整个船体的振动

局部振动：船体局部结构，如板架、梁、板格等对于整个船体所作的附加振动。

按振动时的不同受力情况，船体总振动和局部振动都有自由振动和强迫振动这两种不同性质的振动。

自由振动：如在水中航行或停泊的船舶，当受到一个较大的波浪冲击后，就能激起船体的自由振动，由于存在阻尼而很快消失。

强迫振动：船舶在航行中一直受到干扰力作用（如主机的不平衡惯性力）而激起的振动为强迫振动。3．船体的防振与减振

防振是指船舶在设计阶段就考虑到振动衡准的要求而采取的降低振动的措施。

减振则是指使营运船舶的振动下降到振动衡准的要求。

防振与减振其基本原理是一样的:

改变结构的固有频率或干扰力频率以避免共振；减小干扰力的幅值与减小干扰力的传递以降低强迫振动的程度；

增加结构刚度和阻尼等。六、腐蚀

金属与周围介质发生化学、电化学作用或物理溶解产生变质和破坏的现象称为腐蚀。

（一）金属腐蚀的分类

依金属腐蚀过程的特点分为：化学腐蚀、电化学腐蚀。

依腐蚀表面的特征分为：全面腐蚀、局部腐蚀。（二）化学腐蚀1．化学腐蚀概念

金属与周围介质（非电解质）直接发生化学作用引起的破坏称为化学腐蚀。腐蚀过程中不产生电流。化学腐蚀分为气体腐蚀和有机介质腐蚀。气体腐蚀是指金属在干燥气体中或高温气体中

的腐蚀。金属在有机介质中的腐蚀：有机介质为不导电的非电解质介质，例如有机酸、卤代化合物和含硫的化合物等。3．防止化学腐蚀的措施

根据化学腐蚀的机理，可在零件表面上覆盖一层保护膜，如镀锡、镀锌、发蓝处理等。

发蓝是将钢在空气中加热或直接浸於浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术，也称发黑。（三）电化学腐蚀1电化学腐蚀原理

电池作用原理可以充分说明金属在电解质溶液中的腐蚀过程阳极氧化反应后铁被溶解Fe→Fe2++2e阴极还原反应后放出氢气2H++2e→H2↑Fe-Cu电池示意图2船上常见的电化学腐蚀

海水腐蚀

海水由于含盐高而成为