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船舶强度课程设计
大连理工大学
船舶与海洋工程
船舶强度与结构设计课程设计
课程名称：
船舶强度与结构设计
院（系）：
运载工程与力学学部
专业：
船舶与海洋工程
班级：
运船0803班
学号：
******143
********
2011年12月12日
第一篇船舶剪力和弯矩计算
一、主要数据
船舶计算长度（两柱间长）L=115.50m
船宽B=19.50m
海水比重γ=1.025tf/m³
二、参考资料
1.全船重量分布汇总表
2.静水力曲线图
3.邦戎曲线图
三、计算状态
本计算中仅取满载到港状态进行计算
排水量Δ=12289.07t
重心纵坐标xg=-3.901m
由静水力曲线图查出下列各数值
平均吃水dm=8.01m
浮心纵坐标xb=-0.13m
漂心纵坐标xf=-3.74m
水线面积A=1785.37m²
纵稳心半径R=121.88m²
四、波型和波浪参数选择
波长λ=L=115.50m
波高h=6m
由坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算
式中，r——半波高，r=h/2=3m
各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入下表
中垂站号
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
x/λ
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
yB
-3.0000
-2.8086
-2.2622
-1.4491
-0.4914
0.4822
1.3631
2.0783
2.5924
2.8980
3.0000
中拱站号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
注：
表中yB值由波轴线向下为正，向上为负值。
五、满载到港状态的弯矩和剪力的计算
1.船舶纵倾调整
1）船舶在静水中平衡位置的确定
第一次近似：
首吃水：
尾吃水：
排水体积：
V=Δ/γ=12289.07/1.025=11989.34m³
第二次近似：
首吃水：
尾吃水：
具体过程详见下表
理论站号
力臂系数
第一次近似
第二次近似
首吃水df=
6.1075
尾吃水da=
9.6811
首吃水df=
6.3098
尾吃水da=
9.8695
横剖面浸水面积ωim²
力矩函数Mi=
（2）*（3）m²
横剖面浸水面积ωim²
力矩函数Mi=
（2）*（5）m²
1）
2）
3）
坐标插值
4）
5）
坐标插值
6）
0
-10
18.43
0.3686
-184.3
20.655
0.4131
-206.55
1
-9
31.88
1.7876
-286.92
34.335
1.8367
-309.015
2
-8
61.28
3.5256
-490.24
64.02
3.5804
-512.16
3
-7
90.85
5.267
-635.95
93.95
5.329
-657.65
4
-6
118.405
6.9681
-710.43
121.225
7.0245
-727.35
5
-5
134.1875
-670.9375
137.5275
-687.6375
6
-4
149.97
9.8994
-599.88
153.83
9.9766
-615.32
7
-3
153.125
-459.375
156.95
-470.85
8
-2
156.28
12.3256
-312.56
160.07
12.4014
-320.14
9
-1
153.635
-153.635
157.435
-157.435
10
0
150.99
14.5198
0
154.8
14.596
0
11
1
145.6975
145.6975
149.5225
149.5225
12
2
140.405
16.6081
280.81
144.245
16.6849
288.49
13
3
127.61
382.83
131.3175
393.9525
14
4
114.815
18.3963
459.26
118.39
18.4678
473.56
15
5
93.6225
468.1125
96.7675
483.8375
16
6
72.43
19.8486
434.58
75.145
19.9029
450.87
17
7
51.13
20.5726
357.91
53.2
20.614
372.4
18
8
33.47
21.3694
267.76
34.62
21.3924
276.96
19
9
19.915
22.2483
179.235
20.73
22.2646
186.57
20
10
13.815
23.2763
138.15
14.22
23.2844
142.2
∑
2031.9425
-1389.8825
2092.955
