船舶强度研究中的几个问题
武汉造船
WUHAN SHIPBUILDING
1999年第3期No.31999
船舶强度研究中的几个问题
摘要提出了船舶强度研究中值得注意的凡个问题：①船舶砰击动力屈曲，②船舶总极限强度：③爆炸载荷作用厂舰船加筋板的变形和破损。评述己有的研究成果，提出新的观点。
关键词船体强度砰击动力屈曲极限强度加筋板爆炸载荷
1前言
船舶砰击动力屈曲、船舶总极限强度以及爆炸载荷作用下舰船加筋板的变形和破损是目前船舶强度研究中值得注意的3个论题。本文就这3个论题的研究现状作简要的评述，并对开展进一步的研究提出一些新的观点。
2船舶砰击动力屈曲
关于船体上甲板的动力屈曲问题，早在本世纪50年代就己提出。90年代以来，国内的一些学者对这一论题进行了较为广泛的研究，并得出了一些重要的结论。2．1船舶砰击动力屈曲研究的历史概况
1966年，Heller和Kammerer［1］对美国LakeChamp1ain号和Ticonderoga
号两艘航空母舰的海损事故作了深入的分析研究。这两艘航空母舰因遭遇恶劣海况，致使直接遭受波浪冲击的艏部外发生严重损坏。同时，位于航母肿部的机库甲板出现明显的屈曲损坏，双层底结构亦出现了同样的损坏。分析表明：传统的准静态总纵强度计算
方法己不可能正确预报此类破坏现象，亦即必须计及波浪载荷的动力作用。引起船舶舯
部甲板屈曲破坏的主要因素是砰击振动引起的冲荡应力（Whippingstress）。冲荡应力与波浪应力的叠加引起了船体上甲板的屈曲破坏。之后，美国海军特地安排了另一艘姐妹舰Essex号在相同的航区、相似的海况下进行实船测量试验。由于剧烈的艏部外飘砰击引起该舰强力甲板严重损坏。典型的实船测量记录如图1所示。由图1可知：船体
构件的应力记录曲线可理解为以波浪遭遇频率变化的波浪应力曲线上叠加上一个以船体梁一阶自振频率变化的高频冲荡应力。冲荡应力的量值有可能达到甚至超过波浪应力的水平。
图1典型的船体构件动应力记录曲线
90年代以来，张清杰，李世其和顾王明等［2～4］进一步讨论了波浪砰击载荷作用下船体结构动力屈曲的破坏机理问题，并给出了水冲击载荷作用下杆、板等船体基本构件冲击屈曲的研究结果。指出：文献［5］中将流-固载荷（砰击载荷）视为准静态的
压缩载荷，忽略了砰击载荷作用下甲板屈曲破坏的动力效应，因而不可能给出舰船总体极限承载能力的正确估计。同时还指出：由于舰船遭遇的砰击载荷的持续时间通常接近其一阶自振周期，因此砰击载荷作用下船舶结构的动力屈曲，就外载荷而言，既不属于
经典的理想脉冲屈曲范畴，也不属于阶跃载荷作用下的屈曲问题，而是属于另一类典型却很少有人涉足的中速冲击屈曲问题。
最近，徐向东等［6］移植二维水弹性砰击与波激力矩程序，将计算出的弯矩化解为3种等效力作用于船体作为冲击外载，并应用B-R准则，以对应的静态屈曲阈值为基点搜索动态屈曲，讨论了船体上甲板的砰击动力屈曲问题。得出的主要结论是：①船
体砰击动力屈曲阈值大于静力屈曲阈值；②将船体砰击动态屈曲简化为压板稳定问题的处理方法是欠妥的。其对应的船体上甲板动力屈曲过程表现为：屈曲首先发生于船舯，然后发展至船艏。
2．2船体上甲板砰击屈曲的破坏机理
为了阐明船体上甲板砰击动力屈曲的破坏机理，可以利用图1所示的船体构件波浪
应力和冲荡应力的时间历程曲线。波浪砰击的直接后果是使船体产生基频为船体梁一阶固有频率的冲荡振动。当冲荡应力与波浪应力的合成压缩应力足够大时，将导致船体上甲板的屈曲破坏。这就表明：船体上甲板的砰击屈曲并不是波浪砰击载荷直接作用于船体上甲板的结果，而是波浪砰击引起的砰击动弯矩使船体上甲板受到交变面内压缩载荷作用的结果。该面内压缩载荷的变化周期等于船体梁第一谐调的自振周期，它并不等于砰击载荷的持续时间。也就是说，冲荡应力的变化周期仅与船体梁的一阶自振周期有关，而与砰击载荷的动力特征无关。
船体梁的一阶自振周期具有秒的量级（参见图1）。因此，交变冲荡应力虽具有随时问变化的特性，但由于它的变化周期甚大于船体上甲板结构的基本自振周期，故此类面内压缩应力可以理想化为准静态载荷。由此可得出结论：文献［5］将波浪砰击对船
体上甲板的作用视为准静态载荷的做法是一种较为合理的近似处理方法。国外学者至今未涉足船体上甲板砰击动力屈曲研究的根本原因可能就在于此。
需要指出的是：文献［2～4］所讨论的水冲击载荷作用下杆板结构的冲击屈曲问题是与船体上甲板砰击动力屈曲完全不同的另一类结构冲击屈曲问题。正如文献［2～4］所指出的那样，波浪砰击载荷的持续时间具有毫秒的量级。因此，文献［2～4］给出的结构冲击屈曲的一些结论并不适用于船体上甲板砰击动力屈曲的情况。诚然，波浪冲击载荷直接导致船体结构屈曲损坏的情况亦是有的。例如文献［7］提到中波轮船公
司的货轮曾因艏部砰击造成艄部舱室支柱失稳破坏的事例。
需要进一步指出的是：船体上甲板的动力屈曲通常发生在船体的舯部附近，其原因是船体梁所承受的外弯矩的峰值总是位于船舯部
位的缘故。极值波浪弯矩作用下船体上甲板一旦在其中部发生屈曲损坏，随后极值波浪弯矩的作用只能引起屈曲变形在船肿部位的进一步增长，不会
导致屈曲变形向船体艄部发展的情况。美国航母Ticonderoga号机库甲板的损坏状况证实了这一结论（参见文献［1］中的图1）。
还需指出的是：波浪砰击载荷对于船体上甲板的作用虽可作为准静态载荷来处理，但波浪载荷的反复作用对船体梁的总纵强度仍起着十分重要的影响。关于这一论题将在本文的下一小节中加以讨论。
3船舶总极限强度
船舶的发展趋势是向大型化和多样化发展，船体总强度问题愈益受到重视，关于船体极限总强度的研究可以追溯到本世纪60年代Caldwell［8］开创性论文的发表。30多年来，船体极限总强度的研究己取得了实质性的进展，提出了各种不同的近似分析方法。其中最为主要的工作包括。Smith［9］提出的递增曲率的分析方法以及Ueda和Paik等人［10］提出的理想结构单元法。此外，BaiYong［11］基于塑性节点法提出
了一种较为精确而又高效的非线性有限元计算方法，用于船体梁的总强度分析。
需要指出的是：上述各种计算船体总强度的方法都是建立在静力极限强度概念的基础上，即认为船体梁的总体破坏是一次性极值外弯矩作用的结果。此种处理方法基本上抓住了船体总体破坏的本质。只要外力的估计比较正确，用静力极限强度准则来控制船体结构的总强度确是一个可靠而又简便的方法。需要进一步指出的是：船体结构的总体折断破坏可能是一次性过载的结果，但更为普遍的情况是多次极值外载作用的结果。为此，需要引入递增塑性破坏的概念。递增塑性破坏强度准则的基本观点是：在砰击振动引起的附加弯矩作用下，船体梁的纵向构件将受到交变载荷的作用。当附加弯矩足够大时，将引起船体梁危险断面处的纵向构件相继发生屈曲或屈服破坏，导致危险断面的承载能力不断降低，最后引起船体结构的总体断裂破坏，这就是船舶总体结构的递增塑性破坏。不难看出，递增塑性破坏准则是静力极限强度准则的一个发展。该准则的特点是能反映船体结构危险断面的实际破坏过程，可以更确切地解释船体梁在极值海况条件下的总体破坏现象，从而为正确预报船体结构的承载能力提供更为可靠的理论计算方法。
关于船体结构递增塑性破坏的强度准则在本世纪50年代已经提出，但一直把它作
为次要的强度准则，没有引起船舶强度研究者的重视。认为因递增破坏造成船体结构的损坏比起因塑性破坏造成的损坏通常要小得多。现在看来，忽视递增破坏准则在
船舶强度分析中的作用是一个不小的失误。80年代中期，日本学者藤田等人［12］根据对“尾道丸”号船海损事故的分析，重新提出了船体结构的
递增塑性破坏问题。船体梁的基本构件（纵析、甲板等）在交变载荷作用下，由于构件的局部屈曲破坏，其承载能力将随载荷循环次数的增加而不断降低，船体梁的极限弯矩
