船体结构与强度.pptx
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1、第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 1 1一、船体强度的基本概念 船体强度是指船体结构抵抗各种外力作用的能力。根据作用于船体上力的性质,船体强度可分为总纵弯曲强度(即纵向强度)、横向强度、局部强度和扭转强度四种。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 2 21.总纵弯曲强度 1 1)船体发生总纵弯曲变形的原因)船体发生总纵弯曲变形的原因 作作用用在在船船体体上上有有各各种种各各样样力力,例例如如船船舶舶重重力力、浮浮力力、惯惯性性力力、波波浪浪冲冲击击力力、螺螺旋旋桨桨运运转转时时的的水水动动压压力力、机机器器运运转转时时的的振振动动力力、船船舶舶靠靠码码头头和和装装卸卸货货物物时时的的碰碰撞撞力
2、力、船船舶舶触触礁礁、搁搁浅浅以以及及进进坞坞时时墩墩木木的的碰碰撞撞力力或或反反作作用用力力等等等等。在在这些力的作用下,船舶结构有可能会发生各种变形或破坏。这些力的作用下,船舶结构有可能会发生各种变形或破坏。其其其其中中中中对对对对船船船船体体体体最最最最危危危危险险险险的的的的是是是是由由由由于于于于船船船船舶舶舶舶重重重重力力力力和和和和浮浮浮浮力力力力引引引引起起起起的的的的沿沿沿沿着着着着整整整整个个个个船船船船长长长长方方方方向向向向上上上上发发发发生生生生的的的的总总总总纵纵纵纵弯弯弯弯曲曲曲曲变变变变形形形形和和和和破坏。破坏。破坏。破坏。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性
3、3 3 1.1.总纵弯曲强度总纵弯曲强度 1 1)船体发生总纵弯曲变形的原因)船体发生总纵弯曲变形的原因 引引起起船船体体结结构构发发生生纵纵向向弯弯曲曲变变形形的的原原因因,主主要要是是由由于于沿沿船船长长方向每一点上的方向每一点上的重力和浮力分布不均匀重力和浮力分布不均匀造成的。造成的。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 4 4 2)总纵弯曲力矩和剪力)总纵弯曲力矩和剪力 船船船船体体体体结结结结构构构构抵抵抵抵抗抗抗抗总总总总纵纵纵纵弯弯弯弯曲曲曲曲力力力力矩矩矩矩和和和和剪剪剪剪力力力力作作作作用用用用的的的的能能能能力力力力称为船体总纵弯曲强度,简称称为船体总纵弯曲强度,简称称为船体
4、总纵弯曲强度,简称称为船体总纵弯曲强度,简称纵向强度纵向强度纵向强度纵向强度。(1)1)总纵弯曲力矩和剪力总纵弯曲力矩和剪力总纵弯曲力矩和剪力总纵弯曲力矩和剪力 由由由由于于于于外外外外力力力力的的的的作作作作用用用用,沿沿沿沿船船船船长长长长方方方方向向向向分分分分布布布布,作作作作用用用用在在在在船船船船体体体体上上上上向向向向上上上上和和和和向向向向下下下下的的的的负负负负荷荷荷荷(单单单单位位位位船船船船长长长长上上上上重重重重力力力力和和和和浮浮浮浮力力力力的的的的差差差差值值值值),将将将将会会会会产产产产生生生生一一一一种种种种沿沿沿沿船船船船长长长长各各各各区区区区段段段段上上
5、上上下下下下参参参参差差差差不不不不齐齐齐齐的的的的变变变变形形形形趋趋趋趋势势势势和和和和纵纵纵纵向向向向弯弯弯弯曲曲曲曲变变变变形形形形趋趋趋趋势势势势,这这这这种种种种趋趋趋趋势势势势构构构构成成成成了了了了船船船船体体体体结结结结构构构构内内内内部部部部之之之之间间间间的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用,这这这这种种种种内内内内部部部部之之之之间的相互作用力称为间的相互作用力称为间的相互作用力称为间的相互作用力称为内力内力内力内力。内内内内力力力力分分分分为为为为两两两两种种种种,一一一一种种种种是是是是由由由由内内内内部部部部上上上上下下下下移移移移动动动动趋趋趋趋势势势势构构
