第四章 保证满足船舶的强度条件
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总载重量指船舶在空载水线与满载水线之间任一确定的吃水下,船舶所能装载的最大重量净载重量指船舶在具体航次中所能装载货物重量的最大值载重量运输船舶所装载的载荷重量储备浮力指满载水线以上船体水密空间所能提供的浮力干舷指船中处从干舷甲板边缘上表面量至有关满载水线的垂直距离区带指一年各季节风浪变化不大,因而允许船舶终年使用同一载重线的海区季节区带指一年各季节风浪变化较大,因而要求在该海区航行的船舶根据不同的季节期使(海区)用不同的载重线的海区亏舱率指亏舱仓容占货物所占舱容积的百分比积载因数指每吨货物所占的货舱容积或量尺体积称为积载因数船舶载货能力指船舶在具体航次中所能承运货物数量的最大限额以及承运特殊货物或忌装载重能力是指船舶在具体航次中所能承运货物重量的最大限额,用净载重量表示船舶稳性指受外力作用,船舶发生倾侧而不致倾覆,当外力消失后,仍能回复到原平衡船舶纵向强度指船体结构所具有的抵御因重力和浮力沿纵向分布不一致而造成的极度变形船舶局部强度船体结构必须具有抵抗在局部外力作用下产生的局部极度变形或损坏的能力货舱适货指货舱必须适合于收受、装运、保管所承运的货物散落性指装于船舱内包括散装谷物在内的各种颗粒状、块状和粉末状的散货受船舶摇下沉性指装于船舱内的散装谷物,受船舶摇摆、震动作用,谷物颗粒间的空隙引起的谷物表面下沉的特性易流态化货物时指一般由较细颗粒的混合物构成,包括精矿、某些煤矿和具有类似物理性质的货物船舶常数产生的原因1 因船体、机械及舾装进行定期修理和局部改装而产生的空船重量的改变量2 因货舱内残留货物、垫舱物料及垃圾而导致的船舶总重量的增加量3 因油、水舱柜及污水井内残留污油、积水及沉淀物而导致的船舶总重量的增加量4 为计入船用备品重量的库存破旧机件、器件和各种废旧物料的重量5 船体外附着的海藻、贝类等海生物引起的重量的增加量6 集装箱船上可移动系固设备的重量提高船舶的载货能力的措施1 根据航线上的限制水深或航次所应使用的载重线正确确定船舶的最大装载吃水2 确定合理的燃料、淡水补给方案,尽可能地减少航次储备量3 及时地清除船上的垃圾、废料和杂物,定时进坞清除舷外船体附着的海生物,减少船舶常数4 合理确定各类载荷的纵向、垂向分布,尽量避免或减少为调整船舶的稳性、船体受力、吃水差而打入压载水5 油船满载航行时,应尽量清除舱内的油脚和垫水充分利用船舶载货能力的主要途径1提高船舶的载重能力2充分利用船舶的容量能力3充分利用船舶的其他装载能力4轻重货物合理搭配合格稳性的含义1 船舶在港内靠泊或锚泊时,应满足:a 初始横倾角不宜过大(通常限制在3度以内)b 尽管允许酌情降低对完整稳性的最低要求,但至少应满足对出稳性高度的单项最低要求2 船舶在离、到港时或航行途中,应同时满足:a 无初始横倾角b 满足对完整稳性的最低要求c 避免横摇周期过小(通常应超过9s)编制船舶积载计划时应满足的条件1 从分利用船舶的载货能力2 保证满足船舶的强度条件3 保证船舶具有适度的稳性4 保证船舶具有适当的吃水差5 保证货物的运输质量发生危险货物运输事故的主要原因1 缺乏危险货物的有关知识,特别是未掌握所运危险货物特性2船舶运输条件不满足危险货物的运输要求3 危险货物本身的原因4 危险货物的标志不符合要求或包装破损5 危险货物积载和隔离不当6 危险货物运输途中监管不当7 其他偶然事故杂货运输中发生货运事故的主要原因1装卸过程中值班船员和装卸工人工作疏忽或失职2 货舱及其设备不符合所运货物的要求3货物本身的原因4 不可抗力等原因造成货损5积载不当6运输途中货物保管不当散装固体货物运输中易产生的危险1 由于货物重量分配的不合理而造成船舶结构上的损坏2 船舶在航行中由于稳性的减少或丧失而造成的危险3 由于散装的化学反应,如释放有毒或可燃可爆气体,而造成事故什么是船舶的载货能力?