值亦随循环次数的增加而不断减小，最终导致危险断面的塑性累积破坏。“尾道丸”号船的海损事故便是递增塑性破坏现象的一个典型事例。
文献［13］对海船船体总强度的各个破坏准则进行了全面的论证，在此基础上对
船体结构的破坏机理提出了新的见解。认为递增塑性破坏准则在船舶总强度分析中起着关键性的作用。船体结构的总体断裂破坏往往是低周疲劳破坏与递增塑性破坏两种破坏模式耦合作用的结果。在研究船体结构的总体破坏性能时不能忽视这种耦合的破坏模式，因为它可能是最危险的情况。
文献［14］具体讨论了循环弯曲载荷下船体梁的极限强度问题，并进行了船体梁
模型的循环弯曲试验，得出了一些重要的结论：①将船体梁的极限弯矩值作为衡量其极限承载能力的标志是与实际情况相符合的。船体梁模型在外弯矩到达极值弯矩值后，将很快进入崩溃状态；②在循环外载荷小于船体梁的极限弯矩值的情况下，船体梁亦会发生塑性变形的累积，导致船体梁在小于它的极限弯矩值的情况下出现总体断裂破坏。从这个角度看，将船体梁的极限弯矩值作为衡量船体梁安全与否的标志，可能会导致偏于危险的后果。
当然，递增塑性破坏强度准则在实际应用方面尚存在不少有待解决的问题，它应该成为今后船舶总强度研究的重要方面。
目前，关于船舶总强度的研究己朝着可靠性分析的方向发展。缺乏详细的实船总体破坏的统计资料，缺乏船舶总强度方面的实船测试资料以及大尺度船体梁结构模型的试验资料，这些都是今后船舶强度研究迫切需要解决的课题。
4爆炸载荷作用下舰船加筋板的变形和破损
处于战争环境下的舰船其结构不可避免地会遭受爆炸载荷的作用，如何正确预报爆炸载荷作用下舰船加筋板结构的变形和破损，历来是船舶结构动力学研究的一个重要课题。
4．1研究概况
国外学者对于爆炸载荷下舰船加筋板塑性动力响应的研究，主要是由Houlston、
Schubak以及Olson等人完成的。Houlston等［15］采用ADINA有限元程序分析了
加筋板的大塑性变形；Schubak等［16］采用刚塑性模型讨论了单向以及双向加筋板的塑性动力响应；Nurick和Olson等［17］还进一步讨论了爆炸载荷作用下加筋方
板的变形和撕裂问题。
90年代以来，国内学者［18～21］对于这一论题亦作了较为广泛的理论和试验研究，得出了一些重要的结论。文献［18］采用虚功原理讨论了“十字”型固支加筋方板的刚塑性动力响应；文献［19］从分别列出板格以及加强筋的运动方程出发，讨论了“十字”型固支加筋方板的刚塑性动力响应；文献［20］采用能量法推导了一个计算爆炸载荷作用下舰船加筋板塑性变形及破损的公式；文献［21］采用能量法及刚塑
性模型，对具有一根纵向加强筋及若干横向加强筋的复杂加筋板结构的塑性动力响应进行了分析。
4．2加筋板的破坏模式
在加筋板的塑性动力分析中，首先要解决的是变形模式的选取问题。文献［18］
从静力极限分析的观点导出了爆炸载荷作用下“十字”型加筋板的两种基本变形模式，即局部变形以及总体变形模式，并根据加强筋的相对刚度给出了相应的判别条件。
深入一步的分析［19］表明，文献［18］给出的判别条件是有缺陷的。爆炸载荷
作用下加筋板塑性动力响应的变形模式的确定，不仅取决于加强筋相对刚度的大小，而且与爆炸载荷峰值的大小以及载荷持续时间的长短等因素有着十分密切的关系。对于承
受爆炸载荷作用的加筋板，还可能出现第3种混合的变形模式。它发生在爆炸载荷的峰值导致板格进入机构状态运动后，由板格传递给加强筋的动反力同时使加强筋亦进入机构状态的场合。文献［17］公布的加筋板的试验结果表明：当加强筋的刚度较大时，将出现板格的最大残余变形值大于加强筋的最大残余变形值的情况，这就从试验方面证实了上述论断的正确性。另外，文献［18］公布的试验结果亦表明：对于具有很强加强筋的第二组加筋板试件，它们虽己满足文献［18］给出的只发生局部变形模式的条件，其加强筋仍出现了不可忽视的残余变形。
4．3加筋板的面板与加强筋之间的相互作用
在加筋板的塑性动力分析中，如何处理好面板与加强筋之间的相互作用是一个很棘
手的问题。文献［18］和［20～21］在计算加筋板的变形能时，都采用分别计算面板以及加强筋各自变形能的方案，文献［19］在列出加筋板的面板以及加强筋的运动方程时，只考虑了面板与加强筋之间相互作用反力的传递。必须指出的是：文献［18～21］所提出的处理面板与加强筋之间相互作用的方法都是有问题的。它们的最大缺陷
是忽视了面板与加强筋共同发生弯曲这一重要因素，其后果是过低地估计了加筋板抵抗弯曲变形的能力。因此，从工程应用的角度来说，将船舶加筋板简化成交叉梁系是一个较为合理
的处理方法。
4．4应变率效应
在加筋板的塑性动力分析中，另一个值得注意的问题是材料的应变率效应。船用钢材是典型的应变率敏感材料，对于通常的爆炸载荷，动屈服应力将是静屈服应力的2～3倍。当然，爆炸载荷作用下加筋板各处材料的应变率是各不相同的，并且还是响应时间的函数。因此，在文献［18～19］和［21］中均采用近似方法考虑材料的应变率效应。
在文献［20］的分析中，并未计及结构材料的应变率效应，却取得了理论与试验比较一致的结果。为此，有必要分析一下出现上述情况的原因所在。文献［20］的理论工作实际上是将文献［22］对于矩形板塑性动力响应的能量解法直接推广至加筋板的场合。笔者认为：文献［20］和［22］在关于平板变形能的计算中，假定板内各点的正应力和剪应力在进入塑性状态后均达到其极限值，这显然是违背板的屈服条件的。如令σx=σs，σy＝σs，则应有τxy==0。对于方板，采用上述假定后，将使板的总变形能大2～3倍。由此可以推断，这里出现了一个偶然的巧合：由于人为增加剪切变形能项对板的总变形能的影响大体上与未计及应变率效应对板的总变形能的影响相当。这应是文献［20］根据不合理的计算公式导致理论与试验结果比较一致的主要原因。
5结束语
本文就船舶强度研究中的3个论题作了较为全面的评述，指出了存在的问题和今后的研究方向。这些论题都是船舶强度研究的经典课题，但要真正解决好这些论题仍需船
舶强度研究者的艰苦探索和努力。
作者单位：华中理工大学
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收稿日期:1999-03-25
可用google学术搜索,黄震球,船体结构极限强度研究进展
船体强度与结构设计复习材料 绪论 1.船体强度：是研究船体结构安全性的科学。 2.结构设计的基本任务：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构建的尺寸和连接方式，在保证具有充足的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。 3.全船设计过程：分为初步设计、详细设计、生产设计三个阶段。 4.结构设计应考虑的方面：①安全性；②营运适合性；③船舶的整体配合性；④耐久性；⑤工艺性；⑥经济性。 5.极限状态：是指在一个或几个载荷的作用下，一个结构或一个构件已失去了它应起的各种作用中任何一种作用的状态。 引起船体梁总纵弯曲的外力计算 船体梁：在船体总纵强度计算中，通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁。 总纵弯曲：船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲。 总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力。 引起船体梁总纵弯曲的主要外力：重力与浮力。 