船舶结构与强度设计 第2章

船舶结构设计与强度分析研究船舶是人类重要的运输工具之一，其结构设计与强度分析对于船舶的安全和性能至关重要。

本文将探讨船舶结构设计与强度分析的研究内容及其重要性。

船舶结构设计的目标是确保船舶在各种工作条件下都能满足安全、经济和可靠性的要求。

船舶结构设计的核心任务包括：船体、船内设备的布置设计、船舶各个部位的尺寸和形状设计、结构材料的选择与选型等。

这些任务在设计船舶时都要充分考虑船舶的载荷特性、运行条件和预期使用寿命等因素。

船舶结构设计的基础是对船舶载荷的合理估计。

船舶的载荷主要包括静载荷和动载荷。

静载荷包括自重、燃料、货物、人员等固定的重量，而动载荷则是由于波浪、风力和操作引起的。

船舶结构设计需要根据这些载荷对船舶各个部位的强度要求进行计算，以确保船舶在正常运行和紧急情况下的安全性。

船舶结构设计还需要考虑船舶的抗扭刚度和抗扭能力。

因为船舶在水中运动时，受到波浪等外界力的作用，会出现扭曲变形。

在设计船体时，需要合理布置结构材料和构件，以增强船体的抗扭刚度和抗侧倾能力，从而提高船舶的稳定性和安全性。

船舶结构设计中的关键问题之一是材料的选用和使用寿命的预测。

船舶结构在海洋环境下需要承受长期的水冲刷、氧化和腐蚀等作用，因此需要选择耐腐蚀性强、强度高的材料。

此外，船舶的使用寿命也是设计的重要考虑因素。

船舶运营成本巨大，设计人员需要预测材料的使用寿命，以在设计过程中考虑船舶维护和修理的成本，从而提高船舶的经济性和可靠性。

船舶强度分析是对船舶结构力学特性进行研究和计算的过程。

强度分析的目的是确定船舶结构在各种载荷和运行条件下的承载能力，确保船舶在正常和紧急情况下的安全性。

强度分析的主要内容包括船舶结构的应力分布、应力集中和疲劳分析等。

通过对船舶的强度分析，可以及时识别结构弱点和潜在的故障源，为船舶设计和维护提供重要指导。

船舶强度分析中的关键问题之一是疲劳分析。

船舶在长期运行过程中会出现疲劳破坏，这是由于载荷的反复作用导致材料出现裂纹和断裂。

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.第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算1.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。

2.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。

3.总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力。

4.引起船体梁总纵弯曲的主要外力：重力与浮力。

5.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。

6.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)。

7.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。

8.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.9.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。

10.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）。

船舶结构与强度第二版答案一、判断题(每题2分，共10分)1、船体梁的最大剪力发生在船中剖面处。

(x)2、船体梁上浮力曲线与纵向坐标轴所围的面积等于作用在船体上的浮力，该面积的形心为船体浮心。

(√)3、第二次及更高次总纵弯曲近似计算中在不同弯曲状态下构件的折减系数是相同的。

(x)4、计算槽型舱壁的槽形体的弯曲时，可将其作为弹性固定的单跨梁或连续梁。

(√)5、为了防止应力集中，甲板上应避免采用长边沿船长方向布置的开孔。

(x)二、概念题(每题3分，共12分)1、重量分布曲线船舶在某一计算(装载)状态下，表示船长方向单位长度上重量大小的曲线。

2、许用应力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。

3、船体极限弯矩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。

4、应力集中间断构件在其剖面形状与尺寸突变处的应力，在局部范围内产生急剧增大的现象。

三、简答题(每题8分，共48分)1、简述船体总纵强度计算中剪力和弯矩的计算步骤。

答:(1)计算重量分布曲线p(x);(2)计算静水浮力曲线b(x);(3)计算静水剪力及弯矩:N,(x)=∫ [p(x)-b,(x)]dx’ M,(x)=∫N,(x)dx ;(4 )计算静波浪剪力及弯矩: N…(x) =∫ [-Δb(x)]dx ，M(x)=[N(x)dx;(5)计算总纵剪力和弯矩:N(x)=N,(x)+N_(x)，M(x)=M,(x)+M…(x)。