-1445.745
修正值
16.1225
-23.075
17.4375
-32.175
修正和
2015.82
-1366.8075
2075.5175
-1413.57
Vi=ΔL∑ωi
11641
m³
11986
m³
xbi=ΔL∑Mi/∑ωi
-3.92
m
-3.93
m
（V0-Vi）/V0
2.9024%
0.0269%
（xg-xbi）/L
0.0127%
0.0279%
注：
表中各站的横剖面浸水面积有邦戎曲线图查得。
2）船舶在波浪上平衡位置的确定
用麦卡尔法计算船舶在波峰时的平衡位置。
去静水平衡线（df0=6.3098m，da0=9.8695m）作为波轴线，按波峰在船中，由邦戎曲线图上量出浸水面积ωi，再取ε=-1m（下移），量出各站横剖面浸水面积ωbi，根据下表计算波轴线移动参数ζ0和b。
理论站号
静水波面浸水面积ωi
移轴波面浸水面积ωbi
（3）-
（2）
力臂系数
（2）*（5）
（4）*（5）
（4）*（5）²
m²
m²
m²
k
m²
m²
m³
1）
2）
坐标插值
3）
坐标插值
4）
5）
6）
7）
8）
0
0.12
0.0024
0
0
-0.12
0
0
0
0
1
8.515
1.3203
5.3
1.256
-3.215
1
8.515
-3.215
-3.215
2
36.425
3.0285
27.845
2.8569
-8.58
2
72.85
-17.16
-34.32
3
71.84
4.8868
58.64
4.6228
-13.2
3
215.52
-39.6
-118.8
4
112.595
6.8519
95.685
6.5137
-16.91
4
450.38
-67.64
-270.56
5
146.5025
128.29
-18.2125
5
732.5125
-91.0625
-455.312
6
180.41
10.5082
160.895
10.1179
-19.515
6
1082.46
-117.09
-702.54
7
187.245
176.0175
-11.2275
7
1310.715
-78.5925
-550.148
8
194.08
13.0816
191.14
13.0228
-2.94
8
1552.64
-23.52
-188.16
9
195.0425
192.495
-2.5475
9
1755.383
-22.9275
-206.347
10
196.005
15.4201
193.85
15.377
-2.155
10
1960.05
-21.55
-215.5
11
194.205
184.575
-9.63
11
2136.255
-105.93
-1165.23
12
192.405
17.6481
175.3
17.306
-17.105
12
2308.86
-205.26
-2463.12
13
168.14
150.2175
-17.9225
13
2185.82
-232.992
-3028.9
14
143.875
18.9775
125.135
18.6027
-18.74
14
2014.25
-262.36
-3673.04
15
106.1925
90.3625
-15.83
15
1592.888
-237.45
-3561.75
16
68.51
19.7702
55.59
19.5118
-12.92
16
1096.16
-206.72
-3307.52
17
38.79
20.3258
29.48
20.1396
-9.31
17
659.43
-158.27
-2690.59
18
19.52
21.0904
13.4
20.968
-6.12
18
351.36
-110.16
-1982.88
19
22.56
22.3012
5.235
21.9547
-17.325
19
428.64
-329.175
-6254.33
20
5.265
23.1053
2.345
23.0469
-2.92
20
105.3
-58.4
-1168
∑
2285.55
-224.925
21963.08
-2358.27
-31454.7
2285.55+224.925ζ0+2358.27b/20=11986/5.775
21963.08+2358.27ζ0+31456.3b/20=11989.34×53.82/5.775²
式中，
经整理：
224.925ζ0+117.9135b=-210.52
2358.27ζ0+1572.815b=-2614.77
联立方程式，解得ζ0=-0.301m，b=-1.2112m
首吃水：
df=df0+ζ0+b=6.3098-0.3010-1.2112=4.7976m
尾吃水：
da=da0+ζ0=9.8695-0.3010=8.6583m
根据首尾吃水可以量出船舶处于波浪中平衡位置时横剖面浸水面积，如下表
理论站号
力臂系数
静水
波峰
df=6.3098
da=9.8695
df=4.6015
da=9.6665
横剖面浸水面积ωi
力矩函数Mi=
