剖面模数和惯性矩在船体结构

一引起船体梁总纵弯曲的外力计算1 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 重力p(x)与浮力b(x)是引起船体梁总纵弯曲的主要外力。

载荷q(x)，剪力N(x)，弯矩M(x)。

4 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。

5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。

6 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。

7 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19 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 静水剪力、弯矩曲线：船体梁在静水中所受到的剪力和弯矩沿船长分布状况的曲线。

11 静波浪剪力和弯矩计算：船舶由静水进入波浪时，重量曲线p(x)并未改变，但水面线发生了变化，从而导致浮力的重新分布。

波浪下浮力曲线相对静水状态的浮力增量是引起静波浪剪力和弯矩的载荷。

剖面模数和惯性矩在船体结构、强度设计中经常会碰到，平时我们一般都采取手工计算，过程非常繁琐、单调，又容量出错。

现在许多人都已经用计算机编程计算，速度快，又准确，本文介绍剖面模数和惯性矩编程计算两种方法，供大家选择使用。

1.用Micr0softExcel(电子表格)编程计算1.1说明：用此方法计算，方便易学，即使没有学过计算机语言的人也能自编,自用。

无须专业人员帮助，而且编程速度很快。

1.2编程及使用举例打开Micr0softExcel设定b1、b2、b3、h1、h2、h3属性为输入项，b1:“型材面板宽度（cm）”、h1：“型材面板厚度（cm）”、b2:“型材腹板高度（cm）”、h2:“型材腹板厚度（cm）”、b3:“型材带板宽度（cm）”、h3:“型材带板厚度（cm）”、可再按下述步骤操作：A1项设定为：b1*h1A2项设定为：b2*h2A3项设定为：b3*h3A4项设定为：A1+A2+A3S1=A1*((h1+h3)/2+b2)I1=A1*((h1+h3)/2+b2)^2+(1/12)*b1*(h1)^3S2=A2*(b2+h3)/2I2=A2*((b2+h3)/2)^2+(1/12)*h2*(b2)^3I3=(1/12)*b3*(h3)^3S4=S1+S2H=S4/A4I=I1+I2+I3-h^2*A4W=I/((h1+h3)/2+b2-h)惯性矩，W为剖面模数。

下次计算时，只用在界面更换b1、b1、b1、b3、h1、h2、h3值可得新的I和w。

2.用VB编程2.1说明:用VB编写过程较复杂,要有VB基础,优点是编程后使用时界面较直观,容易使用.2.2编程使用举例：2.2.1创建新窗体首先启动VB6.0,新建一个工程，系统会自动打开一个新窗体。

在窗体中增加如下控件：8个标签控件、8个文本框控件、1个框架控件、3个命令按钮控件。

然后将窗体的Caption属性改为“剖面模数计算器”：8个标签的Caption属性分别为“型材面板宽度（cm）”、“型材面板厚度（cm）”、“型材腹板宽度（cm）”、“型材腹板厚度（cm）”、“型材带板宽度（cm）”、“型材带板厚度（cm）”、“惯性矩（cm4）”、“剖面模数（cm3）”；框架控件的Caption属性改为“结果”；3个命令按钮的Caption属性改为“开始计算”、“清除”、“退出”；8个文本框的text属性改为空；其它的属性均取默认值。