6、构构成成成成的的的的内内内内力力力力,称称称称为为为为剪剪剪剪力力力力;另另另另一一一一种种种种是是是是由由由由弯弯弯弯曲曲曲曲变变变变形形形形趋趋趋趋势引起的内力,称为势引起的内力,称为势引起的内力,称为势引起的内力,称为弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 5 5 2)总纵弯曲力矩和剪力)总纵弯曲力矩和剪力(2)2)船体总纵弯曲变形的形式船体总纵弯曲变形的形式船体总纵弯曲变形的形式船体总纵弯曲变形的形式 船体总纵弯曲变形的形式有船体总纵弯曲变形的形式有中拱和中垂中拱和中垂中拱和中垂中拱和中垂两种。两种。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 6 62)总纵弯曲力
7、矩和剪力)总纵弯曲力矩和剪力(3)3)3)3)最不利的浮力和重力的大小及分布最不利的浮力和重力的大小及分布最不利的浮力和重力的大小及分布最不利的浮力和重力的大小及分布 浮浮浮浮力力力力的的的的大大大大小小小小和和和和分分分分布布布布:当当当当船船船船舶舶舶舶在在在在海海海海上上上上遇遇遇遇到到到到标标标标准准准准波波波波:波波波波的的的的形形形形状状状状为为为为坦坦坦坦谷谷谷谷波波波波,即即即即波波波波峰峰峰峰较较较较陡陡陡陡而而而而波波波波谷谷谷谷平平平平坦坦坦坦,且且且且波波波波长长长长等等等等于于于于船船船船长长长长L L L L,波波波波高高高高H H H H等等等等于于于于波波波波长
8、长长长的的的的1 1 1 120(20(20(20(L120mL120mL120mL120m时时时时)或或或或波波波波高高高高等等等等于于于于30+2m(L30+2m(L30+2m(L30+2m(L120m120m120m120m时时时时),船船船船与与与与波波波波的的的的相相相相对对对对位位位位置置置置是是是是波波波波峰峰峰峰位位位位于于于于船船船船中中中中或或或或波波波波谷谷谷谷位位位位于于于于船船船船中中中中时时时时,船船船船舶舶舶舶所所所所受受受受到到到到的的的的浮浮浮浮力力力力分分分分布布布布对对对对船船船船体体体体总总总总纵纵纵纵弯弯弯弯曲曲曲曲强强强强度度度度是是是是最最最最为为
9、为为不不不不利的。利的。利的。利的。重重重重力力力力的的的的大大大大小小小小和和和和分分分分布布布布:主主主主要要要要决决决决定定定定于于于于船船船船舶舶舶舶的的的的装装装装载载载载状状状状态态态态。在在在在载载载载重重重重分分分分布布布布合合合合理理理理的的的的情情情情况况况况下下下下,船船船船舶舶舶舶满满满满载载载载出出出出港港港港、满满满满载载载载到到到到港港港港、压压压压载载载载出出出出港港港港、压压压压载载载载到到到到港港港港,船船船船舶舶舶舶重重重重力力力力的的的的分分分分布布布布对对对对船船船船体体体体总总总总纵纵纵纵弯弯弯弯曲曲曲曲强强强强度度度度都都都都是是是是不不不不利利利
10、利的的的的分分分分布布布布。如如如如果果果果遇遇遇遇到到到到标标标标准准准准波波波波,则则则则作作作作用用用用在在在在船船船船体体体体上上上上的的的的弯弯弯弯曲曲曲曲力力力力矩矩矩矩和和和和剪剪剪剪力力力力有可能达到有可能达到有可能达到有可能达到最大值最大值最大值最大值。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 7 71)1)作用在船体上的力:作用在船体上的力:无论是航行、停泊,还是在坞内,船舶都会不可避无论是航行、停泊,还是在坞内,船舶都会不可避免地受到各种力的作用,归纳起来主要有:重力、浮力、货物的负载、水免地受到各种力的作用,归纳起来主要有:重力、浮力、货物的负载、水压力、波浪冲击力、扭力压力