用哪些指标或资料表示?指船舶在具体航次中所能承运货物数量的最大限额以及承运特殊货物或忌装货物的可能条件和数量限额三个指标载重能力、容量能力和其他载货能力保证货运质量措施1.货仓适货做好货舱准备工作(1)一般干货舱的准备(清洁、干燥、无味、无虫、无漏和舱内设备完好)(2)货舱和货物的熏蒸(港内熏蒸和通风、航行中的继续熏蒸)2.管理货物的主要措施(1)认真编好货物积载计划(2)装卸时做好看舱理货(3)做好货物的系固和平舱工作(4)做好航行途中的对货物的保管.当船舶吃水差不满足要求时有哪些调整方法适当吃水差范围满载时要求t = -0.3 ~ -0.5m ,半载时要求t = -0.6~ -0.8m,轻载时要求t= -0.9~ -1.9m ,空载时要求t > - 2.5%Lbp吃水差的调整1 纵向移动载荷2 选择适当舱位加减载荷。
船舶结构强度设计与优化第一章背景介绍随着航运业的不断发展,船舶结构的强度设计与优化成为了船舶工业中一个重要的研究方向。
船舶的强度设计和优化是为了保障船舶航行安全、提高船舶的承载能力、降低船舶的运行成本和减少对环境的影响等方面进行的一项重要的技术工作。
在船舶结构强度设计与优化中,主要研究船舶的结构设计、荷载分析、材料选择、系统优化和数字化仿真等方面的问题。
第二章船舶结构设计原则船舶的结构设计是保障船舶强度和安全的基础。
船舶的结构设计应当遵循以下原则:1. 强度合理。
船舶的结构设计必须满足船舶的强度要求,使船体在航行中能够承受各种外力和内力的作用,保证船舶的结构完整性和航行安全。
2. 材料优化。
选择合适的材料是保证船舶结构强度和质量的关键。
船舶设计中应该选择具有高强度、高韧性、耐热耐腐蚀等性能突出的材料,同时也要考虑材料的可靠性和价格等因素。
3. 工艺合理。
船舶结构的施工工艺应该合理,保证船舶结构质量和强度,使得船舶更加长久耐用。
第三章荷载分析荷载分析是船舶结构设计中非常重要的一个环节。
荷载分析通常要考虑到海况和船舶自重、载货和人员等因素的影响。
荷载分析主要包括以下内容:1. 指定荷载标准。
荷载标准可以包括国际标准或者一些行业自己的标准,要根据具体的航行情况进行选择。
2. 船舶质量测定。
船舶质量的测定非常重要,可以通过船舶自测、出荷前测或者第三方测量等方式进行。
3. 荷载计算。
荷载计算是荷载分析的核心,需要精确计算各种荷载对船舶结构带来的影响,包括重量、浮力、航速、加速度、风载和波动等。
第四章材料选择材料选择是船舶结构设计中的一个关键环节,选择适合的材料能够提高船舶的强度和耐用性。
船舶结构通常使用钢材、铝合金、复合材料等材料,材料选择应该考虑以下因素:1. 材料的物理和力学性能。
选择材料时应该考虑其重量、强度、韧性、耐热性、耐腐蚀性等因素。
2. 海洋环境影响。
航海经常受到各种恶劣的海洋环境的影响,部分海域还会受到海水腐蚀的影响,所以材料应该选用能够适应海洋环境的材料。
