第五章 船舶强度
第五章 船舶强度
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.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措施。 学时:4学时
船舶必须满足局部强度条件。
第二节、保证船舶局部强度
一、表示船体局部强度的指标 1、均布载荷 均布载荷是指船舶不同载货部位单位面积允许承受的最大重 量,单位为KPa 2、集中载荷 集中载荷是指某一特定面积上允许承受的最大重量,单位为 KN。这一特定面积是指向该区域下的承重构件(如甲板纵桁) 施加集中压力的骨材(如横梁)之间的面积。
例题
解: 底舱的许用负荷:Pd1=0.72×Hd1=0.72×8=5.76 m3/t =7.06×Hd1=7.06×8=56.51 kPa 二层舱的许用负荷:Pd2=0.72×Hd2=0.72×3.5=2.52 m3/t =7.06×Hd2=7.06×3.5=24.72 kPa
例题
底舱的实际负荷: P1=H11/SF11+ H12/SF12 =4/1.6+2.5/0.9=5.27 m3/t =51.7 kPa 二层舱的实际负荷: P2=H2/SF2 =2/0.45=4.41 m3/t =43.56 kPa 底舱:因为P1<Pd1,满足局部强度要求; 二层舱:因为P2>Pd2,不满足局部强度要求
3.剪切变形与弯曲变形
中垂变形:Sagging 当船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力时的船体弯曲变形。 此时甲板受压,船底受拉。 当波谷在船中时,中垂变形最大。
3.剪切变形与弯曲变形
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
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甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数wb
弯曲应力
Ix wd Zd
Ix wb Zb
Z d Z b wd wb
1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图
Ml—空船重量对船中所取的重量弯矩,特定船舶为一个特定值。 Mb—正浮时的浮力对船中所取的弯矩,为平均吃水的函数。 Σ|PiXi|—载荷对中弯矩,总载重量的各个组成部分对船中所取的 力矩。(9.81KN.m)
重点与难点
重点 船舶总纵强度的表示和校核方法; 船舶局部强度的表示和校核方法; 保证船舶总纵强度和局部强度的措施。 难点 船舶总纵强度的表示和校核方法; 船舶局部强度的表示和校核方法。
第五章、保证船舶强度
船体强度:Strength of ship。 船体结构在规定外力作用下具有抵抗发生极度变形和损坏的 能力。 船体强度的分类: 总强度:纵向强度、扭转强度、横向强度 局部强度 对于营运船舶:主要考虑纵向强度和局部强度。 1. 船舶横向强度一般都满足要求,无需校核。 2. 扭转强度是针对大开口舱口船舶,如集装箱船(问:集装箱 船设置双层船壳的目的) 3. 如此总强度主要考虑纵向强度,故称总纵强度
Pd 9.81
' i 1 n
H ci SFi
kPa
式中: Hci——自下而上第i层货物之货堆高度(m) 3 SF ——该层货物的积载因数(m /t) i 2) 计算确定拟装部位的拟装货物重量∑P’以及货物底部所跨过的 骨材间距数目n 3)确认满足船体局部强度条件:
Pd' Pd
G3 B3 B2
G1 B1
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一、总纵强度概述
1.船体受力及其分布:如图5 -1
1、船体受力及其分布
2.横剖面上的切力和弯矩
切力和弯矩分布曲线:如图5 -2
2.横剖面上的切力和弯矩
剪力:Shear force 在数值上,纵向各横剖面上的剪力等于该剖面首向或尾 向一侧所受重力和浮力的差值。 当剖面船尾一侧的船体所受的重力大于浮力时,剖面上 的切力为正;反之为负。 经验表明,剪力绝对值的最大值一般出现在距船舶首尾 1/4船长处。船舶首尾端和船中附近,剪力为零。
1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图
营运中的船舶: 甲板剖面模数每年扣除腐蚀量:0.4%--0.6% 5年以下取下限 10年以上取上限
2、强度曲线的使用
强度曲线图 如图5-5
纵坐标∑︱PiXi︱为总载重量 的各个组成部分对船中所取 的力矩的绝对值之和。
横坐标为平均型吃水。
2、强度曲线图的使用
4、扭转强度Torsion strength
1)概念 2)产生扭转变形的原因 ·船体斜置于波浪:影响最大 ·船舶横摇 ·装卸货物 集装箱船和固体散货船:舱口宽大、无中间甲板,扭转强度应予以 强固(双层船壳)
5.改善船体强度的策略