船体梁所受到的剪力和弯矩的计算步骤： ①计算重量分布曲线平p(x)； ②计算静水浮力曲线bs(x)； ③计算静水载荷曲线qs(x)=p(x)-bs(x)； ④计算静水剪力及弯矩：对③积分、二重积分； ⑤计算静波浪剪力及弯矩： ⑥计算总纵剪力及弯矩：④+⑤。 重量的分类： ①按变动情况来分：不变重量（空船重量）、变动重量（装载重量）； ②按分布情况来分：总体性重量（沿船体梁全场分布）、局部性重量（沿船长某一区段分布）。静力等效原则： ①保持重量的大小不变；②保持重心的纵向坐标不变； ③近似分布曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。 浮力曲线：船舶在某一装载情况下，描述浮力沿船长分布状况的曲线。 载荷曲线：在某一计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。载荷、剪力和弯矩之间的关系： ①零载荷点与剪力的极值相对应、零剪力点与弯矩的极值相对应； ②载荷在船中前后大致相等，故剪力曲线大致是反对成的，零点靠近船中，在首尾端约船长的1/4处具有最大正、负值； ③两端的剪力为零，弯矩曲线在两端的斜率为零（与坐标轴相切）。 计算状态：指在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态，一般包括满载、压载、空载等和按装载方案可能出现的最为不利以及其它正常营运时可能出现的更为不利的装载状态。 挠度及货物分布对静水弯矩的影响： ①挠度：船体挠度对静水弯矩的影响是有利的；
1 概述 本船为2500t起重船，调遣航行区域为Ⅰ类海域，起吊作业为Ⅱ类海域。船体总纵强度主要依据《钢质海船入级与建造规范》（2006）（以下简称《海规》）对起重船总纵强度的要求进行校核。 2 主要量度 船长L105.6m 型宽B42.0m 型深D8.0m 结构吃水d 5.8m 梁拱f0.2m 肋距s 1.6m 3静水剪力和弯矩计算 3.1计算工况 根据本船实际工作情况，核算以下状态： 1航行状态 （1）全部燃料及备品 （2）10％燃料及备品 2避风状态（同航行状态） （1）全部燃料及备品 （2）10％燃料及备品 3工作状态 （1）全部燃料及备品 （2）10％燃料及备品 4 过桥状态 （1）全部燃料及备品 （2）10％燃料及备品
3.2各状态下静水剪力和弯矩计算 1．航行状态 （1）全部燃料备品 站号 位置 浮力 重量 净载荷 剪力 弯矩 m t/m t/m 10kN/m kN kN.m st 1 -52.8 0 0 0 0 0 st 2 -47.52 102.461 52.116 -50.346 -560 440 st 3 -42.24 151.279 235.697 84.418 2800 3820 st 4 -36.96 150.897 59.236 -91.661 2960 25240 st 5 -31.68 150.515 106.345 -44.171 -20 31110 st 6 -26.4 150.134 159.176 9.042 -110 29510 st 7 -21.12 149.752 163.416 13.664 310 30030 st 8 -15.84 149.371 203.98 54.609 1700 34150 st 9 -10.56 148.989 197.523 48.534 4420 50590 st 10 -5.28 148.608 107.754 -40.854 12370 99330 st 11 0 148.226 91.066 -57.16 9390 157050 st 12 5.28 147.844 92.55 -55.294 6420 198860 st 13 10.56 147.463 94.034 -53.429 3550 225260 st 14 15.84 147.081 79.071 -68.01 280 236000 st 15 21.12 146.7 60.546 -86.154 -3330 228190 st 16 26.4 146.318 60.57 -85.748 -7870 198740 st 17 31.68 145.937 60.594 -85.343 -12380 145400 st 18 36.96 145.555 211.578 66.022 -17950 61220 st 19 42.24 145.174 660.233 515.06 -2610 -2970 st 20 47.52 95.593 57.733 -37.86 -140 2050 st 21 52.8 58.045 58.045 0 0 剪力/kN -20000 -15000-10000-50000 5000 10000150001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 航行状态
1、结构的安全性是指结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种载荷和（或）载 荷效应，并且在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。此外，结构在正常使用时，还必须适合营运的要求，并在正常的维护保养条件下，具有足够的耐久性。 2、船体强度计算包括： （1）确定作用在船体或各个结构上的载荷的大小及性质，即外力问题；外载荷 （2）确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析（亦称载荷效应分析）；或者求使结构失去它应起的各种作用中的任何一种作用时的载荷，即结构的极限状态分析（亦或求载荷效应的极限值），即内力问题。响应 （3）确定合适的强度标准，并检验强度条件。衡准（结构的安全性衡准都普遍采用确定性的许用应力法） 3、通常将船体强度分为总强度和局部强度来研究。 4、结构的安全性是属于概率性的。 5、把船体当做一根漂浮的空心薄壁梁（成为船体梁），从整体上研究其变形规律和抵抗破坏 的能力，通常成为总强度。总强度就是研究船体梁纵弯曲问题。从局部上研究局部构件变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。 6、作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷、局部性载荷。 按载荷随时间变化的性质可分为：不变载荷、静变载荷、动变载荷和冲击载荷。 7、总体性载荷是指引起整个船体的变形或破坏的载荷和载荷效应。 局部性载荷是指引起局部结构、构件变形或破坏的载荷。 冲击载荷，是指在非常短的时间内突然作用的载荷，例如砰击。 8、结构设计的基本任务是：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接 方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。 9、船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计。 10、结构设计应考虑：安全性、营运适合性、船舶的整体配合性、耐久性、工艺性、经济性。 11、大多数结构的优化设计都以最小重量（或最小体积）作为设计的目标。但是，减小结构 尺寸、降低结构重量，往往会增加建造工作量，从而增加制造成本同时还会引起维护保养费用的增加。因此，应该研究怎样才能达到降低结构重量和降低初始成本这两个目标的最佳配合。 1、船体重量按分部情况来分可以分为：总体性重量、局部性重量。 按变动情况分可以分为：不变质量和变动质量。 2、对于船体总纵强度的计算状态，选取满载：出港、到港；压载：出港、到港；以及装载 手册中所规定的各种工况作为计算状态。 3、计算波浪弯矩的船体标准计算方法是以二维坦谷波作为标准波形的，计算波长等于船长。 4、计算波浪弯矩时，确定船舶在波浪上平衡位置的方法一般有逐步近似法和直接法两种， 直接法又称为麦卡尔法。 5、史密斯修正：计及波浪水质点运动所产生的惯性力的影响，即考虑波浪动水压力影响对 浮力曲线所做作的修正，称为波浪浮力修正，或称史密斯修正。 6、船体梁：在船体总纵强度计算中，通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁，简称船 体梁。 7、船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲，称为总纵弯曲。船体抵抗总纵弯 曲的能力，成为总纵强度（简称纵强度）。 8、波浪附加剪力、波浪附加弯矩完全是由波浪产生的附加浮力（相对于静水状态的浮力增 量）引起的，简称波浪剪力和波浪弯矩。