船舶航运安全管理规程第一章船舶航运安全管理总则 (3)1.1 管理目标与原则 (3)1.1.1 管理目标 (3)1.1.2 管理原则 (3)1.1.3 管理机构 (4)1.1.4 职责划分 (4)第二章船舶安全管理制度 (4)1.1.5 责任主体 (4)1.1.6 责任内容 (4)第二节安全生产规章制度 (5)1.1.7 安全生产规章制度制定原则 (5)1.1.8 安全生产规章制度内容 (5)1.1.9 安全生产规章制度执行 (5)第三章船舶设计与建造安全 (6)第四章船舶检验与维修安全 (7)1.1.10 检验前的准备工作 (7)1.1.11 检验过程中的安全要求 (7)1.1.12 检验后的工作 (8)1.1.13 维修前的准备工作 (8)1.1.14 维修过程中的安全要求 (8)1.1.15 维修后的工作 (8)第五章船舶配备与人员管理 (9)第六章船舶航行安全 (10)1.1.16 航行规则 (10)1.1.17 航线管理 (10)1.1.18 船舶安全检查 (11)1.1.19 船舶交通管理 (11)1.1.20 船舶应急救助 (11)第七章船舶货物装载与运输安全 (12)1.1.21 货物装载前的准备工作 (12)1.1.22 货物装载过程中的注意事项 (12)1.1.23 货物装载后的检查与处理 (12)1.1.24 运输安全制度的建立与执行 (12)1.1.25 运输安全风险的识别与防控 (12)1.1.26 运输安全应急处理 (13)第八章船舶污染防治 (13)第九章船舶应急管理与救援 (14)1.1.27 应急预案的制定 (14)1.1.28 应急预案的演练 (15)1.1.29 救援行动 (15)1.1.30 救援协调 (15)1.1.31 信息收集 (16)1.1.32 信息处理 (16)1.1.33 信息发布 (17)1.1.34 信息交流 (17)第十一章船舶调查与处理 (17)1.1.35 报告 (17)1.1 发生后,船舶负责人或相关人员应立即向公司及相关部门报告情况。
第五章保证满足船舶的强度条件第一节船舶强度概述考点1:船舶强度概念及分类1.船舶装载轻货时,主要考虑船体的()。
A.横强度B.纵强度C.局部强度D.扭转强度2.船舶结构抵抗各种内力和外力作用的能力称为()。
A.浮性B.稳性C.船体强度D.船舶抗沉性3.杂货船营运中主要应考虑的船舶强度为()。
①总纵强度;②扭转强度;③局部强度;④总强度;⑤横强度。
A.①③B.①②③C.①②③④D.①②③④⑤4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5.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6.纵骨架式结构对船舶的()有利。
A.纵向强度B.横向强度C.局部强度D.以上都是第二节考点1 船舶产生纵向变形的原因1.船舶纵向强度是指船舶结构抵抗()。
A.船体沿船宽方向发生损坏及变形的能力B.各层甲板沿船长方向发生扭曲变形的能力C.船体沿船长方向产生剪切及弯曲变形的能力D.载荷和水压力作用保持不损坏和不发生很大变形的能力2.作用于船体上的外力主要包括()。
A.重力B.浮力C.惯性力D.A和B3.船舶纵向变形的原因是船舶重力和浮力()。
A.大小不等B.不作用于同一垂线上C.沿船长方向各区段内并不处处相等D.船体结构尺寸不足4.由于船舶重力和浮力(),从而导致船舶纵向产生变形。
A.大小不等B.不作用于同一垂线上C.沿船长方向各区段内存在差值D.船体结构尺寸不足5.由于船舶重力和浮力(),从而导致船舶纵向产生变形。
