ℓL/2 F/2
剪切力Q分布
Q=F/2
F
F
弯矩M分布
M=Q x ℓL/2
Slide 4
Basic Hull Strength
F/2 Q=F/2
简支梁 – 分布载荷
简单梁 分布载荷 简支固定
pL/2
剪切力分布 Q=pL2
弯矩分布
Slide 5
p
L
M=pL2/8
Basic Hull Strength
pL/2 Q=pL/2
Slide 20
船体结构支撑层次
Basic Hull Strength
板 – 强力纵骨 – 纵桁 –
板架
– 船体
由于海水压力在船体板上产生的应力， 通过上面层次传递 到总船体。
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第一层: 板材 – 简单梁
Basic Hull Strength
没有转动
Slide 22
纵骨
板材
海水压力
最大的剪切力和弯矩
SF 在支撑端点。 (船侧 &
Slide 24
BM 纵舱壁.)
第3层 纵桁-横框架
两横舱壁之间的纵桁
Basic Hull Strength
最大的剪切力和弯矩传 递给横舱壁
横框架的集中载荷传递给纵桁，最大的剪切力和弯矩在端点。
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梁系, 力的传递
Basic Hull Strength
SESAM
5 SEP 2
船侧纵骨内应力
腹板产生额外弯曲应 力
Z Y X
Slide 19
1.39 1.32 1.25 1.18 1.11 1.04 .974 .905 .835 .766 .696 .626 .557 .487 .418 .348 .278 .209 .139 .696E-1
常见船舶结构形式
τ=Q
As
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常见船舶结构
Basic Hull Strength
扁钢 (平板) 容易生产，但抗失稳性能不好，具有很小的剖面 模数。 最常用于甲板和船侧的上部分。
角钢 (扎成或者焊接)
角钢在垂向载荷下会产生扭转，这就带来了额外的应力。角钢 更倾向于产生疲劳裂纹，相对于对称形状的结构来讲。 (Ref. sketch next page)
b
l
y1
n.a
x 剖面模数:
惯性矩:
剖面模数代表梁的抗弯能力。
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σ=M
ZX
Zx
=
Ix y1
Ix
=
1 12
bl 3
+
2 Aflange y12
剪切应力 & 剪切面积
腹板将剪切载荷传递到支撑端
y
t
h
n.a
剪切力 :
荐且面积 :
x
剪切应力:
Basic Hull Strength
Q As = h ⋅t
弹性区间: σ < σyield
σ
- 在此区间的应力作用下，在撤销载荷
后，梁将返回原状。这个区间，简单
梁的理论适用，
屈服
断裂
非弹性区间: σ = > σyield
- 受此区间应力作用下，梁会产生永久 变形，即使撤销载荷后。（屈服/失稳/ 车/折断）
Slide 11
非弹性阶段
ε (延长系数)
弹性阶段
σ=ε*E
两纵骨之间的板可以 认为是两端固定并承 受分布载荷的简单梁。
将板简化成梁
第2层：纵骨 –简单梁
Basic Hull Strength
横框架之间的纵骨
最大的剪切力和弯矩在结合处
对称载荷不产生转动 可认为完全固定
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第3层 : 横框架 –简单梁
Basic Hull Strength
固定支撑 船底纵骨的集中载荷
高强度钢-High Tensile Steel (HTS) Basic Hull Strength
材料等级 NVA - NVE
•表示材料塑性性能(防止脆性破坏) • 根据结构的位置和板厚决定材料等级
NVA NVB NVD NVE
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MS HT28 HT32 HT36 HT40
弯曲应力 – 载荷作用下的梁
弯矩
A
压应力
拉应力
A
剖面 A-A
剪切力
弯曲:梁在载荷作用下将产生弯曲变形，变形受梁的加强方式和边界固定条 件影响。 梁上端的集中载荷在梁的上部分产生压应力，在梁的下部分产生 拉应力。
剪切面: 梁必须有足够的横剖面承担外部载荷并将它们传递到支座上。
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简支梁 - 集中载荷
简单梁
集中载荷F 简支固定
简单梁
船体
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船体梁弯曲
在载荷作用下，船舶将和简单梁一样弯曲
Basic Hull Strength
Slide 30
简单梁 VS 船体梁
A
A
F
A
A
弯曲应力, σ
压应力
拉应力
Section A-A
剪切应力 τ
甲板和船底作为面板，船侧作为腹板。
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Basic Hull Strength