机密★启用前 大连理工大学网络教育学院 2020年春《船舶与海洋结构物结构强度》 期末考试复习题 ☆注意事项：本复习题满分共：200分。 一、单项选择题（本大题共11小题，每小题2分，共22分） 1、船体结构设计最后一个阶段是（）。 A．初步设计 B．详细设计 C．生产设计 D．分段设计 答案：C 2、船体总纵强度计算中，选取的计算波长与船长的关系是（）。 A．计算波长小于船长 B．计算波长大于船长 C．计算波长等于船长 D．没有关系 答案：C 3、许用应力与结构发生危险状态时材料所对应的极限应力值相比，存在如下哪种关系？（） A．许用应力等于极限应力值 B．许用应力大于极限应力值 C．许用应力小于极限应力值 D．许用应力与极限应力值没关系 答案：C 4、扭矩曲线和扭矩分布曲线的关系为（）。 A．扭矩曲线为扭矩分布曲线的一次积分 B．扭矩分布曲线为扭矩曲线的一次积分 C．扭矩曲线为扭矩分布曲线的二次积分 D．扭矩分布曲线为扭矩曲线的二次积分 答案：A 5、自升式平台着底状态的总体强度计算一般是以哪种工况作为设计工况（） A．拖航工况 B．放桩和提桩工况
C．满载风暴工况 D、桩腿预压工况 答案：C 6、对于半潜式平台，下列哪种工况每一构件上的载荷只有均布载荷和集中载荷（）A．平台满载、静水、半潜吃水 B．平台满载、静水、半潜吃水，但平台有一定升沉运动 C．平台满载、静水、半潜吃水，但平台有一定升沉运动，且平台处于井架大钩有集中载荷时的钻井作业状态 D．平台满载、设计风暴、半潜吃水、横浪，且设计波长等于2倍平台宽度，波峰位于平台中心线上 答案：A 7、平台结构在空气中的重量属于下列哪种载荷（） A．固定载荷 B．活载荷 C．环境载荷 D．施工载荷 答案：A 8、极限弯矩对应的极限状态是以什么量为衡准的（） A．结构受力达到许用应力 B．结构受力达到屈服极限 C．结构受力达到许用应力的0.9倍 D．结构受力达到屈服极限的0.9倍 答案：B 9、已知扭矩为60Nm，在此扭矩作用下扭转角度为0.1弧度。则船体的扭转刚性为（）A．300弧度/（牛米） B．400弧度/（牛米） C．500弧度/（牛米） D．600弧度/（牛米） 答案：D 10、导管架在海上利用驳船运输的过程中受到哪些力的作用（）
项目八船体总纵弯距和总纵强度计算习题 名词解释 1、船体梁 2、总纵弯曲 3、总纵强度 4、重力曲线 5、载荷曲线 6、等值梁（纵向强力构件） 7、构件失稳 8、刚性构件 9、柔性构件 10、许用应力 11、浮力曲线 12、折减系数 13、切力曲线 14、弯矩曲线 单选 1、载荷、切力和弯矩的符号规定为：载荷向****为正，向****为负。 A．上，下 B．上，上 C．下，下 D．下，上 2、切力以作用在梁微段左剖面上向****为正，或右剖面上向****为正。 A．上，下 B．上，上 C．下，下 D．下，上 3、弯矩以使船体梁发生****为正，****为负。 A．中拱，中拱 B．中垂，中垂 C．中拱，中垂 D．中垂，中拱 4、绘制浮力曲线需要利用船舶静水力曲线和****。 A．重力曲线 B．邦戎曲线 C．载荷曲线 D．应力曲线 5、实际的水波是较复杂的，目前应用最广泛的是****，其特点是：波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴线上下的剖面积不相等，其曲线相对较接近实际水波形状。 A．坦峰波 B．坦谷波 C．深水波
6、用许用应力标准校核强度，也即要求结构的最大应力****许用应力。 A ．不大于 B ．不小于 C ．大于 D ．小于 7、重力的分类，按变动情况可以分为不变重力和****。 A ．变动重力 B ．固定重力 C ．空船重力 D ．舾装重力 8、不变重力又可称****，包括：船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重力。 A ．变动重力 B ．机电设备重力 C ．空船重力 D ．舾装重力 9、变动重力又可称****，包括：货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重力。 A ．装载重力 B ．机电设备重力 C ．空船重力 D ．舾装重力 10、引起船体梁总纵弯曲的外力主要集中体现在两个力上：****和浮力。 A ．应力 B ．重力 C ．抨击力 D ．许用应力 11、由于波浪的复杂性，常常将浮力分成船舶在静水中的浮力分布、由于****而产生的附加浮力分布 A ．逆风 B ．空气 C ．波浪 D ．顺风 12、在假设船体为一变断面的空心薄壁梁的基础上，计算其剖面惯面矩，并按梁弯曲理论，可得到总纵弯曲应力表达式为****。 A ．W M = σ B ．I M = σ C ．X I M = σ D ．Y I M = σ 13、由应力公式W M Z I M == σ可知，距离中和轴最远处其应力****。
《船体结构与强度设计》复习题 一、判断题 1、长期以来，总强度一直是船体结构强度校核的主要方面。（√） 2、强度标准设计又称为计算设计方法，是目前应用比较广泛的方法。（√） 3、船舶除具有一定的强度外，还必须具有一定的刚度。（√） 4、对那些抗扭刚度较低的船体来说，扭转强度的研究就显得十分必要。（√） 5、在单跨梁的弯曲理论中，我们规定弯矩在梁的左断面逆时针为正，在梁的右断面顺时针为正，反之为负。（√） 6、在材料力学中，多数是根据剪力方程与弯矩方程或根据载荷、剪力与弯矩三者之间的微积分关系来画剪力图与弯矩图，在结构力学中也是一样。（×） 7、通过在方程中引入初始点的弯曲要素值来求解梁挠度曲线方程的方法叫做“初参数法”。（√） 8、如果梁上受到几个载荷共同作用时，就可以用“叠加原理”来进行计算。（√） 9、求解静不定梁往往是利用弯曲要素表，并通过变形协调条件来进行，而不能利用“初参数法”。（×） 10、在船体结构中，除了少数的桁架结构外，大多数的结构都是以弯曲变形为主的静不定杆系，例如连续梁、刚架及板架等属于这类杆系。（√） 11、变形连续条件就是变形协调条件。（√） 12、交叉梁系中不受任何外载荷作用的杆系称为无载杆。（√） 13、从原则上讲，力法可以解一切静不定结构。（√） 14、在船体结构计算中，常将甲板纵骨与船底纵骨视作连续梁，而甲板横梁与船底肋板作为它们的弹性支座。（×） 15、所谓“位移法”就是以杆系节点处的位移为基本未知数的方法。（√） 16、位移法中关于弯曲要素正负号的规定与力法中的规定一样。（×） 17、节点平衡方程又叫位移法方法，且此方程为正则方程。