A.沿船长方向分布规律不一致B.不作用于同一垂线上C.大小不等D.船体结构尺寸不足6.由于重力和浮力沿船长方向各区段内其大小不相等,由此导致船舶()变形。
A.横向B.纵向C.垂向D.以上均可能7.引起船舶纵向变形的主要原因是()。
一.船体强度船体在规定外力作用下抵抗极度变形和损坏的能力。
船体强度与船舶安全密切相关。
二.分类船体强度分为总强度和局部强度。
总强度又分为纵向强度、扭转强度和横向强度,其中,纵向强度亦称总纵强度,最为重要。
三.强度控制船舶设计建造完成,其船体强度就被确定或限定,不可能再增强(除非进厂改造)。
随着时间的推移,船体会自然磨损、腐蚀、老化、疲劳以及损伤,船体强度总是越来越差。
因此,船体强度控制的途径有二:一是正确配积载,确保满足船体纵向强度和局部强度条件;二是正确保养船体,避免损伤,使船体强度保持良好状态。
4.1 保证满足船舶的纵向强度条件一.产生总纵弯矩和剪力的原因船舶漂浮于水上,从刚体力学角度讲,船舶的重力与浮力相等,总体上平衡。
但是,船舶的重力与浮力沿纵向长度分布不一定处处相等。
从材料力学角度讲,这正是产生船体结构内力总纵弯矩和剪力的根源。
1.载荷分布曲线设船舶沿X 轴(纵向)重量分布曲线为q w (x),浮力(排水量)分布曲线为q D (x)= ρA x ,则船舶重量W 和排水量水量Δ可表示为:则船舶沿X 轴的载荷分布曲线q (x) 定义为:⎰⎰=∆=LD Lw dx)x (q ,dx )x (q W ⎰=-=LD w 0dx )x (q 1.4)x (q )x (q )x (q 显然,)(2.平水中载荷分布(1)均匀装载在平水中,使重量分布和浮力(排水量)分布处处相等的装载方式,称为均匀装载。
即:q w (x) ≡q D (x)q (x) = q w (x) - q D (x) ≡ 0因此,船舶如果均匀装载,在平水中,船体将不发生总纵弯曲变形,不产生总纵弯矩和剪力。
(2)交叉装载在平水中,使船舶重量分布与浮力分布不一致的装载方式,称为交叉装载。
即:q w (x) ≠q D (x)q (x) = q w (x) - q D (x) ≠ 0因此,船舶如果交叉装载,即使在平水中,也会发生总纵弯曲变形,产生总纵弯矩和剪力。
总纵弯曲变形有中拱和中垂两种:(i) 中拱船体首尾处重量分布大于浮力分布,而船中处正好相反,船体发生船中上拱,首尾下垂的总纵弯曲变形,称为中拱。
(ii)中垂船体首尾处重量分布小于浮力分布,而船中处正好相反,船体发生船中下垂,首尾上翘的总纵弯曲变形,称为中垂。
3.波浪中载荷分布设船舶在平水中均匀装载,当船舶处于波浪上且航向与波向同向或反向时,船舶也会交替出现中拱和中垂两种总纵弯曲变形。
(1)中拱船中处于波峰,q w (x) <q D (x);首尾处于波谷,q w (x) >q D (x),船舶发生中拱弯曲变形。
(2)中垂船中处于波谷,q w (x) >q D (x);首尾处于波峰,q w (x) <q D (x),船舶发生中垂弯曲变形。
如果船舶在静水中的重量分布与浮力分布不一致,那么在波浪中船舶总纵弯曲变形将更加严重。
4.最大切力Nm 与最大弯矩Mm的一般位置不论是中拱或中垂,最大弯矩Mm 和最大剪力Nm的位置一般不变:最大弯矩Mm的一般位置通常在船中0.4L区间。
最大剪力Nm的一般位置通常在距船首尾L/4处。