（2）*（3）m²
横剖面浸水面积ωi
力矩函数Mi=
（2）*（5）m²
1）
2）
3）
4）
5）
6）
0
-10
20.655
-206.55
0
0
1
-9
34.335
-309.015
7.275
-65.475
2
-8
64.02
-512.16
33.14
-265.12
3
-7
93.95
-657.65
66.005
-462.035
4
-6
121.225
-727.35
103.985
-623.91
5
-5
137.5275
-687.638
135.8125
-679.063
6
-4
153.83
-615.32
167.64
-670.56
7
-3
156.95
-470.85
180.9725
-542.918
8
-2
160.07
-320.14
194.305
-388.61
9
-1
157.435
-157.435
194.555
-194.555
10
0
154.8
0
194.805
0
11
1
149.5225
149.5225
184.0525
184.0525
12
2
144.245
288.49
173.3
346.6
13
3
131.3175
393.9525
146.91
440.73
14
4
118.39
473.56
120.52
482.08
15
5
96.7675
483.8375
85.2425
426.2125
16
6
75.145
450.87
49.965
299.79
17
7
53.2
372.4
25.235
176.645
18
8
34.62
276.96
10.175
81.4
19
9
20.73
186.57
2.85
25.65
20
10
14.22
142.2
0.3
3
∑
2092.955
-1445.75
2077.045
-1426.09
修正值
17.4375
-32.175
3.7875
-31.2375
修正和
2075.518
-1413.57
2073.258
-1394.85
Vi=ΔL∑ωi
11986.11
11973.06
xbi=ΔL∑Mi/∑ωi
-3.93
-3.89
（V0-Vi）/V0
0.0269%
0.1357%
（xg-xbi）/L
0.0279%
-0.0136%
2.剪力、弯矩计算
1）重量曲线
根据每一站内重量均匀分布的原则，把整个船的重量按照站位进行分配。
首先进行空船重量的分配计算。
根据船舶外形，按梯形法分布计算，即空船重量近似的用梯形曲线表示，船中重量分配多一些，首尾重量分配少一些。
4b+a+c=6
a-c=108xg/7L
该船长宽比L/B≈6，属于瘦型船舶，取b=1.195，于是有
a=0.61+54xg/7L=0.8164
c=0.61-54xg/7L=0.4036
满载到港空船重量W=2561.67t，则
aW/L=18.1069,bW/L=26.5039,cW/L=8.9514
进而获得船舶空船重量曲线分布，如下
再分配载重量。
货物重量根据货物重心在船舶总方向不变的原则，利用重量平衡和重量矩平衡原理求出每个站区对应的货物重量，其中每个站区所包含的站中分得的货物重量是均匀分布的。
由船舶布置图（示意图）和满载到港载况下重量分布表可知，本次计算规定0站在0肋位，20站在163肋位，设ΔL是货物所跨站间距离的一半，P是货物或者油水等重量，a是重物重心距所跨站距中心的距离（偏向船首为正，反之为负）。
船舶布置示意图
艉—Fr11：
600mm；
Fr11—Fr39：
700mm；
Fr39—Fr112：
750mm；
Fr112—Fr151：
700mm；
Fr151—艏：
600mm
满载到港载况下重量分布表
项目
ITEM
重量
weight,t
重心高度
KG,m
重心纵标
L.C.G.,m
垂向力矩
V.M.,t-m
纵向力矩
L.M.,t-m
液面力矩
Mfs,t-m
空船lightship
2561.67
7.329
-8.121
18774.5
-20803.3
0.0
船员和行李
3.10
13.620
-36.131
42.2
-112.0
0.0
粮食
1.43
13.310
-33.650
19.1
-48.3
0.0
货物No.1货舱/Fr111-131
1752.00
7.700
31.970
13490.4
56011.4
0.0
货物No.2货舱/Fr75-111
3622.00
7.000
8.500
25354.0
30787.0
0.0
货物No.3货舱/Fr39-75
3450.00
7.120
-17.400
24564.0
-60030.0
0.0
货物No.4货舱/Fr2-22
819.00
11.330
-49.800
9279.3
-40786.2
0.0
轻油舱/P/F31-38
4.00
1.120
-34.559
4.5
-138.2
20.0
日用轻油舱/F22-33
1.04
11.690
-43.100
12.2
-44.8
0.0
No.2重油舱/P/F39-75
25.00
0.523
