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。
引起船体梁总纵弯曲的外力计算
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。
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。
总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力。
引起船体梁总纵弯曲的主要外力：重力与浮力。
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。
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）。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。
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。
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。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）。
计算状态：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、压载、空载等和按装载方案可能出现的最为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。
挠度及货物分布对静水弯矩的影响：
①挠度：船体挠度对静水弯矩的影响是有利的；
②货物：自首至尾（或自尾至首）的连续装卸顺序，将满、空舱分散且间隔安排。
静波浪弯矩的影响因素：船型、波浪要素（波形、波长、波高）以及船舶与波浪的相对位置。坦谷波的特点：波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴线上、下的剖面积不相等。轴线以下面积比以上面积大（波谷面积大于波峰面积）。
静波浪剪力和弯矩的传统标准计算方法（静置法）：
①将船舶静置于波浪上，即假想船舶以波速在波浪的传播方向上航行，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，计算波高按有关规范或强度标准选取；
③取波峰位于船中两种状态分别进行计算。
确定船舶在波浪上平衡位置的方法：逐步近似法、直接发（麦卡尔法）。
波浪浮力修正（史密斯修正）：计及波浪水质点运动所产生的惯性力的影响，即考虑波浪动水压力影响对浮力曲线所作的修正。
总纵弯矩：船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩的代数和。
船体总纵强度计算
船体剖面模数（W=I/Z）：表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船体总纵强度的一个重要标志。
计算剖面（危险剖面）：可能出现最大弯曲应力的剖面。
纵向强力构件：纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件。
间断构件：长度较短的纵向构件。其参与总纵弯曲的有效性取决于其长度及与船体的连接情况。
船体总纵强度计算中必须考虑的两个主要问题：反映船体结构的工作特征（结构的稳定性和构件的多重作用）。
纵向强力构件分类：
①第一类构件：只承受总纵弯曲；（不计甲板横荷重的上甲板）
②第二类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲；（船底纵桁、内底板）
③第三类构件：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲/板的弯曲；（纵骨架式中的船底纵骨、横骨架式中的船底板）
④第四类构件：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲、板的弯曲；（纵骨架式中的船底板）
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。（许用应力通常小于构件材料破坏时的极限应力值或结构发生危险状态时材料所对应的极限应力值，以保证其强度有足够的储备，许用应力值随船长而增加）
安全系数（K）：考虑强度计算中的许多不确定性，为保证设计结构必要的安全度而引入的强度储备。
船体总纵弯曲的总挠度：弯曲挠度与剪切挠度之和，船体的总挠度与船长之比应小于1/400~1/500。
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（受拉）或构件的临界应力（受压）的总纵弯曲力矩。
第三章船体结构局部强度计算
1.局部强度：船体在外力作用下除发生总纵弯曲变形外，各种局部结构，如船底、甲板、船侧和舱壁板架以及横向肋骨框架也会因局部在和作用而发生变形、失稳或破坏。
2.影响计算模型的主要因素：
①结构的重要性：对重要结构应采用比较精确的计算模型；
②设计阶段：在初步设计阶段可用较粗糙的模型，在详细设计阶段则需要较精确的计算模型；
③计算问题的性质：对于结构静力分析，一般可用较复杂的计算模型，对于结构动力和稳定性分析，由于问题比较复杂，可用简单的计算模型。
三种支座情况：①自由支持在刚性支座上；②刚性固定；③弹性支座和弹性固定。
（简化成何种支座，视相邻构件与计算构件间的相对刚度及受力后变形特点而定）
带板（附连翼板）：为估算骨架的承载能力，应八一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面面积、惯性矩和剖面模数等几何要素。
船底结构的强度计算步骤：①船底外板的强度计算；②船底纵骨弯曲应力计算；③船底板架计算；
第四章船体扭转强度计算
1.甲板大开口船舶特点：舱口宽度已达到、甚至超过船宽的80%，舱口长度达到舱壁间距的90%。
2.作用在船体上的扭转外力：①船舶斜浪航行时的扭矩；②船舶倾斜时的扭矩；③船舶摇摆时的扭矩；
3.扭转强度计算的标准状态：
①船体为直立状态；
②船的航向角与波浪行进方向的夹角取作α=45°；
③取坦谷波，有效波长等于船长：λ/cos45°=λ·根号二=L，同时，取波高h为波长λ的1/20；
④船与波浪的相对位置是把船中设在波峰上（中拱）或设在波谷上（中垂），并且通常不做史密斯修正。
符拉索夫两个基本假设：
①薄壁梁中面无剪切变形；
②梁的横剖面外廓投影形状不变（刚周边假设）。
等直薄壁梁扭转理论：①开口剖面薄壁梁自由扭转；②闭口剖面薄壁梁自由扭转。
第五章型材剖面设计
1.型材剖面设计应符合的要求：
①具有足够的强度、刚度和稳定性；
②应尽可能符合生产与工艺方面的要求，如简单制造简单、施工质量高；
③满足特殊结构与营运使用的要求；
④剖面内材料分布合理，使所得结构重量最轻，这是船体结构工程师的重要目标之一。
衡量型材剖面内材料分布合理程度的指标：
①剖面利用系数；②比面积。
船体骨架梁带板宽度的变化对梁材最小剖面模数的影响不大（f2变化对W1的影响不大）。增加不对称剖面型材最小剖面模数最有效地办法是增加腹板的高度，或者腹板高度不变时，增加小翼板的剖面积（增加f1或增加h，W1增加明显）。
型材腹板的相当面积：相当于使最大剪应力沿腹板高度均匀分布的剖面积。
型材的局部稳定性：其翼板和腹板的稳定性。
型材剖面设计要求：
①翼板最大弯曲正应力σ不超过许用应力[σ]，即σ=M/W1<=[σ]；
②腹板最大剪应力τ不超过许用值[τ]，及τ=NS/It<=[τ];