（√） 18、在弯矩分配法基本结构下，连接于节点的各杆杆端的固端弯矩一般来说相互平衡，即作用于节点上的固端弯矩之和等于零。（×） 19、和位移法相比，弯矩分配法可以使问题简单化，因为绕过了求节点转角这一步而直接求出杆端弯矩。（×） 20、正则方程就是力的互等定理的反应。（√） 21、所谓“位移法”就是以杆系节点处的位移为基本未知数的方法。（√） 22、最小变形能定理，又称最小功原理，是莫尔定理的特殊情况。（×） 23、广义位移应理解为杆件在变形中广义力作用点处沿力作用方向的位移，广义力与广义位移永远成线性关系。（×） 24、运用能量法能够解决结构的位移问题，也能解决静不定问题。（√） 25、若杆件横断面对于两个主对称轴的惯性矩不同，则杆在失稳时总是在刚度最大的平面中弯曲。（×） 26、在造船界，通常把杆件在弹性范围外失稳的力叫做临界力，以区别弹性范围内失稳的欧拉力。（√） 27、对于高强度钢与普通钢，虽然具有相同的弹性模量，但具有不同的屈服极限，因此用这两种材料做成的杆件，尽管其断面形式相同、跨度相同、固定情况相同，他们的欧拉力是不同的。（×） 28、对于任意多跨连续梁，只要其每个跨度是等距、等断面的，并且两端是自由支持的，这时不论跨度有多少，其欧拉力都等于每跨单独时的欧拉力。（√）
《船舶原理》练习题6~8章（航海）【第6章】总纵变形初步........... 错误!未定义书签。【第6章】剪力弯矩初步........... 错误!未定义书签。【第6章】许用切力和许用弯矩..... 错误!未定义书签。【第6章】船中弯矩校核纵强度..... 错误!未定义书签。【第6章】纵向变形的经验校核..... 错误!未定义书签。【第6章】船体布置要求........... 错误!未定义书签。【第6章】按舱容比配货初步....... 错误!未定义书签。【第6章】局部强度初步........... 错误!未定义书签。【第7章】船舶快速性能........... 错误!未定义书签。【第8章】船舶耐波性能........... 错误!未定义书签。【第6章】船舶强度分类 ·1 按照船舶所受外力分布的走向和船体结构变形的 方向不同，将船舶强度分为。 A. 纵强度、横强度和局部强度 B. 总强度、局部强度和扭转强度 C. 总强度、扭转强度和纵强度 D. 横强度、扭转强度和纵强度 ·2 按照船舶所受外力的分布和船体结构变形范围的 不同，将船舶强度分为。 A. 纵强度和横强度 B. 总强度和局部强度 C. 总强度和扭转强度 D. 横强度和扭转强度 【第6章】总纵变形初步 ·1 船体发生纵向弯曲变形和破坏是由于。A. 局部强度不足 B. 总纵弯曲强度不足 C. 横向强度不足 D. 扭转强度不足 ·2 船舶发生中拱变形时。 A. 中部浮力小于重力，首尾部重力大于浮力 B. 中部浮力小于重力，首尾部重力小于浮力 C. 中部浮力大于重力，首尾部重力大于浮力 D. 中部浮力大于重力，首尾部重力小于浮力 ·3 当船舶中部装货过重，首尾部装货过轻时，船舶可能产生的变形是。 A. 中垂变形 B. 中拱变形 C. 扭转变形 D. 横向变形 ·4 引起船舶纵向变形的主要原因是。 A. 船体纵向构件的刚度不足 B. 船体纵向构件的强度不足 C. 船舶所受重力和浮力不相等 D. 船体沿长度方向重力和浮力分布不均衡 ·5 当船舶首尾货舱装货数量过多而中部货舱时就会出现严重的中拱现象。 A. 过少，船舶中部处于波峰之上 B. 过少，船舶中部处于波谷之上 C. 均衡装载，船舶中部处于波谷之上 D. 均衡装载，船舶中部处于波峰之上 ·6 由于，船体可能会发生纵向弯曲变形。
复习思考题 1.船体强度计算的主要内容是什么？船舶结构 的主要特点是什么？船舶结构主要的骨架型式有哪些？它们的主要优缺点？一般的应用原则是什么？ 2.船舶结构主要的纵向强力构件、横向构件有 哪些？它们的主要作用是什么？ 3.作用在船舶结构上的主要载荷类型有哪些？ 每种类型载荷的典型例子是什么？ 4.船舶结构的主要失效形式有哪些？每种失效 形式的主要影响因素有哪些？ 5.船舶结构设计的一般过程或步骤是什么？ 6.船体梁中剪力和弯矩产生的原因是什么？剪 力和弯矩沿船长分布的特点？典型载荷曲线、剪力曲线、弯矩曲线的绘制。 7.传统静波浪剪力和弯矩标准计算的要点是什 么？中拱、中垂的含义？ 8.熟练掌握典型重力、浮力分布情况下，船体 梁中剪力、弯矩的计算方法。 9.总纵强度校核计算时通常选取哪些计算剖面 进行总纵强度校核？
10.船体总纵弯曲应力沿剖面高度分布的规律是 什么？剖面中最大总纵弯曲拉伸、压缩正应力发生的位置？剖面中最大剪应力发生的位置？ 11.剖面折减、折减系数的概念？为什么要进行 总纵弯曲应力的多次迭代计算？ 12.船体构件多重作用的定性分析，船底构件应 力合成计算剖面的选取分析。 13.船体极限弯矩的基本含义是什么？ 14.熟练掌握简化船体剖面中总纵弯曲正应力、 剪应力的计算。 15.船舶开口剖面剪力中心的位置？船体在哪些 情况下受到扭矩作用？典型扭矩曲线的绘制。 16.翘曲的含义？为提高大开口船舶抗扭刚度采 取什么结构措施比较有效？ 17.典型构件如甲板纵骨、船底纵骨强度、稳定 性计算模型是什么？船底板、甲板板强度、稳定性计算模型是什么？典型板架强度计算模型是什么？ 18.船体骨架附连带板的概念，剪切滞后和带板 宽度？
思考题 1.依据“建造规范”与依据“强度规范”设计船体结构的方法有什么不同？它们各有何优缺点 答：建造规范：根据规范确定最小尺寸，设计尺寸不应小于最小尺寸 优点：安全、简便。缺点：不易反应具体船舶的特点及新技术成果。 强度规范：又分直接设计和间接设计，前者是依据]/[max σM W =来确定构件尺寸，后者参考母型取定构件尺寸，再计算max σ与][σ相比较，修改尺寸。 优点：合理，反映具体的船舶特点。缺点：计算工作量大 2.为什么要将船体强度分为“总强度”和“局部强度”？其中“局部强度”与“局部弯曲”的含义有何不同？ 答：总强度是把整个船体看做一个整体来研究其强度，局部强度是研究组成船体的某些部分结构、节点及其组成构件的强度问题，一般在总强度校核已进行的前提下，对局部强度进行分析，以确定结构布置原则和决定构件尺寸。局部弯曲是考虑将总纵弯曲应力计入的总应力，而局部强度还得将总应力与][σ相比较，进行强度校核。 3.如何获得实际船舶的重量分布曲线？ 答：通常将船舶重量按20个理论站距分布（民船尾－首，军船首－尾编排），用每段理论站距间的重量作出阶梯形曲线，并以此来代替重量曲线。作梯形重量曲线时，应使每一项重量的重心在船长方向坐标不变，其重量分布范围与实际占据的范围应大致对应，而每一项理论站距内的重量则当做是均匀的。最终，重量曲线下所包含的面积应等于船体重量，该面积的形心纵向坐标应与船体重心的纵向坐标相同。 4.说明计算船舶静水剪力、弯矩的原理及主要步骤。 答：原理：认为船是在重力、浮力作用下平衡于波浪上一根梁 步骤：（1）确定平衡水线位置（2）根据梯形法、围长法等得出船舶重量分布曲线w(x)，根据邦戎曲线得出某一吃水下的浮力曲线b （x ），计算载荷曲线q(x)=w(x)-b(x)，根据∫=x dx x q x N 0)()(计算船舶静水剪力，∫∫=x x dxdx x q x M 00)()(计算静水弯矩 5.“静置法”对计算波浪的波型、波长、波高以及与船舶的相对位置作了怎样的规定？ 答：对于“静置法”，标准波浪的波形取为坦谷波，计算波长等于船长，波高则随波长变化。波船相对位置：中拱（波峰在船舯）和中垂（波谷在船舯）两种典型状态。 6.按照“静置法”所确定的载荷来校核船体总纵强度，是否反映船体的真实强度，为什么？答：按照静置法所确定的载荷来校核船体总强度，不反映船体的真实强度，因为海浪是随机的，载荷是动态的，而且当L 较大时载荷被夸大，但具有相互比较的意义 7.依据ｑ－Ｎ－Ｍ关系解释在中拱和中垂波浪状态下，通常船体波浪弯矩总是舯剖面附近最大，这一结论是否适用于静水弯矩？ 答：适用于静水弯矩，将船近似为自由－自由梁，受垂向载荷作用，易知船体弯矩是舯剖面附近最大 8.在初步设计阶段，如何应用“弯矩系数法”来决定船体的最大波浪弯矩和剪力？ 答：在初步设计阶段，通过参考母型船，估计一个主尺度D 、L ，在中拱、中垂两种情况下，由max )/(w M DL K =，得出K DL M w /)(max =其中中垂K ，中拱K 的值约15－35，而max )(w N 由max )(w N =L M w /)(5.3max 得出