-18.022
13.1
-450.6
412.0
日用重油舱/P/F23-31
1.40
11.690
-39.950
16.4
-55.9
0.0
滑油储存柜/S/F13-22
14.65
7.050
-46.390
103.3
-826.1
0.0
滑油循环柜/C/F24-34
19.19
1.120
-38.550
21.5
-739.8
0.0
淡水舱P&S
8.08
7.052
-57.727
57.0
-466.4
16.3
污油舱
6.50
0.675
-43.434
4.4
-282.3
0.0
载重量deadweight
9727.40
7.503
-1.766
72981.2
-17182.2
472.3
排水量displacement
12289.07
7.466
-3.091
91755.7
-37985.5
472.3
列方程组
求解该方程组，得
将各部分重量P分解而得的P1和P2解出后按其所跨站的数量进行均布分配，详见A3附表1。
2）船舶在静水中剪力和弯矩计算（详见A3附表2）
3）船舶在波峰中剪力和弯矩计算（详见A3附表3）
第二篇船舶总纵强度计算
一、计算依据
本次计算取船中附近73号肋骨剖面进行总纵强度计算
1.计算参考图纸和计算书
1）基本结构图
2）典型横剖面图
3）弯矩和剪力计算书
2.计算载荷
计算弯矩：
M=29739.89tfm
计算剪力：
N=1220.025tf
3.船体材料
计算剖面的所有材料均采用高强度低合金钢材，屈服极限σs=2350kgf/cm²。
4.许用应力
1）总纵弯曲许用应力[σ]=0.5σs=1175kgf/cm²
2）总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力
a）板架跨中[σ]=0.65σs=1527.5kgf/cm²
b）横舱壁处[σ]=σs=2350kgf/cm²
3）许用剪应力[τ]=0.35σs=822.5kgf/cm²
二、船体总纵弯曲正应力计算
1.总纵弯曲正应力第一次近似计算
73号肋骨剖面参与总纵弯曲的构件如典型剖面图所示，
计算时取基线为参考轴，则有中和轴距参考轴的距离为
ε=∑Ai/∑AiZi=
4.65206
m
船体中剖面对水平中和轴的惯性矩为
I=2[∑（AiZi²+i0）-ε²∑Ai]=
280621.1
cm²·m²
剖面上的应力为
σi=10³M·Zi/I（kgf/cm²）
剖面剪应力具体计算表如下
总纵弯曲正应力第一次近似计算表
构件名称
构件尺寸,mm
数量
构件剖面积Ai,cm²
距参考轴距离Zi,m
静力矩5）×6）,cm²·m
惯性矩6）×7）,cm²·m²
自身惯性矩,cm²·m²
构件至中和轴距离Zi',m
中拱时总纵弯曲正应力σi
σE,kgf/cm²
L
B
1）
2）
3）
4）
5）
6）
7）
8）
9）
10）
11）
12）
梁侧板
2100
15
1
315
11.25
3543.75
39867.2
115.76
6.598
699
>σs
梁顶板
15
500
0.5
37.5
12.3
461.25
5673.4
0.00
7.648
811
>σs
梁底板
15
500
0.5
37.5
10.2
382.5
3901.5
0.00
5.548
588
>σs
梁加强筋
8
160
1
12.8
11.6
148.48
1722.4
0.00
6.948
736
2100
梁加强筋
8
160
1
12.8
10.9
139.52
1520.8
0.00
6.248
662
2100
围板面板
13
300
1
39
12.3
479.7
5900.3
0.00
7.648
811
1577
围板加强筋
8
160
1
12.8
11.6
148.48
1722.4
0.00
6.948
736
2100
围板加强筋
8
160
1
12.8
10.9
139.52
1520.8
0.00
6.248
662
2100
舱口围板
2100
18
1
378
11.25
4252.5
47840.6
138.92
6.598
699
>σs
上甲板
28
1500
1
420
10.2
4284
43696.8
0.03
5.548
588
>σs
舷侧外板
2900
28
1
812
8.75
7105
62168.8
569.08
4.098
434
>σs
舷侧内板
2900
15
1
435
8.75
3806.25
33304.7
304.86
4.098
434
>σs
二层甲板
9
1500
1
135
7.3
985.5
7194.2
0.00
2.648
281
450
甲板纵骨
300
25
1
75
10.05
753.75
7575.2
0.56
5.398
572
>σs
舷侧加强筋
20
200
2
80
9.475
758
7182.1
0.00
4.823
511
>σs
舷侧加强筋
8
16
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