11、、波浪冲击力、扭力(如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等)、冰、冰块挤压力、水阻力、推力和机械震动力及坞墩反力等外力的作用,这些力块挤压力、水阻力、推力和机械震动力及坞墩反力等外力的作用,这些力的最终效果就是使船舶产生的最终效果就是使船舶产生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。总纵弯曲力矩:总纵弯曲力矩:指指作用于船体并使其沿船长方向发生弯曲的力矩。由静作用于船体并使其沿船长方向发生弯曲的力矩。由静水总纵弯矩与波浪总纵弯矩两部分叠加而成水总纵弯矩与波浪总纵弯矩两部分叠加而成。静水总纵弯矩:静水总纵弯矩:当船舶正浮于静水当船舶正浮于静
12、水 面上时,从表面上看,重力与浮力面上时,从表面上看,重力与浮力 大小相等并处于平衡状态,但事实大小相等并处于平衡状态,但事实 上组成船体各分段的重力与浮力的上组成船体各分段的重力与浮力的 最终平衡值通常是不相等的。这种最终平衡值通常是不相等的。这种 重力与浮力沿船长方向的不均匀分重力与浮力沿船长方向的不均匀分 布,在产生剪切应力的同时,也产布,在产生剪切应力的同时,也产 生了总纵弯曲力矩,使船体发生总生了总纵弯曲力矩,使船体发生总 纵弯曲纵弯曲。弯矩的最大值在船中附近弯矩的最大值在船中附近,向首尾端逐渐减小。向首尾端逐渐减小。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 8 8波浪总纵弯矩:波浪总纵弯
13、矩:同样使重力与浮力沿船长方向分布不均匀而产生总纵弯矩。同样使重力与浮力沿船长方向分布不均匀而产生总纵弯矩。且当波长与船长相等或接近时,该弯矩最为显著,对船体结构的威胁也最大。且当波长与船长相等或接近时,该弯矩最为显著,对船体结构的威胁也最大。对尾机型船而言:对尾机型船而言:空载时中拱,满载时中垂。船舶所受的最大剪切应力位于空载时中拱,满载时中垂。船舶所受的最大剪切应力位于距首尾两端约距首尾两端约1/41/4船长处。船长处。扭转力矩:扭转力矩:发生在发生在斜浪航斜浪航 行、货载对纵中线左右不行、货载对纵中线左右不 对称时。对称时。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 9 9 (4)4)总纵弯曲力
14、矩和剪力沿船长方向的分布总纵弯曲力矩和剪力沿船长方向的分布总纵弯曲力矩和剪力沿船长方向的分布总纵弯曲力矩和剪力沿船长方向的分布 作作作作用用用用在在在在船船船船体体体体上上上上的的的的总总总总纵纵纵纵弯弯弯弯曲曲曲曲力力力力矩矩矩矩和和和和剪剪剪剪力力力力沿沿沿沿船船船船长长长长方方方方向向向向的的的的分分分分布布布布规规规规律律律律如图如图如图如图1-601-60所示。所示。所示。所示。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 10102.横向强度、局部强度和扭转强度横向强度、局部强度和扭转强度1 1)横向强度)横向强度)横向强度)横向强度船体船体船体船体横向强度横向强度横向强度横向强度:指船体抵
15、抗横向作用力的能力。:指船体抵抗横向作用力的能力。:指船体抵抗横向作用力的能力。:指船体抵抗横向作用力的能力。图1-61 横向变形 第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 1111横向作用力:横向作用力:水的水的侧压力、横浪引起的横摇侧压力、横浪引起的横摇肋骨歪斜。肋骨歪斜。2 2)局局部强度部强度:船体结构抵抗局部外力作用的能力。:船体结构抵抗局部外力作用的能力。船船体体除除发发生生整整体体结结构构的的变变形形或或破破坏坏外外,还还会会发发生生仅仅在在局局部部外外力作用力作用下局部结构的变形或破坏。下局部结构的变形或破坏。局部作用力:局部作用力:有有波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设波浪冲击