复习题 第一章（重点复习局部载荷分配、静水剪力弯矩的计算绘制） 1、局部载荷是如何分配的？ （2理论站法、3理论站法以及首尾理论站外的局部重力分布计算） P P P =+21 a P L P P ?=?+)(2 121 由此可得： ?? ? ?? ?? ?-=?+=)5.0()5.0(21L a P P L a P P 分布在两个理论站距内的重力 2、浮力曲线是如何绘制的？ 浮力曲线通常按邦戎曲线求得，下图表示某计算状态下水线为W-L 时，通常 根据邦戎曲线来绘制浮力曲线。为此，首先应进行静水平衡浮态计算，以确定船舶在静水中的艏、艉吃水。
帮戎曲线确定浮力曲线 3、M、N曲线有何特点？ (1) M曲线：由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的弯矩应为零，亦即弯矩曲线在端点处是封闭的。此外，由于两端的剪力为零，即弯矩曲线在两端的斜率为零，所以弯矩曲线在两端与纵坐标轴相切。 (2) N曲线：由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的剪力应为零，亦即剪力曲线在端点处是封闭的。在大多数情况下，载荷在船舯前和舯后大致上是差不多的，所以剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船舯的某处，而在离艏、艉端约船长的1/4处具有最大正值或负值。 5、计算波的参数是如何确定的？ 计算波为坦谷波，计算波长等于船长，波峰在船舯和波谷在船舯。 采用的军标GJB64.1A中波高h按下列公式确定： 当λ≥120m时， 当60m≤λ≤120m时，当λ≤60m时， 20 λ = h（m） 2 30 + = λ h（m） 1 20 + = λ h（m） 6、船由静水到波浪中，其状态是如何调整的？ 船舶由静水进入波浪，其浮态会发生变化。若以静水线作为坦谷波的轴线，当船舯位于波谷时，由于坦谷波在波轴线以上的剖面积比在轴线以下的剖面积小，同时船体中部又较两端丰满，所以船在此位臵时的浮力要比在静水中小， 因而不能处于平衡，船舶将下沉ξ值；而当船舯在波峰时，一般船舶要上浮一些。 另外，由于船体艏、艉线型不对称，船舶还将发生纵倾变化。 7、麦卡尔假设的含义。 麦卡尔方法是利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位臵。因此，在计算 时，要求船舶在水线附近为直壁式，同时船舶无横倾发生。根据实践经验，麦 卡尔法适用于大型运输船舶。 第二章 （重点复习计算剖面的惯性矩、最小剖面模数是如何的计算、折减系数、极限弯矩的计算）1、危险剖面的确定。 危险剖面： 可能出现最大弯曲应力的剖面，由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在 船中0.4倍船长范围的，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—既有最大
船舶强度与设计名词解释 引起船体梁总纵弯曲的外力计算 总纵弯曲：船体梁在外力的作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲 总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力 波浪剪力：完全是由波浪产生的附加浮力引起的附加剪力 重量曲线：船舶在某一计算状态下，描述船体重量沿船长分布的曲线 不变重量：即空船重量，包括船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量 变动重量：即装载重量，包括货物、燃油、淡水、旅客压载等各项可变重量 总体性重量：即沿船体梁全长分布的重量，包括主体结构、油漆、索具等 局部性重量：沿船长某一区段分布的重量，包括货物、燃油、机电设备等 浮力曲线：船舶在某一装载时，描述浮力沿船长分布状况的曲线 载荷曲线：引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线 静水剪力曲线：船体梁在静水中所受到的剪力沿船长分布状况的曲线 计算状态：在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态 波浪要素：包括波形、波长与波高 坦谷波：波峰陡峭、波谷平坦，波浪轴线上下的剖面积不相等的波 史密斯修正：考虑波浪动力压力影响对浮力曲线所做的修正 总纵弯矩：船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩的代数和 重量的分布原则:遵循静力等效原则。保持重量的大小不变；保持重量的重心的纵向坐标不变；近似分布曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或大体相同 重量曲线绘制的方法与原理？ 梯形法：船舶往往中部丰满，两端尖瘦，可以将平行中体部分用均匀的重量分布，两端部分用两个梯形分布，根据重量分布原则确定梯形要素 围长法：假设船体结构单位长度的重量与该横剖面围长（包括甲板）成比例。该方法适用于船舶主体结构重量的分布 库尔求莫夫法：用特定的阶梯型分布曲线来表示船体重量的分布 装载曲线、剪力曲线、弯矩曲线的特征: 首尾端点处的剪力和弯矩为零，亦即剪力和弯矩曲线在端点处封闭 零载荷点与剪力的极值相对应，零剪力点与弯矩的极值相对应
船舶总纵强度计算 班级：船海1301 姓名：禹宗昕 学号：U201312263 完成日期：2016.4.18 一．计算依据 1.横剖面图和尺寸 图1.1 横剖面图和尺寸 注：6,18分别为全部的甲板纵骨和船底纵骨；20,21分别为统一水平高度的加强筋。 2.计算载荷 中垂，计算弯矩M=9.0×107N·m 3.船体材料 计算剖面所有的构件均采用低碳钢，屈服极限σr=350N/mm2 4.总纵弯曲许用应力[σ]=0.5σr 二．总纵弯曲正应力
1.总纵弯曲正应力第一次近似计算 剖面简图如上图所示，和图中编号对应的各强力构件尺寸已表明。第一次近似总纵弯曲应力的计算在下表中完成，参考轴取在基线处。 表2.1 总纵弯曲正应力第一次近似计算 第一次近似中和轴参考轴（基线）距离： Δ=2275.61/1756.59=1.580 m 船体剖面对水平中和轴的惯性矩为 I=2*[9928.905+154.262-Δ2 *1756.59]=11394.7448 cm2m2 总纵弯曲应力为 σi=M/I*Z i*10 N/mm2 2.临界应力计算 因为处于中垂状态，下面只列出了中和轴以上部分受压板，纵骨，纵桁的临界应力。 （1）纵骨架式板格按下式计算： σcr=76*（100t/b）2 N/mm2 表2.2.1 纵骨架式板格临界应力计算 （2）.纵骨剖面要素及临界应力计算入下表，其中欧拉临界应力计算式： σcr=π2Ei/a2（f+b e t）N/mm2 式中，a为实肋板间距，a=120cm，b e为带板宽度平均值 b=40cm < a/6 =20cm, 因而带板的计算依据a/6. 带板受到压缩应力大于临界应力时应做折减，带板宽度按下式确定： b e=a/6/2*（1+φ） 带入可得，
