第二章船体总纵强度计算

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1、第二章船体总纵强度计算主讲：陈震2.1船体总纵弯曲应力第一次近似计算根据船体总强度概念，在得出船体总纵弯曲力矩和剪力之后，可根据梁理论计算船体总纵弯曲应力和剪应力。根据梁的弯曲理论，总纵弯曲应力为：船体梁剖面的应力呈线性分布，距中和轴远，弯曲应力越大。一般船体剖面的中和轴离船底近，甲板离中和轴远。因此甲板处的弯曲应力最大。剖面模数：船体剖面某位置处的剖面模数为：IW=Z剖面模数与外载荷无关，是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一个特性，也是衡量船体强度的一个重要标志。一般船舶设计规范中，对船体剖面模数作基

2、本要求。2.1.1计算剖面的选取和纵向构件的有效性1．计算剖面的选取进行船体总纵强度校核时应选取可能出现最大弯曲应力的危险剖面进行计算。由总纵弯矩曲线可知，船体梁最大弯矩一般出现在船中0.4L范围内，所以一般应选取船中0.4L范围内的最弱剖面进行校核。一般船舶应包括以下区域：¢货舱开口剖面；¢船体骨架形式发生变化的剖面；¢上层建筑端壁处剖面；¢主体材料分布变化剖面；¢重量分布特殊出现较大弯矩值的剖面对于大开口船舶，在货舱区域内至少应计算下列7个横剖面处的应力：¢机舱前端；¢开口长度的前端；¢在开口长度

3、内应有5个剖面，其中，至少应有3个剖面位于船中0.4L范围内。2.纵向有效构件在计算剖面特性时，并非所有纵向布置的构件都能有效的参加抵抗总纵弯曲。因此，在计算剖面确定后，还要确定哪些构件可计入船体梁剖面特性的计算中。通常，纵向连续并能有效的传递总纵弯曲应力的构件均应计入，这些构件称为纵向强力构件。船中部0.4～0.5L区域内的纵向连续构件，如：甲板、外板、内底板、内龙骨、纵桁、纵骨等都是纵向强力构件，计算船体剖面模数时均应计入。长度较短的纵向构件应视为间断构件，如上层建筑和甲板室的甲板和侧壁、开口间的

4、甲板等。它们参加总纵弯曲的有效性取决于其长度和主体的连接情况。（1）一般认为，凡连续长度不小于船体计算剖面本身高度3倍的舱口纵向围板、纵桁等纵向构件均可计入船体梁剖面的计算中，但机座纵桁和其他加强纵桁均不计入。（2）对于长度超过船长15％，且长度不小于本身高度6倍的上层建筑；以及同时受到不少于三个横舱壁或类似结构支撑的长甲板室，一般可认为其中部的甲板及侧壁能完全有效的参加抵抗总纵弯曲。但是，端部构件由于抵抗总纵弯曲的程度较小，面积应做适当扣除。（3）舱口前后端甲板，在一定范围内的面积应做扣除。（4）凡

5、甲板开口宽度超过甲板宽度20％时，计算剖面模数时应扣除开口面积；甲板开口未超过甲板宽度20％时，计算剖面模数时甲板可不予扣除，但计算应力时应予以修正。3.不同材料的面积换算在计算构件剖面面积时，除了注意哪些构件不能计入船体梁以外，还应注意哪些构件采用了与船体基本材料不同弹性模量的材料。此时，材料不同的结构部分其弯曲纵向应变相同，但应力大小不同。因此，计算时应首先将其换算成相当于基本材料的剖面面积。σiσPpε==或者ε==EEaEaEiii则有：EEiiaa==,σiiEE在计算时，可认为船体梁仅由一

6、种基本材料构成，而把与基本材料弹性模量E不同的构件剖面面积乘以两材料的弹性模量之比EE，同时又不改变i该构件的形心位置。因此，对于薄壁构件，相当于仅对板厚作折减；如果是垂直板，其自身惯性矩为：Ei2ahiiEi=012式中：为垂直板的高度。hi2.1.2第一次近似总纵弯曲应力步骤：（1）对称结构绘制半剖面图，对纵向强力构件进行编号。（可把距中和轴相等的相同尺寸构件划为一组进行编号）；（2）选取参考中和轴。参考中和轴可选在距基线e=(0.45～0.5)型深处，或就在基线处；（3）分别计算各组构件剖面积A

7、，形心至参考轴的距离Z，静矩AZiiii和惯性矩AZ2。对于高度较大的垂向构件，如舷侧外板，还要计ii算其自身惯性矩；i02（4）A=∑AiBA=∑iiBCA=∑iiZi+0B剖面水平中和轴距参考轴的距离为：ε=A22⎛⎞B剖面对水平中和轴的惯性矩为：ICAC=−=−22()ε⎜⎟⎝⎠A任意构件至中和轴的距离为：ZZ′=−εii构件中的总纵弯曲应力为：M2σ=Z′⋅10iiI2.2船体总纵弯曲应力第二次近似计算2.2.1第一次近似计算的不足根据简单梁理论计算的船体总纵弯曲应力从整体上能够反映船体梁应力

8、的情况。“玛丽号”船舶的失事使得人们发现无条件的运用梁的弯曲理论，求出计算应力来衡量船体强度的方法是不够完善的。“玛丽号”船的主要尺度为：LBDd×××为64mmmm×7.62××2.591.47，折断时遇到的波长与船长大致相等，波高约为。在距船中前7.3m处向下折成两段，并在折断前甲板曾发生了显著的褶皱。事后，专家学者对这场海难开展研究，威廉约翰曾将该船静置在波长为64m、波高为1.8m的波浪上进行计算（静置法），结果如下表：由此可见，将所有纵向强力构