16、力、推力、机械震动力、机器与设备的重力及坞墩反力备的重力及坞墩反力等外力的作用。等外力的作用。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 12122.横向强度、局部强度和扭转强度横向强度、局部强度和扭转强度 3 3)扭转强度)扭转强度)扭转强度)扭转强度 扭扭转转强强度度是是指指整整个个船船体体结结构构抵抵抗抗扭扭转转变变形形和和破破坏坏的能力。的能力。当当船船舶舶斜斜置置于于波波浪浪中中,或或首首尾尾货货舱舱内内的的货货物物堆堆放放在在不不同同的的舷舷侧侧一一边边时时,以以及及由由于于其其它它原原因因产产生生的的首首尾尾左左右右不不对对称称的的作作用用力力,都都会会使使船船舶舶所所受受到到的的重重力
17、力和和浮浮力力不不能能对对称称且且均均匀匀地分布,于是会产生扭转力矩,使船体发生扭曲变形地分布,于是会产生扭转力矩,使船体发生扭曲变形.图1-62 扭转变形 第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 13133.3.对船体结构的设计与建造要求对船体结构的设计与建造要求1)1)具有具有足够的强度、刚度和稳定性足够的强度、刚度和稳定性,保持可靠的水密性,并能满足营运上,保持可靠的水密性,并能满足营运上的要求;的要求;2)2)构件本身构件本身应有良好的连续性,避免应力集中应有良好的连续性,避免应力集中,同时应能保证安装在其上,同时应能保证安装在其上的机械设备具有良好的工作性能;的机械设备具有良好的工作性能
18、;3)3)应有应有合理合理 的施工工艺的施工工艺,以提高劳动生以提高劳动生 产率,减轻劳产率,减轻劳 动强度,缩短动强度,缩短 船台建造周期,船台建造周期,降低成本;降低成本;4)4)充分考虑整充分考虑整 个个船体的美观船体的美观 和今后维修和今后维修保保 养的方便性养的方便性。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 1414二、船体结构构件二、船体结构构件1)船体结构构件:指船体结构中的每一个加工单元,如一块钢板、一根角钢都是一个构件。2)结构构件分类:(1)按其用途可分为主要构件和次要构件;(2)按其在船体结构中所承担的不同强度作用可分为纵向构件和横向构件。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性
19、15151)1)主主要要构构件件:船船体体的的主主要要支支撑撑构构件件称称为为主主要要构构件件,如如强强肋肋骨骨、舷舷侧侧纵纵桁桁、强强横横梁梁、甲甲板板纵纵桁桁、实实肋肋板板、船底桁材、舱壁桁材等。船底桁材、舱壁桁材等。2)2)次次要要构构件件:一一般般是是指指板板的的扶扶强强构构件件,如如肋肋骨骨、纵纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。3 3 3 3)纵纵纵纵向向向向构构构构件件件件:在在船船体体结结构构中中,承承担担总总纵纵弯弯曲曲强强度度的的构构件件称称为为纵纵向向构构件件,有有:甲甲板板纵纵桁桁、甲甲板板纵纵骨骨、舷舷侧侧纵纵桁桁、舷舷侧
20、侧纵纵骨骨、船船底底纵纵桁桁、船船底底纵纵骨骨、中中内内龙龙骨骨、旁旁内内龙龙骨骨、甲甲板板、内内底底板板、纵纵向向舱舱壁壁、船船体体外外板等。板等。4 4 4 4)横横横横向向向向构构构构件件件件:在在船船体体结结构构中中承承担担横横向向强强度度的的构构件件称称为为横横向向构构件件,有有:横横梁梁、强强横横梁梁、肋肋骨骨、肋肋板板、梁梁肘板、舭肘板、横舱壁等。肘板、舭肘板、横舱壁等。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 1616三、船体结构型式三、船体结构型式 船船船船舶舶舶舶:由由主主船船体体、上上层层建建筑筑和和许许多多其其他他各各种种设设备备所所组成。组成。船船体体(主主船船体体):是指