第二章船体总纵强度的计算 知识点1 剖面模数W=I/Z 意义：表征船体抵抗弯曲变形能力的一种几何特性。 最小剖面模数——离中和轴最远的构件 （最上层连续甲板即强力甲板；船底。但船底离中和轴更近，则强力甲板处为最小剖面模数处，弯曲正应力最大） 知识点2 校核时候取危险剖面，即可能出现最大正应力的面（船中0.4倍船长范围内）。危险剖面指：骨架式改变处剖面，材料分布变化处，上层建筑端壁处剖面） 知识点3（填空） 强度等值梁：有效参与弯曲的全部构件组成的梁，该梁在抵抗总弯曲和总纵强度性能上和船体等效。 纵向强力构件：纵向连续并能有效传递总弯曲应力的构件。 （可以计入船体梁的计算中，如船中0.4-0.5倍船长连续纵向构件） （间断构件看看即可，具体使用应该参考规范） 知识点4剖面模数及第一次近似总纵弯曲应力计算过程（课件第二章15-21页）看看即可。 知识点5（简答）为什么要校核船体构件的稳定性？ A．所有受压的甲板板列，与其他刚性构件相连的一部分完全有效。 B．而其余部分不能承受大于板极限载荷的压力。 C．不是所有纵向强力构件都完全有效参与抵抗总纵弯曲。 D．对船体结构的要求，既应该保证必要的强度，又要保证必要的 稳定性。 （简答）怎样校核稳定性？ 计算临界应力：确定板的临界应力时的注意事项（课件45页） 具体的计算方法：板的稳定性计算中只需记住一些简单的边界条件，不用记那些经验公式。纵骨的稳定性计算只需记住当求得的 欧拉应力超过材料的比例极限时要对欧拉应力进行修正，以考虑材 料不服从虎克定律对稳定性的影响。 将实际应力与临界应力比较进行校核。 （填空）决定临界应力的条件：构建的几何尺寸、外力的作用方式、边界条件。
1.极限弯矩：是指在船体剖面内离中和轴最远点的刚性构件中引起的应力达到结构材料屈服极限（在受拉伸时）或构件的临界应力（在受压缩时）的总纵弯曲力矩。 2.总强度:从整体上研究船体梁变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为总强度。 3.计算状态：在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态。 4.剖面模数：W=I/Z,表征船体结构抵抗弯曲变形能力。 5.纵向强力构件：纵向连续并能够有效地传递总纵弯曲应力的构件习惯上被称为纵向强力构件。 6.安全系数：是考虑强度计算中的许多不确定性，为保证设计结构必要的安全度而引入的强度储备。 7.许用应力：是指在结构设计预计的各种工况下，船体结构构件所容许承受的最大应力值。 8.强度储备系数：Mj与在波谷上和波峰上的相应计算弯矩M进行比较，即应满足Mj/M>n, n称为强度储备系数,Mj/M也表明船体结构所具有的承受过载的能力的大小。 9.局部强度：从局部上研究船体梁变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。 10.带板：为估算骨架的承载能力，把一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面积、惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板称为带板。 11.剖面利用系数：实际剖面模数与理想剖面模数的比值，表明了材料在剖面中分布的合理程度。 12.剖面模数比面积：产生单位剖面模数（W2/3)所需的剖面积。Cw=F/W2/3
13.计算剖面：可能出现最大弯曲应力的剖面。 14.甲板室：上层建筑中宽度与船宽相差较大的围蔽建筑物。 1.集装箱船为什么要进行扭转强度计算，产生扭矩的原因是什么？ 集装箱船具有大开口的技术特征，舱口宽度一般达到甚至超过船宽的85%，舱口长度可以达到舱壁间距的约90%，使得扭转强度的重要性上升到与总纵强度同等的地位。船舶在斜浪中航行、船舶倾斜、船舶横摇 2.船体强度计算应包括下述内容： （1）确定作用在船体和各个结构上的载荷的大小及性质，即所谓外力问题。（2）确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析（亦称载荷效应分析）；或者求使结构失去它应起的各个作用中的任何一种作用时的载荷，即结构的极限状态分析（亦称求载荷效应的极限值），即所谓内力问题。 （3）确定合适的强度标准，并检验强度条件。 3.简述计算船体梁所受剪力弯矩的步骤。P10 （1）计算重量分布曲线； （2）计算静水浮力曲线； （3）计算静水载荷曲线； （4）计算静水剪力及弯矩； （5）计算静波浪剪力及弯矩； （6）将静水剪力及弯矩和静波浪剪力及弯矩叠加，即得总纵弯矩和剪力 4.简述坦谷波绘制步骤。P23 5.纵向强力构件分为四类： （1）只承受总纵弯曲的纵向强力构件，称为第一类构件，如不计甲板横荷重
第一节 船舶总纵强度 一、船舶强度基本概念 1. 船舶强度：船舶结构抵抗内外力而不致破环的能力。 2. 船舶强度种类 ???????????? 纵强度总强度横强度船舶强度扭转强度局部强度 二、船舶总纵强度 1. 总纵强度概述 1)船舶漂浮在水面上，受到重力和浮力的作用，就整个船体看总重力与总浮力是 平衡的。但实际上在船体长度每一段上其重力与浮力是不平衡的。由于这种重力与浮力沿着船长方向分布不均，使船体产生了纵向弯曲。 2)船体上每一段重力与浮力的差值就是实际作用在船体上的负荷。船体正是由于负荷的作用而产生了剪力和弯矩。剪力最大值在距首尾约1/4船长附近；最大弯矩值则在船中附近。 3)船体纵向变形的两种形式： 中拱(Hogging)船体中部上拱的弯曲状态(受正弯矩作用)。 中垂(Sagging)船体中部下垂的弯曲状态(受负弯矩作用)。 2. 总纵强度的校核 1)许用切力：按“许用剪切应力、横剖面对水平中和轴的惯性矩、横剖面水平中 和轴以上有效构件对中和面的静矩、计算横剖面水平中和轴处舷侧
外板或纵舱壁的厚度以及波浪切力”计算的许用静水切力。 许用弯矩：按“许用弯曲应力、甲板或龙骨处的剖面模数、局部构件折减系数 以及波浪弯矩”计算的许用静水弯矩。 2)校核各横剖面的静水切力和静水弯矩 3)当不需要校核切力时 船中静水弯矩：1[()]2S Li i i i i i M W x P x B x '=∑?+∑?-∑? (,)i i m f P x d =∑? 分别令S M '取S M ±(船中许用静水弯矩)、0、LS M ±(空船许用静水弯矩)，绘制以载荷对船中弯矩i i P x ∑?为纵坐标，平均型吃水m d 为横坐标的强度曲线图。 4)经验方法(拱垂值) (1)拱垂值2 F A M d d d δ+=- ，则： 当0δ>时，船舶呈中拱变形； 当0δ<时，船舶呈中垂变形。 (2)纵强度校验方法 当01200bp L δ≤<，纵强度处于有利状态； 当1200 800bp bp L L δ≤<，纵强度处于正常状态； 当800600bp bp L L δ≤< ，纵强度处于极限状态； 当600bp L δ≥，纵强度处于危险状态。 三、船舶总体布置对总纵强度的影响 1. 弯矩特性曲线 尤其注意中机型船满载、尾机型船轻载或空船压载航行时的中拱变形。 2. 采取的措施 1)货物配置 2)压载水安排
