船體結(jié)構(gòu)分析

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1、第一章緒論§1-1船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)容與任務(wù)船舶是一個(gè)復(fù)朵的水上工程建筑物。它航行于江河湖海，擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸、牛:產(chǎn)、戰(zhàn)斗及其他各種任務(wù)。我國(guó)有漫長(zhǎng)的海岸線，無(wú)數(shù)的內(nèi)河湖泊，還有廣闊富饒的海疆，為此就需要大量的、各種類型的船舶來(lái)從事各方而的工作，為社會(huì)主義革命和建設(shè)服務(wù)。為了保證船舶能很好地完成上述任務(wù)，船舶應(yīng)具冇良好的航行性能、工作性能和具冇一定的強(qiáng)度。船舶具有一定的強(qiáng)度，是指船體結(jié)構(gòu)在正常的使用過(guò)程和一定的使用年限中具有不破壞或不發(fā)生過(guò)大的變形的能力，以保證船舶能正常地工作。由于一般船舶的經(jīng)常工作狀態(tài)是航行狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先保證船舶在航行狀態(tài)

2、有足夠的強(qiáng)度。船在海洋中航行，它所受到的外力是相當(dāng)復(fù)雜的。這個(gè)外力除了船的載璽和裝備等重量以外，主要就是水作用于船體的力。除非船是靜置于水中，否則船上受到的力總是動(dòng)力。動(dòng)力包括水動(dòng)壓力、沖擊力以及船在運(yùn)動(dòng)屮的慣性力等等。這些力顯然取決于海而的情況，波浪的大?。此^環(huán)境條件），并仇還是隨機(jī)性的，這樣就使得船體外力的確定顯得相當(dāng)復(fù)雜了。盡管如此，人們通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐，分析了船體受力和變形的主要特征，認(rèn)為在考慮船體強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)，首先把船整體當(dāng)作一根梁來(lái)研究是合理的。這時(shí)將船——或者如一些文獻(xiàn)中所說(shuō)，將“船體梁”'（shiphullgirder）靜置于

3、靜水中或波浪上,計(jì)算在船縱向（船長(zhǎng)方向）分布的重力與浮力作用下的彎曲變形與應(yīng)力。這種將船作為一整體來(lái)研究的強(qiáng)度問(wèn)題就叫做船體的“總縱強(qiáng)度”或簡(jiǎn)稱為“總強(qiáng)度”問(wèn)題，如圖1-1,圖中（Q稱為“中拱狀態(tài)”（hoggingcondition）；（b）稱為"中垂?fàn)顟B(tài)”（saggingconation）o長(zhǎng)期以來(lái)，總強(qiáng)度一直是船體強(qiáng)度校核的主要方面。除了總縱強(qiáng)度以外，船體的橫向構(gòu)件（如橫梁、肋骨、肋板等）及船體的局部構(gòu)件（如船底板及底縱桁等）也會(huì)因局部荷重而發(fā)牛?變形或受到破壞，因此亦需研究這些橫向構(gòu)件或局部構(gòu)件的強(qiáng)度問(wèn)題。這類問(wèn)題通常稱為“橫向強(qiáng)度”問(wèn)題或

4、“局部強(qiáng)度”問(wèn)題，如圖1-2及圖1-3,以便與前述的總縱強(qiáng)度問(wèn)題有所區(qū)別。把船舶靜置于波浪上或靜水中，按簡(jiǎn)單梁的彎曲理論來(lái)研究總縱強(qiáng)度當(dāng)然是初步的。因此隨著時(shí)間的推移，人們的認(rèn)識(shí)在總強(qiáng)度的基礎(chǔ)上逐步提高，從而使船體強(qiáng)度的計(jì)算更接近于實(shí)際。首先提出來(lái)的是穩(wěn)定性問(wèn)題。十九世紀(jì)后期，由于船舶尺度的增加，發(fā)現(xiàn)船在總彎曲時(shí)船體受壓的構(gòu)件（主要是中垂?fàn)顟B(tài)時(shí)的上層甲板）常常會(huì)因?yàn)槭軌哼^(guò)度而喪火穩(wěn)定也這樣就大大減低了船體抵抗總彎曲的能力。因此在總強(qiáng)度計(jì)算的同時(shí)，穩(wěn)定性問(wèn)題就被捉了出來(lái)。亦就是說(shuō)，我們?cè)谘芯看w總強(qiáng)度的時(shí)候，必須要考慮受壓構(gòu)件是否有失穩(wěn)現(xiàn)象,并要分

