[理学]3第三章强度.ppt

青院船艺教研室 齐绍江 海上货物运输 上海海事大学商船学院 第一节 船舶强度的概念及分类 ①概念 船舶是一种由板材和骨架构成的浮动建筑物。船体在重力、浮力、船体摇荡运动中的惯性力、风浪力等外力作用下，将不可避免地发生变形。为保证船舶安全，船体结构必须具有抵抗发生过大变形和破坏的能力，这种能力称为船舶强度。 第一节 船舶强度的概念及分类 ②分类 按照外力分布和船体结构变形范围的不同，船舶强度可分为总强度和局部强度，而总强度又按外力分布及相应船体变形的不同方向，分为纵向强度和横向强度。对于营运船舶，主要应考虑船舶的总纵强度和局部强度。 （一）船舶产生纵向变形的原因 ①船舶总纵强度概念 指船体整个结构抵御纵向变形或破坏的能力。将船体视为一根空心变断面且两端自由支持的梁，船舶总纵强度研究的是船体在外力作用下整个船体梁所具有的抵御纵向弯曲、剪切和扭转的能力。 ②船舶纵向变形的原因 从整体上讲，船舶重力和浮力大小相等、方向相反并作用于同一垂线上，但这两个力沿船长方向各区段内其大小并不都是相等的，即重力和浮力沿纵向分布规律不一致，由此导致船舶纵向发生变形。 1 ①重力 包括船体、机器设备、燃料、淡水、各种备品、压载水、所载货物等项重力。由于船体结构和各类载重分布的不连续性，重力纵向分布呈跳跃状。 ②浮力 指船在平静水中或静置于波浪中，舷外水对船体压力的合力。浮力纵向分布也是不均匀的，它取决于船体水线下的体积和形状。 ③载荷及载荷曲线 沿纵向上船体各区段所受重力和浮力的差值就是该区段船体上所受垂向合外力，称为载荷。不同横剖面上的载荷形成载荷随纵向位置的分布曲线，称为载荷曲线。 1、船体纵向受力分析 1)浮力曲线——单位长度的船体所受的浮力，用浮力分布密度函数 b(x)表示。 2)重力曲线——单位长度的船体所受的重力，用重力分布密度函数 g(x)表示。 3）载荷曲线——单位长度的船体所受的重力和浮力的差值，用载荷 分布密度函数f(x)表示。 2、剪切变形和弯曲变形 3、船体横剖面上的剪力和弯矩 1）剪力（Shear force）—船体横剖面两侧的船体之间通过横剖面上的纵向构件相互传递的垂向力，在数值上等于横剖面一侧的重力和浮力的差值 ； 2）弯矩（Bending moment）—船体横剖面两侧的船体之间通过横剖面上的纵向构件相互传递的横向（右手法则）力矩，在数值上等于横剖面一侧的重力和浮力的差值对该剖面所取的力矩。 我国规范规定，横剖面船尾一侧的船体所受的重力大于浮力，该剖面的剪力为正值；横剖面船尾一侧的船体所受的重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的力矩，该剖面的弯矩为正值 4、剪力曲线和弯矩曲线 5、中拱（Hogging）变形和中垂（Sagging）变形 a、中拱变形—船体中横剖面在正弯矩作用下所发生的弯曲变形，能使船舶的上甲板被拉伸，船底被压缩。 b、中垂变形—船体中横剖面在负弯矩作用下所发生的弯曲变形，能使船舶的上甲板被压缩，船底被拉伸。 最危险的拱垂变形的发生条件 （1）中部空舱，首尾满舱，波峰位于船中； （2）中部满舱，首尾空舱，波谷位于船中。 中拱（Hogging）和中垂（Sagging） （三）、保证船体纵强度各货舱应分配货重 为了保证船体纵强度不受损伤，应按各舱货舱容积大小成正比例地分配货重，即船舶中部容积较大的货舱多装货，而在首尾部容积较小的货舱少装货。 按各舱货舱容比分配货重 Pi —— 第i货舱应分配的货物重量（t）； Vi.c.h —— 第i货舱的货舱容积（m3）； ∑Vc.h —— 全船的货舱总容积（m3）； ∑Q—— 全船装载货物的总重量（t）； Vi.c.h /∑Vc.h—— 第i货舱容积与全船货舱总容积之比，简称舱容比。 （三）、保证船体纵强度各货舱应分配货重 在实际配积载过程中，不仅要考虑船舶的纵向受力，还要考虑船舶的稳性、吃水差以及因货物的理化特性而产生的对配积载的特殊要求等，因此各舱的实际配货重量不可能严格按照上式计算出来的数值，应允许有少量的调整，这个调整值以某舱按上式计算出来的配货重量的±10%为好。 1.校核原理： 校核剖面上承受的剪力和弯矩不大于所能承受的最大剪力和弯矩则认为满足营运安全。 1)许用剪力和许用弯矩 船舶纵向上某剖面所能承受的最大剪力和弯矩。通常根据《钢质海船入级与建造规范》中规定的参数计算，使用时从船舶资料中直接查取。 船舶资料中： 较小船舶（船长90m以下），只给出船中许用静水弯矩； 中等大小船舶（船长150m以下），给出船中剖面静水和波