2、简述计算重量分布曲线时采用的静力等效原则。

答:重量的分配原则:重量不变，重心不变，范围不变，站距均布。

最终，应使重量曲线所围的面积等于全船的重量，该面积的形心纵向坐标与船舶重心的纵向坐标相同。

或:(1)保持重量的大小不变，这就是说要使近似分布曲线所围的面积等干该项实际重量:(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形心纵坐标与该项重量的重心纵坐标相等。

第二章 总纵强度计算§2-1船体总纵弯曲应力第一次近似计算一、危险剖面的选择危险剖面：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—既有最大的船口或其电开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。

除此之外，一般还要对船体骨架改变处剖面，上层建筑端壁处剖面，主体材料分布变化处剖面，以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。

二、纵向强力构件 1、 1、 纵向强力构件纵向连续并能有效的传递总纵弯曲应力的构件。

船中0.4~0.5倍船长区域内连续的纵向构件，上甲板板、外板、内底板、纵桁、中内龙骨等都是纵向强力构件。

船中非连续构件参加总纵弯曲的有效性取决于本身的长度及与主体的连续情况。

（1）、构件连续长度≥3h 计算剖面船口纵围板、纵桁等纵向构件可计入船体梁剖面计算中，但除外机座纵桁和其它加强纵桁不应计入。

（2）、构件长度L %15 的上层建筑。

（3）、不少于三个横舱壁或类似结构支柱的长甲板室。

2、 2、 间断构件（1）、相临舱口甲板。

（2）、纵桁板上的H h %20 的开口。

三、剖面模数及剖面要素计算 1、 1、 不同材料剖面面积折算根据变形相等的条件，承受相同的力P 即在计算时，可以船体梁仅由一种基本材料构件，而把与基本材料弹性横量E 不同和构件剖面面积乘以两材料的弹性横量之比E E i，同时又不改形心位置。

因此，对薄壁构件，相当于只对板厚作上述变换。

2、 2、 剖面要素的计算步骤（1）、画出船体计算剖面的剖面图并编号（i ）（2）、选定参数轴—离基线（0.45～0.5）型深处。

确定形心至参数轴距离（i Z ）。

（3）、计算剖面积（A ）、静力矩（B ）、惯性矩（C ）。

∑=i A A ∑=i i Z A B ∑+=)(02i Z A C i i（4）、求中和轴至参考轴的距离（ε）、任意构件至中和轴的距离（'i Z ）A B=εε-=i i Z Z '（5）、求对中和轴的惯性矩（I ）)(2)(222A B C A C I -=-=ε（6）、若甲板和船底距中和轴最远的距离分别为j Z 和d Z ，则甲板和船底的剖面模数分别为j j Z IW =d d Z I W =通常甲板的剖面模数比船底的剖面模数（d j W W <），所以有时也称j W 为船体的min W 。

《船舶强度与结构设计》习题集第一章船体外载荷模块1、空船在重量曲线可用抛物线和矩形之和表示,即把空船重量的一半作为均匀分布,另一半作为二次抛物线分布.如下图所示 .试求证距船中x 处单位长度的重量为:⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=2175.05.02)(l x i w x ω (kN/m)式中W ——空船重量，kN;l ——船长的一半，m.2、某长方形货驳和10m ，均匀装载正浮于静水中。