5、析構(gòu)件失穩(wěn)后的應(yīng)力再分配問(wèn)題，這樣才能正確地反映船體總強(qiáng)度的承載能力。圖1-1圖1-2圖1-3另外，船在航行時(shí)，并不總是正對(duì)著波浪的運(yùn)動(dòng)方向，經(jīng)常會(huì)冇船與波浪斜交的情況。船在斜浪匕航行，就導(dǎo)致船體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因此也就存在船體的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度問(wèn)題。近年來(lái)世界各國(guó)大量建造的集裝箱船，因其艙口特別人，船體的抗扭剛度相對(duì)較低，因此其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的研究就顯得十分必要。此外如人開(kāi)口駁船，也有同樣的現(xiàn)象。多年來(lái)發(fā)牛的船舶海損事故乂告訴人們，人多數(shù)海損事故都是因?yàn)榇吓摽诮怯绲忍幍膽?yīng)力集中而引起的。應(yīng)力集中引起裂縫，可蔓延到甲板甚至舷側(cè)，嚴(yán)重的可以導(dǎo)致整條船折斷，因而如何減

6、少應(yīng)力集中問(wèn)題乂是船體強(qiáng)度中的另一?個(gè)重要問(wèn)題。應(yīng)力集中是船體結(jié)構(gòu)不連續(xù)而引起的。除了艙口角隅以外，船體上層建筑的端部以及內(nèi)河船舷側(cè)開(kāi)的波門(mén)及其它結(jié)構(gòu)不連續(xù)的地方也都會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中。所以應(yīng)力集中問(wèn)題及上層建筑問(wèn)題（乂稱間斷構(gòu)件問(wèn)題），都是船體強(qiáng)度中的內(nèi)容。山于將船靜置于波浪上來(lái)研究總強(qiáng)度是忽略一系列動(dòng)的因素的結(jié)來(lái)，因此多年來(lái)人們乂對(duì)船在波浪上運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況進(jìn)行分析研究，包括對(duì)波浪本身的研究，波浪屮動(dòng)壓力及波浪沖擊力的研究，以及考慮船在波浪上運(yùn)動(dòng)時(shí)各和

7、慣性力等等，并力圖尋找岀能確定船在波浪屮所受外力的正確規(guī)律及其計(jì)算方法。目前隨著對(duì)海況資料的積

8、累以及電了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，船在波浪上所受的外力的計(jì)算己逐漸成為可能。以上這些研究，再加上船體振動(dòng)、造船材料強(qiáng)度及船體低周疲勞等問(wèn)題的研究，使得船體強(qiáng)度包含的內(nèi)容就相當(dāng)廣泛了。這樣，隨著造船實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累和對(duì)船體強(qiáng)度問(wèn)題研究的FI益深入，并U為了滿足今后設(shè)計(jì)建造更大更新的船舶的需要，就逐漸地形成了一個(gè)專門(mén)研究船體強(qiáng)度的科學(xué)，即“船體強(qiáng)度”和“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”。通?！按w強(qiáng)度”是泛指研究船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的科學(xué)，它包括外另外，船在航行時(shí)，并不總是正對(duì)著波浪的運(yùn)動(dòng)方向，經(jīng)常會(huì)冇船與波浪斜交的情況。船在斜浪匕航行，就導(dǎo)致船體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因此也就存在船體的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度問(wèn)題

9、。近年來(lái)世界各國(guó)大量建造的集裝箱船，因其艙口特別人，船體的抗扭剛度相對(duì)較低，因此其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的研究就顯得十分必要。此外如人開(kāi)口駁船，也有同