结构受损过程
• 层次1 纵骨支撑板材 • 层次2 横框架支撑纵骨 • 层次3 板架支撑横框架 • 层次4 板架组成船体
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Basic Hull Strength
简单梁 VS 船体梁
Basic Hull Strength
船体有很多属性与简单梁一样，因此简单梁理论适用于船体梁强度
分析。术语 “船体梁” 就是把船体当城简单梁考虑。
旁纵桁
船底纵骨由实肋板
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双层底结构
船底板承受的海水压力通过结构层 次被传递到船体梁上
实肋板
中纵桁
Beams, load transfer
Basic Hull Strength
船底纵骨支撑船底 板
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纵舱壁
单壳结构
船底海水压力通过结构层次传递到 船体梁上
横框架
CL girder
支座刚性 = 0 支左刚性 = 1
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简单支撑 固定支撑
固定端
Basic Hull Strength
结构节点 – 弹性支撑
对称载荷下 – 刚性支撑
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梁端固定方式
• 结构上的载荷决定梁端固定类型 • 船底纵骨与横舱壁的联结
对称载荷下为刚性支撑
Empty
非对称载荷下为弹性支撑
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Basic Hull Strength
LEomadpetdy
轴向应力
力 截面
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Basic Hull Strength
应力 = 力 截面
σ
= ε x E (Hook’s Law)
ε:
相对延长
E:
Youngs modulus
(2,06E5 N/mm² - steel)
弹性和非弹性区间
Basic Hull Strength
船体强度基础知识
Basic Hull Strength
Slide 1
目标
Basic Hull Strength
完成学习本章内容后，应该理解:
在载荷作用下，简单梁的变形以及相应的剪切力和弯矩。 船体梁上的局部载荷和全局载荷，以及相应的剪切力和弯矩。
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简单梁属性
集中载荷
Basic Hull Strength
• 弯矩 和 剪切力 • 轴向应力 / 弯曲 / 剪切 • 剖面模数 / 惯性矩 / 剪切面积 • 应力分布 弯曲和剪切 • 因载荷方式和支撑方式不同而分布也不同 • 型材类型和属性 • 结构层次： 板才-纵骨-桁才-板架
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R1
承受弯矩的区域
F
A
A
A
A
R2
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n.a
剖面 A-A
弯曲应力的分布
面板上最大 中性轴n.a上为0:
Basic Hull Strength
剪切应力 – 简单梁
F
A
A
R1
A
A
R2
Basic Hull Strength
承担载荷并传递 到支座的区域
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Section A-A
应力分布 最大的应力在中性轴上：
应力传递
Basic Hull Strength
局部应力 : 梁应力: 船体应力;
板材 / 纵骨 横框架 / 纵桁 /实肋板 甲板 船底/船侧 /纵舱壁
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案例 2: 梁-讨论
Basic Hull Strength
• 对于刚性支撑的梁，在均匀载荷的情况下：例 如海水压力。下列正确的是
– 在某个地方弯矩为0
Basic Hull Strength
球扁钢 (单面 / 双面)
球扁钢 方便于上防锈漆.最常见的是单面球扁钢，在垂向载荷下 将产生一点斜弯曲（和L角钢相似）。
T型材
T型材是对称的，不容易产生斜弯曲。 有利于提高抗疲劳能 力。这种形状具有较大的剖面模数。 在单壳VLCC发现一些
T型材失稳，由于腹板又高又薄，而且面板偏小。
– 两端的反作用力相等 – 端点没有转动
– 跨中一面板弯矩应力为正，一面为负 – 跨中剪切应力最大 – 剪切力由腹板承受
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案例 2: 讨论
Basic Hull Strength
• 横桁才由纵骨支撑（对）（错）。 • 横框架之间的纵骨为简单支撑还是固定支撑