（完整版）船舶结构规范计算书船舶结构规范计算书2.1 概述（1）本船为单甲板，双层底全焊接钢质货船；货舱区域设顶边舱和底边舱。

货舱区域主甲板、顶边舱、底边舱及双层底为纵⾻架式结构，其余为横⾻架式结构。

（2）本船结构计算书按CCS《钢质海船⼊级规范》（2006）进⾏计算与校核。

（3）航区：近海（4）结构折减系数：0.952.2 船体主要资料L 96.235m 总长oaL 92.780m ⽔线间长W1L 89.880m 两柱间长bp型宽 B 14.60m型深 D 7.000m设计吃⽔ D 5.600m计算船长L 不⼩于0.96Lwl=73.344m,不⼤于0.97Lwl = 89.997m取计算船长L = 89.900m 肋距 s 艉~ Fr8, Fr127 ~ 艏 0.60mFr8 ~ Fr1270.650m 纵⾻间距甲板及双层底下 0.60~0.70m顶边舱及底边舱0.60~0.80ms=0.0016+0.5 0.644m 标准⾻材间距bC（对应结构吃⽔） 0.820 ⽅型系数b系数C = 0..412L+4 7.704b f =b F =1.00 d f =d F =1.00主尺度⽐ L/B=6.158 > 5B/C=2.09 <2.5货舱⼝尺度⽐No.1货舱 b 1=10.60 m L H1=25.35 m L BH1=32.20mb 1 /B=0.726 >0.6 L H1 / L BH1=0.726 > 0.7No.2货舱 b 2=12.60 m L H2=25.60 m L BH2=33.60mb 2 /B=0.863 >0.6 L H2 / L BH2=0.750 > 0.7 本船货舱开⼝为⼤开⼝.主机功率 1544kW2.3 外板计算 2.3.1 船底板(2.3.1)（1）船舯部0.4L 区域船底板厚t 应不⼩于下两式计算值： (2.3.1.3)b F L s t )230(043.01+== 8.86mm b F h d s t )(6.512+== 9.35mm式中：s ——纵⾻间距，取0.644mL ——船长，取89.90mF b ——折减系数，取1 d ——吃⽔，取5.60mh 1——C h 26.01==2.003 且1h ≤d 2.0=1.120m, 取 1h = 1.120实取 t = 10 mm（2）艏、艉部船底板 (2.3.1.4)在离船端0.075L 区域船底板厚t 应不⼩于下式之值:mm s sL t b19.9)6035.0(=+= 式中： L ——船长，取89.90m s ——纵⾻间距，取0.650m b s ——纵⾻的标准间距，取0.644m 实取 t=10mm 2.3.2 平板龙⾻ (2.3.2)平板龙⾻宽度b 应不⼩于下式之值：=+=L b 5.39001214.65 mm (2.3.2.1) 2t t =+=底11.35 mm (2.3.2.2) 式中： L ——船长，取89.90m实取平板龙⾻ b=1800mm t =12mm2.3.3 舭列板 (2.3.3.1)舭列板处为横⾻架式，其厚度应不⼩于船底板厚度 (2.3.1.2)b F L Est )170(1072.01+== 11.58 mm b F h d s t )(0.712+== 11.79 mm式中：E = 1+(s/S)2 = 1.0050, 其中, S 为船底桁材间距, 取2.900ms ——纵⾻间距，取0.650mL ——船长，取89.90mh 1——C h 26.01==2.003 且1h ≤d 2.0=1.120m, 取 1h = 1.120 F b ——折减系数，取1 实取 t =12 mm2.3.4 舷侧外板(1) 3D/4 以上及顶边舱与底边舱间横⾻架式舷侧外板厚度应不⼩于按下列三式计算所得之值: (2.3.4.3、 8.3.2.1)d F L Est )110(1073.01+== 9.49 mm =+=)(2.422h d s t 7.53mm ==L t 3 9.48mm 式中： E = 1 s ——肋⾻间距，取0.644mL ——船长，取89.90m d ——结构吃⽔，取5.60m F d ——折减系数，取1 2h ——C 5.0h 2==3.852且d h 36.02≤=2.016, 取2h = 2.016实取 t=14mm(2) 距基线D 41以下舷侧外板厚度t 不⼩于下式： (2.3.4.2)d F L Es t )110(1072.01+== 8.80mm=+=b F h d s t )(3.61210.62mm 式中： E = 1s —— 肋⾻间距，取0.644mL ——船长，取89.90m d ——结构吃⽔，取5.60m F b ——折减系数，取1h 1——1h =0.26c=2.003, 且d h 2.01≤=1.120, 取h 1=1.120 实取 t =12mm2.3.5舷顶列板 (2.3.6.1)宽度 b = 800+5L = 1249.5d F L s t )110(06.01+==7.72 mm)75(9.02+=L s t = 7.44mm 式中:S=0.644 m d F =1 实取: t=14mm2.3.6 局部加强(1)与尾柱连接的外板、轴包处的包板： (2.3.6.1)外t t 5.1== 14.025mm中t t == 9.35mm 实取t=16mm(2)锚链管处外板应予加强： (2.3.6.2)2+=外t t = 11.35mm 实取t=14mm2.4 甲板计算2.4.1 强⼒甲板(1)船中0.4L 区域纵⾻架式甲板，不⼩于下式之值： (2.4.2.1)d F L s t )110(06.011+== 8.40 mm759.02+=L s t = 8.09 mm式中： s ——纵⾻间距，取0.70mL ——船长，取89.90m1L =L , 取89.90m d F ——折减系数，取1实取 t =14 mm(2)开⼝线以内及离船端0.075L 区域内强⼒甲板t 不⼩于下式之值 (2.4.2.2)759.02+=L s t = 7.51 mm式中： s ——横梁间距，取0.65 mL——船长，取89.90m实取t=10 mm2.4.2 甲板边板 (2.4.3.1) 船中部4.0L区域，甲板边板宽度，=b1111.32 mm8.6L≥500+厚度t不⼩于强⼒甲板厚度实取甲板边板 t x b = 14?20002.4.3 平台甲板厚度t应不⼩于下式之值： (2.4.5.2) t = 10s = 6.50 mm式中： s——⾻材间距，取0.650m实取 t = 8mm2.4.4甲板开⼝(2.4.4.2) 货舱及机舱开⼝的⾓隅采⽤抛物线，货舱⾓隅板实取 t=14mm 机舱⾓隅板实取 t=10mm2.4.5开孔平台(2.15.1.11) 艏尖舱设开孔平台开孔平台甲板开孔⾯积 a = 0.1A = 0.07m2式中: A = 0.700 m2实取: a = 10.8 m2开孔平台甲板厚度 t= 0.023L + 5 = 7.07 mm实取: t = 8mm开孔平台甲板横梁的不连带板的剖⾯积(隔档设)A = 0.13L + 4 = 15.69 cm2实取: L100x63x8 (每档设) A= 25.20 cm22.4.6 顶边舱斜板 (8.6.2.1)斜板厚度t 应不⼩于按下列两式计算所得之值,且应不⼩于8mm:h s t 41= + 2.5 = 8.93 mms t 122= = 9.34 mm式中: h = h 1cos θ+ b 1sin θ= 2.8 x cos30°+ 3.7x sin30°= 4.275s = 0.778 m实取: t = 10mm2.5 双层底结构 2.5.1中桁材(2.6.2.1~2.6.2.3)中桁材⾼度 30042250++=d B h = 900.2 mm 中桁材厚度 t =0.00770h +3 =9.93 mm式中：B=14.6m d=5.6m 0h =900.2mm ≥700mm 实取 0h =1050 mm t=12mm2.5.2 旁桁材(2.6.10.2, 2.6.4.1)t =0.00770h +1 =6.93mm 实取: t = 10mm 加强筋两端削斜其厚度与肋板相同,宽度为肋板⾼度的1/10B = 0.10h = 90.02 mm 实取: t=10mm b=100mm2.5.3 实肋板 (2.6.11.2, 2.6.5.1)(1)在机舱区域，⾄少每个肋位上应设置实肋板，货舱区每四肋位设置实肋板。