5.船体受拉压中拱时船体所受弯矩为正,上甲板受拉,船底板受压;中垂时船体所受弯矩为负,上甲板受压,船底板受拉。
二.纵向强度和纵向变形的校核方法1.纵向强度详算法(1)许用切力和许用弯矩为使船舶具有足够的总纵强度,船舶设计部门根据各个剖面的结构和材料,按我国1996年《钢质海船入级与建造规范》要求,给出船舶各个剖面(肋位)的许用切力和许用弯矩,供船舶营运装载货物时校核总纵强度之用。
教材第238页表F3-6为全集装箱船“Z”轮的各个剖面(肋位)的许用切力和许用弯矩。
(2)校核方法校核时,一般使用随船舶资料提供的计算表格按步骤计算各剖面上的静水切力和静水弯矩,并与资料中的许用切力和许用弯矩相比较。
计算过程比较麻烦,通常借助计算机或配载仪来校核。
如果静水切力和静水弯矩在港内和海上的正负两个方向的许用切力和许用弯矩的范围之内,则说明该装载状态下,船体结构无论在港内和海上,都是安全的。
2.纵向强度估算法(1)依据估算法的依据认为,如果船体中弯矩最大的剖面满足纵向强度要求,则整个船体都满足纵向强度要求。
如前所述,船体最大弯矩通常出现在船中部0.4倍船长处,因此,只要估算船舶载荷对船中剖面的弯矩是否处在安全范围内,即可校核船体纵向强度。
(2)方法i)计算船上所有载荷(空船重量除外)对船中之矩(绝对值)并求和Σ|Pi *Xi|;ii)由该装载状态下的平均型吃水和Σ|Pi *Xi|查船舶资料中的强度曲线图(教材第59页图4-5);iii)判断:如果查得点处在允许范围内,则满足纵向强度要求。
3.纵向变形的校核(1)校核方法观测并比较船首、中、尾三处的左右平均吃水,可以判断船体拱垂变形的大小和方向。
船中吃水与首、尾吃水的平均值的差值的绝对值称为拱垂值δ,它可以反映出纵向变形的程度。
船中吃水等于首、尾吃水的平均值,说明船体没有纵向变形;船中吃水大于首、尾吃水的平均值,说明船体中拱变形;船中吃水小于首、尾吃水的平均值,说明船体中垂变形。
(2)纵向变形程度的划分拱垂值δ≢L/1200,为正常范围,可以开航;拱垂值δ= L/800,为极限范围,允许在天气良好时开航; 拱垂值δ= L/600,为危险范围,不可以开航。
三.纵向强度和纵向变形的控制船舶纵向强度和变形问题主要与两方面因素有关:一是船舶重力与浮力沿纵向分布不一致;二是船体结构。
1.按舱容比例装载控制载荷纵向分布船体所受的浮力沿纵向分布与船体舱容沿纵向分布规律基本一致。
因此,按舱容大小成正比地分配各舱货物重量是控制纵向强度和变形的有效方法。
不仅在配载时应当如此,而且在实际装载过程中和中途港装载时也应当如此。
各货舱装货重量的计算式为:式中,P i —— 第i 舱应分配的货物重量,t V chi —— 第i 舱的容积,m 3ΣV ch —— 全船各货舱的总容积,m 3 ΣQ —— 航次载货总重量,t调整值 —— 综合油水消耗、压载、机舱等因素的调整量 2.根据船体结构特点合理安排油水及压载水 (1)中机型船中机型船的机舱在中部,船体在空载时机舱相对重而常发生轻微中垂;满载时机舱相对轻而发生严重的中拱。
因此,中机型船的强度问题主要出现在满载情形。
主要控制措施为:i )在满载时中部应适当多装载货物或压载水;ii )油水分配时应自中部向首尾依次装载,使用时顺序相反。
(2)尾机型船和中尾机型船尾机型船机舱在尾部,船舶在空载时因机舱相对较重而尾倾,为调整浮态往往在首部压载舱打入相应的压载水,造成船舶出现非常严重的中拱。
大型尾机型船在满载时往往因机舱相对轻而出现一定的中垂。