1)船舶设计建造方面:合理选择结构材料、尺寸和布局。 2)货物积载方面:保证货物及其它载重沿纵向分布的合理性。
船舶总纵弯曲变形的判断
三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响:
1.中机船 特点:重载:中拱变形较大 压载:轻微中拱或中垂 措施:货物:中区多装,中途少卸 油水:装时先中部,后首尾;用时相反 深舱:尽量不空
三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响
2.尾机船 特点: 重载:大型船有中垂;普通船有轻微中拱或中垂 压载: 中拱变形较大 措施: 压载:中区为主,不单独使用首尾 油水:装时先中部,后首尾;用时相反 深舱:中部压载
P' n P
式中,pd和P分别为该部位的均布载荷和集中载荷
三、船体局部强度条件的校核步骤:
2、集装箱船 1)根据船舶资料查取具体装载位置集装箱底座上的堆积负荷Ps 2)根据积载计划计算确定堆装在该底座上的各层集装箱重量之 和Pc n
PC Pi
i 1
(t )
式中: Pi——自下而上第i层集装箱的总重量(t) 3)比较。若Pc<=Ps,则该底座局部结构的安全有保证
堆积负荷
二、确定均布载荷的经验方法 (缺乏资料时用)
1、上甲板
Pd 9.81H C C
9.81H C
kPa
式中: Hc——甲板设计堆货高度,重结构船取1.5m,轻结构 船取1.2m; γc——船舶设计时选用的货物装载率,即舱内货物重量与舱容的 比率,(t/m3) μ——该船的设计舱容系数,(m3/t)。
第一节 保证船舶的总纵强度
一、总纵强度概述 纵向强度(Longitudinal strength of ship) 船体结构所具有的抵御因重力和浮力沿纵向分布不一致 而造成的极度变形或损坏的能力。
一、总纵强度概述
整体平衡 纵向各舱不平衡
G6 B6
GR BR
G5 B5
G
G4 B B4
一、表示船体局部强度的指标
一、表示船体局部强度的指标
3、车辆甲板负荷 车辆甲板载荷指在舱盖、甲板或舱内装载车辆或使用车辆装卸 货物时,甲板、舱盖或内底板允许承受的以特定车轮数目为前 提的车辆及所载货物的总重量。 4、堆积负荷 堆积负荷是指集装箱船的甲板、舱盖或舱底上不同的20‘或40’ 集装箱底座所能承受的最大重量。
步骤
(1)在dm处作垂直于横坐标的垂直线 (2)计算∑︱PiXi︱,作垂直于纵坐标的水平线 (3)上述垂直线与水平线相交于一点。据此判断船体变形的方 向和范围。点划线 虚线 实线 点划线和虚线之间:有利范围 虚线和实线之间:允许范围 实线之外:危险范围 点划线左上方:中拱范围 点划线右下方:中垂范围
2.横剖面上的切力和弯矩
弯矩:Bending moment。 重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的力矩,M(x)为 (+);反之M(x)为(-)。 当首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时,所出现的弯曲变形 称为中拱。此时对应的弯矩曲线为正。反之为负。 弯矩绝对值的最大值一般出现在船中处。(此时对应点的剪力为
二、确定均布载荷的经验方法 (缺乏资料时用)
2、中间甲板和舱底
Pd 9.81H d c
kPa
式中: Hd—二层舱或底舱的高度(m) γc—设计装载率,无资料时可取γc=0.72t/m3
三、船体局部强度条件的校核步骤:
1、杂货船 1)计算确定单位面积的实际负荷量Pd
四、保证满足船舶局部强度条件的措施
1)考虑船龄 2)加横跨骨材的衬垫 3)舱盖上不装重货 4)注意局部强度的校核
例题:
某轮No.2货舱二层舱拟装钢板(SF=0.45 m3/t),堆高2 m,底舱先 装一层钢管(SF=1.6 m3/t ),堆高4 m,再装一层箱货(SF=0.9 m3/t ),堆高2.5 m。已知二层舱高3.5 m,底舱舱高8 m。试校核 该舱的局部强度。
二、船体总纵强度校核
1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图 (1)依据 我国《钢质海船入级与建造规范》(1989年以前版本)要求船 中处的甲板剖面模数不小于根据静水弯矩和波浪附加弯矩计算 的临界值。
Wd—船中处的甲板剖面模数,特定船舶为一个确定值。(船体 横剖面水平中和轴的面积惯性矩除以剖面内计算点到该中和轴 的距离所得的值) [σc]—材料的合成许用应力(拉力),取155MPa。 Mw—《规范》规定的波浪弯矩,特定船舶为一个特定值。 M’s—船中处的静水弯矩。
3.剪切变形与弯曲变形
弯曲变形:船体受到弯矩作用使其纵向构件产生的弯曲变形。 弯曲应力:船体构件单位横剖面面积上所受到的弯矩。
3.剪切变形与弯曲变形
拱垂变形:船体发生的总纵弯曲变形。 中拱变形:Hogging 当船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时的船体弯曲变形。 此时甲板受拉,船底受压。 当波峰在船中时,中拱变形最大。