船体强度与结构设计船体强度与结构设计1. 船体梁抵抗总纵弯曲的能⼒，成为总纵强度（简称纵强度）。

2. 重量的分类：（1）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。

（2）按分布情况分○1总体性重量，即沿船体梁全场分布的重量，通常包括：主体结构、油漆、索具等各项重量，对于内河⼤型客船，还包括：纵通的上层建筑及旅客等各项重量。

○2局部性重量：即沿船长某⼀区段分布的重量，通常包括：货物、燃油、淡⽔、粮⾷、机电设备、舾装设备等各项重量。

3.重量分布原则：对于各项重量按近似的和理想化的分布规律处理时，必须遵循静⼒等效原则1）保持重量的⼤⼩不变，这就是说要使近似分布曲线所围的⾯积等于该项实际重量2）保持重量重⼼的纵坐标不变，即要使近似分布曲线所围的⾯积⾏⼼纵坐标与该项重量的重⼼纵坐标相等3）近似分布的曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或⼤体相同3.描述浮⼒沿船长分布状况的曲线称为浮⼒曲线。

4.计算状态：通常是指，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、压装、空载等和按装载⽅案可能出现的最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。

4.静波浪弯矩与船型、波浪要素以及船舶与波浪的相对位置有关，波浪要素包括波形、波长和波⾼，⽬前得到最⼴泛应⽤的坦⾕波理论，根据这⼀理论，⼆维波的剖⾯是坦⾕曲线形状。