因此,尾机型船的强度问题主要出现在空载情形。
主要控制措施为:i )合理安排压载水,同时实现减少尾倾、增加吃水和减缓中拱变形三个目的,方法是尽量使用漂心前靠近中部的压载舱压载。
ii )油水分配也是自中部向首尾依次装载,使用时顺序相反。
中尾机型船是对尾机型船的改进,其强度问题与尾机型船相同,也出现在空载情形,但程度较轻。
主要控制措施也相同。
4.2 保证满足船舶的局部强度条件)()(调整值2.4t Q V V P chchii ±∑*∑=一.船体局部强度船体结构在局部外力作用下具有抵抗局部极度变形和破坏的能力称为船体局部强度。
对营运船舶而言,特别关注各个载货部位的局部强度。
因此,与载货有关的局部强度是指各载货部位的承载能力。
保证满足船舶的局部强度条件,也就是确保所有载货部位的载荷不超过该部位允许的承载能力的极限值。
二.局部强度的表示方法与载货有关的局部强度一般用以下指标表示:1.均布载荷均布载荷是指船舶载货部位单位面积允许承受的最大重量,KN/m2。
2.集中载荷集中载荷是指某一特定面积上允许承受的最大重量,KN。
如图4-6所示,特定面积是指向该区域的承重构件施加集中压力的两相邻骨材之间的面积,甚至是指两相邻骨材之间的距离。
小型船舶通常采用横骨架式结构,其特定面积通常是指横梁(或肋板)之间的面积或距离;大中型船舶的上甲板和底板通常采用纵骨架式结构,其特定面积通常是指甲板纵骨(或船底纵骨)之间的面积或距离。
有的小型船舶不区分均布载荷与集中载荷,只给出均布载荷。
3.车辆甲板负荷允许车辆进出、停放的甲板或内底板允许承受一辆四轮车辆及其货物的总重量。
通常,载货四轮车辆的后轮有四个轮子,前轮有两个轮子,也有四个轮子。
因此,车辆甲板负荷按前轮数目分别给出。
4.集装箱堆积负荷堆积负荷是指集装箱船的甲板、舱盖或舱底上20 ft 或40 ft 箱座所能承受的最大重量。
参见教材第239页表F3-8。
三.局部强度校核1.查取校核部位的局部强度许用载荷,查取时应考虑腐蚀等影响; 2.计算校核部位的实际均布载荷、集中载荷等;3.比较:如果实际载荷小于许用载荷,则局部强度条件满足。
否则,应采取衬垫措施。
例题(教材第66页例4-4)Q 轮拟在上甲板第4货舱舱口外侧装载一推土机,其重量为35 t ,每条履带接触地面的面积为2.4 m 2,试校核局部强度。
解:推土机与甲板总接触面积A = 2 * 2.4 = 4.8 m 2; (1)校核集中载荷甲板实际集中载荷P ˊ= 35 * 9.81 = 343.35 KN ; 查第64页表4-6得许用集中载荷P = 104.97 KN ;实际集中载荷P ˊ> 许用集中载荷P ,不满足要求,必须衬垫。
(2)校核均布载荷查第64页表4-6得许用均布载荷P d = 22.96 KPa实际均布载荷P d ˊ为:实际均布载荷P d ˊ> 许用均布载荷P d ,不满足要求,必须衬垫。
(3)计算满足均布载荷条件的衬垫面积 (4) 计算满足集中载荷条件的骨材间距数目nQ 轮为万吨级杂货船,上甲板应为纵骨架式,骨材应为甲板纵骨。
答:直接装载不满足局部强度条件,应采取衬垫措施,衬垫面积应大于14.95 m ,其横向衬垫长度应横跨4个甲板纵骨间距(如图4-7所示)。
)KPa (53.718.435.343A P P d =='=')m (95.1496.2235.343P P A 2d =='='427.397.10435.343P P n ≈=='=。