若认为货驳自身质量沿船长均匀分布，此时在货驳中央加10t 集中装载荷。

试画出其载荷、剪力和弯矩曲线，并求出最大剪力和最大弯矩。

3、长方形浮码头，长20m 、宽５m 、深３m,空载时吃 水１m （淡水）。

当中部８m 范围内承受布载荷时，吃水增加到２m 。

假定船体质量沿船长均匀分布。

试作出该载荷条件下的浮力曲线、载荷曲线、静水剪力和弯矩曲线，并求出最大剪力与最大弯矩值。

4、某箱形船，长100m 、宽18m ,在淡水中正浮时吃水为5m 。

假定船体质量沿船长均匀分布。

将一个150t 的载荷加在船中后50m 处的一点上，试画出其载荷、剪力和弯矩曲线，并计算此时船中的变矩值。

5、水线面形状如下图所示的一直壁式船，静置于L z h y π2cos 2=的余弦波上，试计算波谷在船中时的最大静波浪弯矩。

6、若将题1.3的船静置于波高h=0.5m 的余弦波上，试求最大静波浪弯矩。

第二章总纵强度模块1、某型深3.5m 的横骨架式船舶，第一次近似计算船中剖面要素时，参考轴选在基线上1.5m 处，并得到以下各数值（对半剖面）：（1）使船底板在第二次计算时的折减系数不小于0.5（肋距为500mm ，每四档肋距设一实肋板），该船底板的最小厚度至少应为多少？（2）剖面上甲板宽度为2m ，舱口旁的甲板厚度为5mm ，舷侧板厚度为6mm 。

若该剖面受到1600kN 剪力的作用，求甲板距中心线4m 处和舷侧板在中和轴处的剪应力。

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。

知识点6（判断）纵向骨架在计算载荷下不允许丧失稳定性，只有板可能失稳。

知识点7板的应力分布同一水平高度的应力沿着板宽分布不均匀，与纵向骨架相连的部分板宽内应力较高，而板宽的中间部分应力较低。

知识点8剖面折减将船体剖面中一部分失稳的板构件剖面积化为假想不失稳的刚性构件剖面积。

船体结构的主要骨架形式船体结构由保持水密的外板、甲板板和支持它们的骨架构成。

根据船体骨架中型材排列方式，可以将船体骨架形式分为横骨架式、纵骨架式和混合骨架式三种。

一、横骨架式船体结构横骨架式船体结构是在上甲板、船底和舷侧结构中，横向构件数目多、排列密而纵向构件数目少、排列疏的船体结构。

特点：1、横向强度和局部强度好2、结构简单，容易建造3、舱容利用率高4、空船重量大5、使用在对总纵强度要求不很高的的中小型船舶二、纵骨架式船体结构纵骨架式船体结构是在上甲板、船底和舷侧结构中，纵向构件数目多、排列密，而横向构件数目少、排列疏的船体结构。

特点：1、总纵强度大2、结构复杂。

3、舱容利用率低4、空船重量小5、通常在大型油船和矿砂船上采用三、混合骨架式船体结构混合骨架式船体结构，在上甲板和船底采用纵骨架式结构，而在舷侧采用横骨架式结构特点：1、即满足总纵强度的要求，又有较好的横向强度2、结构较为简单3、舱容利用率较高4、舷侧与甲板、船底的交接处，结构连接性不太好5、在大型干散货船中广泛采用甲板结构甲板结构中主要构件：一、纵向构件1、甲板纵桁：是甲板结构中沿舱口两边和甲板中心线布置的纵向构件，由尺寸较大的T型组合材做成。

作用：承受总纵弯距作用，增加舱口处的强度2、甲板纵骨：仅在纵骨架式甲板结构中采用的纵向构件，由尺寸较小的不等边角钢作成。

作用：保证船舶的总纵强度和甲板的稳定性。

二、横向构件甲板中的横向构件统称为横梁。

按其位置和尺寸大小分为：1、普通横梁：是仅在横骨架式甲板结构中采用的横向构件，由尺寸较小的不等边角钢做成。

它的两舷端用梁肘板与舷侧横向构件（肋骨）相连，并与船底肋板一起组成横向框架，保证船体横向强度。

2、半梁：是横骨架式甲板结构中被舱口截断的横梁。

其舷端以梁肘板与肋骨相连，另一端焊在舱口围板上。

3、舱口端梁：是位于舱口前后两端的横梁，由尺寸较大的T型组合材做成。

其主要作用：增加舱口处的强度。

4、强横梁：是仅在纵骨架式甲板结构中采用的横向结构，由尺寸较大的T型材或折边钢板做成。

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。

（√）29、当压应力小于临界应力时，杆件处于稳定平衡状态。

（√）30、当集中载荷或一定长度上的分布载荷转化为等价的每一理论站距间的矩形分布载荷时，应遵循“静力相当”的原则，即转化前后重力相等、重心位置不变。

（√）32、剖面模数比面积的意义就是产生单位剖面模数所需的剖面积。