坦⾕波曲线形状的特点是：波峰陡峭，波⾕平坦，波浪轴线上下的剖⾯积不相等，故谓坦⾕波。

4.传统的标准计算⽅法：（1）将船舶置于波浪上，即假想船舶以波速在波浪的船舶⽅向上航⾏，船舶与波浪处于相对静⽌状态。

（2）以⼆维坦⾕波作为标准波形，计算波长等于船长（内河船舶斜置于⼀个波长上），计算波⾼按有关规范或强度标准选取。

（3）取波峰位于船中及波⾕位于船中两种状态分别进⾏计算。

船体结构强度试验规范1 范围本规范规定了舰船船体结构强度实船试验的试验方法。

本规范适用于舰船船体结构强度实船试验。

2 试验目的测定舰船船体结构强度,发现舰船设计和建造中出现的某些缺陷；检验理论预报的精度和可信度；保证舰船船体结构的可靠性。

3 试验仪器、设备3.1 保证船试验时必须提供保证船，该船应能在试验所要求的浪级下安全航行并履行其工作职责。

3.2 测试用仪器应选用具有多通道并能长期保存记录的电子测试系统。

通常由电阻应变片（传感器）、补偿片、静态或动态电阻应变仪（放大器）和记录器数据分析仪组成。

测试系统应具有良好满足被测物件要求的幅值线性，并能适应船上工作环境（温度、湿度及其它干扰）。

测试用仪表应按国家计量法的规定经过计量检定合格并处在规定的有效周期内，其量程和精度与试验检测的要求相适应。

试验前后应对所有仪器仪表检查、校验和标定。

在试验现场待试期间应保持良好状态。

3.3 测试仪器仪表的安装粘贴应变片前，待测部位表面要进行磨平和清洁处理。

应变片的粘贴（胶粘剂、粘贴、接线和保护涂层等）要严格按照制造厂说明书的要求进行。

应变片要粘贴牢靠，方向要正确，贴好的应变片应具有防水绝缘措施。

测试仪表应按照测试项目的要求及有关操作规程安装在合适的位置上，并有安全可靠的固定措施。

防止在试验过程中因松动、振动及外界环境等因素影响测试结果的正确性。

4 试验条件4.1 试验海区静力试验应选在无风无浪的缓流静水区域。

波浪中强度试验要求试验海区应开阔，海区水域应大于30 n mile X 30 n mile，海区应有足够水深，建议按表l选择试验海区的水深。

表l 试验海区的水深要求浪级 ３ ４ ５ 要求水深m ≥３０ ≥４５ ≥８０4.2 舰船状态4.2.1 静力试验测试前舰船应处于空载状态。

4.2.2 试验前后应检查并记录舰船的艏艉吃水，估算舰船的排水量，重心高度，横稳心高等。

5 试验项目5.1 波浪用测波仪测量波浪长度，波高，波的周期等，在罗经上判断浪向并记录。

结构设计1结构设计概述本船按CCS 《钢质海船入级规范》（2006）对无限航区有关散货船的要求进行设计。

2 基本结构计算书.2.1 外板 2.1.1船底板2.3.1.3：船底为纵骨架式时，船中部0.4L 区域内的船底板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值：b F L s t )230(043.01+= b F h d s t )(6.512+= 式中：s ——纵骨间距,m ，计算时取值应不小于纵骨的标准间距，本船为0.82m ， d ——吃水，m ，本船为14.8m ；L ——船长，m ，本船为225m ，计算时取不必大于190m 。

b F ——折减系数，由2.2. 7对于外板和甲板，折减系数和d b F F 应不小于0.7；对于骨材，折减系数和d b F F 应不小于0.8，在此取为0.8；==C h 26.01，计算时取不大于=d 0.2，C ——系数，根据2.2.3.1，当90300L m≤≤时，10.01)100182300(75.102/3=--=C计算得： 2.3.1.4 ：离船端0.075L 区域内的船底板厚度t 应不小于按下式计算所得之值：bs sL t )6035.0(+= 式中：s ——肋骨或纵骨间距，m ，计算时取值应不小于b s ；b s ——肋骨或纵骨的标准间距，m 。

肋骨、横梁或纵骨(船底、舷侧、甲板)的标准间距应按下式计算：=+=5.00016.0L s b m ，且不大于0.7m 。

1.2.2平板龙骨2.3.2.1 ：平板龙骨的宽度b 应不小于按下式计算所得之值：3.5L 900b += mm ，且不必大于1800mm ，在整个船长内保持不变。

计算得=+= 3.5L 900b mm ，在此取。

实取平板龙骨尺寸为：。

2.3.2.2 ：平板龙骨的厚度不应小于上述所要求的船底板厚度加2mm ，且均应不小于相邻船底板的厚度。

固在船中部0.4L 区域内取mm ，离船端0.075L 区域内。