船体强度与结构答案 【篇一：《船体结构与强度设计》复习题】 txt>一、判断题 1、长期以来，总强度一直是船体结构强度校核的主要方面。（√） 2、强度标准设计又称为计算设计方法，是目前应用比较广泛的方法。（√） 3、船舶除具有一定的强度外，还必须具有一定的刚度。（√） 4、对那些抗扭刚度较低的船体来说，扭转强度的研究就显得十分必要。（√） 5、在单跨梁的弯曲理论中，我们规定弯矩在梁的左断面逆时针为正，在梁的右断面顺时针为正，反之为负。（√） 7、通过在方程中引入初始点的弯曲要素值来求解梁挠度曲线方程的 方法叫做“初参数法”。（√） 8、如果梁上受到几个载荷共同作用时，就可以用“叠加原理”来进行 计算。（√） 10、在船体结构中，除了少数的桁架结构外，大多数的结构都是以 弯曲变形为主的静不定杆系，例如连续梁、刚架及板架等属于这类 杆系。（√） 11、变形连续条件就是变形协调条件。（√） 12、交叉梁系中不受任何外载荷作用的杆系称为无载杆。（√） 13、从原则上讲，力法可以解一切静不定结构。（√） 15、所谓“位移法”就是以杆系节点处的位移为基本未知数的方法。（√） 17、节点平衡方程又叫位移法方法，且此方程为正则方程。（√） 20、正则方程就是力的互等定理的反应。（√） 21、所谓“位移法”就是以杆系节点处的位移为基本未知数的方法。（√） 24、运用能量法能够解决结构的位移问题，也能解决静不定问题。（√） 26、在造船界，通常把杆件在弹性范围外失稳的力叫做临界力，以 区别弹性范围内失稳的欧拉力。（√） 28、对于任意多跨连续梁，只要其每个跨度是等距、等断面的，并 且两端是自由支持的，这时不论跨度有多少，其欧拉力都等于每跨 单独时的欧拉力。（√）
船体强度与结构设计 复习
绪论 1.总纵强度：在船体总纵强度计算中，通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁，简 称船体梁。船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲，称为总纵弯曲。船体梁抵抗总纵弯曲的能力，称为总纵强度。 2.船体总纵强度计算的传统方法：将船舶静置在波浪上，求船体梁横剖面上的剪力和弯 曲力矩以及相应的应力，并将它与许用应力相比较以判断船体强度。 3.评价结构设计的质量标准：安全性，营运合适性，船舶的整体配合性，耐久性，工艺 性，经济性。 4.按照静置法所确定的载荷来校核船体的总纵强度，是否反映船体的真实强度，为什 么？答：按照静置法所确定的载荷来校核船体总强度，不反映船体的真实强度，因为海浪是随机的，载荷是动态的，而且当L较大时载荷被夸大，但具有相互比较的意义。 第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算 5.总纵弯曲：船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲。（中拱：船体梁中 部向上拱起，首、尾两端向下垂。中垂：船中部下垂，首、尾两端向上翘起。） 6.重量曲线：船舶在某一计算状态下，描述全船重量沿船长分布状况的曲线。绘制重量 曲线的方法：静力等效原则。 7.浮力曲线：船舶在某一装载情况下，描述浮力沿船长分布状况的曲线 8.载荷曲线：在某一计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲 线。 9.静水剪力：船体梁在静水中所受到的剪力沿船长分布状况的曲线。 10.弯矩曲线：船体梁在静水中所受到的弯矩沿船长分布状况的曲线。 （重量的分类：按变动情况来分：①不变重量，即空船重量，包括：船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量。②变动重量，即装载重量，包括货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重量。按分布情况来分：①总体性重量，即沿船体梁全长分布的重量，通常包括：主体结构、油漆、锁具等各项重量。②局部性重量，即沿船长某一区段分布的重量。） 11.局部重量的分配原则（P12）：重量的分布原则：静力等效原则。①保持重量的大小 不变，这就是说要使近似分布曲线所围成的面积等于该项实际重量。②保持重量重心的纵向坐标不变，即要使近似分布曲线所围的面积的形心纵坐标与该项重量的重心坐标相等。③近似分布曲线的范围（分配到理论站的范围）与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。 12.如何获得实际船舶重量分布曲线：答：通常将船舶重量按20个理论站距分布（民船 尾－首，军船首－尾编排），用每段理论站距间的重量作出阶梯形曲线，并以此来代替重量曲线。作梯形重量曲线时，应使每一项重量的重心在船长方向坐标不变，其重量分布范围与实际占据的范围应大致对应，而每一项理论站距内的重量则当做是均匀的。最终，重量曲线下所包含的面积应等于船体重量，该面积的形心纵向坐标应与船体重心的纵向坐标相同。 13.静水力浮力曲线的绘制：浮力曲线的垂向坐标表示作用在船体梁上单位长度的浮力 值，其与纵向坐标轴所围的面积等于作用在船体上的浮力，该面积的形心的纵向坐标即为浮心的纵向位置。浮力曲线通常根据邦戎曲线来求得。 14.用于总纵强度计算的剪力曲线和弯矩曲线的特点：①首尾端点处的剪力和弯矩为零， 亦即剪力和弯矩曲线在端点处封闭②零载荷点与剪力的极值相对应，零剪力点与弯矩的极值相对应③剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船中的某处，在离首尾约船长的1/4处具有最大正值或负值④弯矩曲线在两端的斜率为零，最大弯矩一般在船中 0.4倍船长范围内。 15.波浪剪力：完全由波浪产生的附加浮力引起的附加剪力。
234 5 a p P 1P2 234 P1 P11P12 34 5 P2 P21P22 3、一海船垂线间长Lpp=160m，设计时将分为20个理论站，机舱内有一主机，机电设备重量P=1000KN，主机跨2-3,3-4,4-5三个理论站，距离3-4站跨中位置a=3m，现要将该船进行局部性重力调整，使其主机重量分布2-3,3-4,4-5三个理论站，根据局部重力分配原则，试问分布到2-3,3-4,4-5三个理论站的均布重力分布分别为多少。 解：将三个理论站等分为2个理论站。 将P1分布列2-3,3-4两个理论站 将P2分布列3-4,4-5两个理论站 分配到2-3,3-4,4-5的重力分别为 10、某箱型船，长l=120m，宽b=20m，在淡水中正浮时吃水为6米，假设船的质量沿船长均匀分布，将一个100t的载荷加在船中后50米处的一点上，试画出其载荷，剪力和弯矩曲线，并计算此时船中的弯矩值 4、一海船垂线间长Lpp=100m，设计时将其分为20个理论站，其尾部超出理论站L0站后的船体重量P=1000kn，超出0站的距离a=2m，现将其对该船进行局部重力调整，使其尾部重量分布到0-1，1-2理论站，根据局部重力分配原则，试0-1.1-2站的重力分布为多少? 5、某矩形剖面钢船，其剖面尺寸如图：船长L=72米，型宽B=12米，舱口边板b=3米，型深D=7.5米，吃水d=5.0米(淡水中)，假定船重量曲线为三角形(首尾端为零，船中最大)，分别画出重量曲线、浮力曲线、载荷曲线、静水力曲线、静水弯矩曲线图；同时求最大的静水弯矩。取甲板的许用应力为[σ]=1000kgf/cm2,试求刚好满足许用应力时的甲板厚度。(假设甲板是等厚的) 解：船在静水受力平衡： 重力方程：