21、上甲板以下包括船底、舷侧、甲板、舱壁和首尾等结构所组成的水密空心结构。这些结构全部由板材和骨架组成,即由钢板、各种型钢、铸件和锻件等组成。船船体体结结构构形形式式:按结构中骨架的排列方式可分为横骨架式船体结构、纵骨架式船体结构和混合骨架式船体结构三种。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 1717三、船体结构形式三、船体结构形式1.1.横骨架式:横骨架式:主船体中的主船体中的横横 向构件排列密尺寸小,纵向向构件排列密尺寸小,纵向 构件排列间距大尺寸大。构件排列间距大尺寸大。结结 构简单、建造容易、横向强构简单、建造容易、横向强 度和局部强度好,舱容利用度和局部强度好,舱容利用 率较高且便于装卸,
22、横向刚率较高且便于装卸,横向刚 性比纵向刚性大。总纵强度性比纵向刚性大。总纵强度 主要由外板、内底板、甲板主要由外板、内底板、甲板 板及纵向构件保证,较长的板及纵向构件保证,较长的 船则需加厚钢板来保证总纵船则需加厚钢板来保证总纵 强度,因此增加了船舶的自强度,因此增加了船舶的自 重。主要用于对总纵强度要重。主要用于对总纵强度要 求不高的沿海中小型船和内求不高的沿海中小型船和内 河船。河船。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 18182.2.纵骨架式:纵骨架式:是指是指主船主船 体中的纵向构件排列密体中的纵向构件排列密 尺寸小,横向构件排列尺寸小,横向构件排列 间距大尺寸大。间距大尺寸大。由于
23、纵由于纵 向构件的增多大大提高向构件的增多大大提高 了船体的总纵强度了船体的总纵强度(总总 纵强度好纵强度好),可选用较,可选用较 薄的板材,使船舶自重薄的板材,使船舶自重 减轻,但施工建造比较减轻,但施工建造比较 复杂,由于横向构件尺复杂,由于横向构件尺 寸的加大使货舱舱容得寸的加大使货舱舱容得 不到充分利用而影响载不到充分利用而影响载 货量货量(舱容利用率低,舱容利用率低,载货量相对减少载货量相对减少),且装,且装 卸不便。该结构卸不便。该结构常见于常见于 大型油船和矿砂船。大型油船和矿砂船。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 19193.3.纵横混合骨架式:纵横混合骨架式:主船体中的主船
24、体中的一部分结构采用纵骨架式另一部分结构采一部分结构采用纵骨架式另一部分结构采用横骨架式。用横骨架式。通常通常船中部位的强力甲板和船底结构船中部位的强力甲板和船底结构因所受的总纵弯矩大,因所受的总纵弯矩大,采用纵骨架式,下甲板、舷侧及受总纵弯矩较小,施工不便和波浪冲击力采用纵骨架式,下甲板、舷侧及受总纵弯矩较小,施工不便和波浪冲击力较大的首、尾部采用横骨架式较大的首、尾部采用横骨架式 结构。结构。左图船底和上甲板采用左图船底和上甲板采用 了纵骨架式,二层甲板和舷侧了纵骨架式,二层甲板和舷侧 采用了横骨架式结构。采用了横骨架式结构。混合骨架式混合骨架式综合综合了纵、横二种了纵、横二种 骨架形式的
25、优点,既保证了总骨架形式的优点,既保证了总 纵强度,又有较好的横向强度,纵强度,又有较好的横向强度,同时也减轻了结构重量,简化同时也减轻了结构重量,简化 施工工艺,充分利用了舱容和施工工艺,充分利用了舱容和 方便装卸。但方便装卸。但在纵横构件交界在纵横构件交界 处结构的连续性较差,在连接处结构的连续性较差,在连接 节处易产生较大的应力集中节处易产生较大的应力集中。该骨架结构型式该骨架结构型式主要应用于大主要应用于大 中型干货船。中型干货船。第一章第一章 船舶适航性船舶适航性 2020四、船体结构四、船体结构四、船体结构四、船体结构1.1.1.1.船体外板和甲板板船体外板和甲板板船体外板和甲板板
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