学生船舶概论41.ppt

第 4 章 船体结构,4.1 概述4.2 船底和舷侧结构 4.3 外板、甲板与甲板板架4.4 舱壁结构 4.5 船首、船尾结构4.6 上层建筑 4.7 船体振动,本章内容：,4.1 概述,船体结构：由板材和骨材等组成的船体结构物的统称。船舶必须按钢质海船入级与建造规范的技术要求进行建造，并由主管机关授权的中国船级社或指定的验船师按钢质海船入级与建造规范 检验合格后方可投入营运。本章介绍焊接钢船结构。,4.1.1 船体的构成,船体分:主船体和上层建筑。主船体：上甲板及其以下的船体。主船体包括:船底、舷侧、甲板、舱壁和首尾等结构所组成的水密空心结构。上层建筑：上甲板以上的部分。,船体的构成,1.尾甲板，2.上甲板，3.桥楼甲板，4游部甲板，5.艇甲板，6.驾驶甲板，7.首楼甲板，8.下甲板，9.舵杆筒，10.船尾水舱，11.船侧水舱，12.轴隧，13.深舱，14.机舱，15.货舱，16.锚链舱，17.尾柱，18.升高肋板19.尾尖舱舱壁，20.水密舱壁，21.槽形舱壁，22.舱壁龛，,23.机座，24.双层底，25.纵中舱壁，26.甲板纵桁，27.首尖舱舱壁，28.上层建筑,4.1.1 船体的构成,主船体在船长方向分：首部、中部、尾部。每一部分由船底、舷侧、上甲板等形成水密的空心结构。船底结构:船底外板（包括平板龙骨、船底板、舭列板）、中内龙骨、旁内龙骨及肋板等构件组成。舷侧结构:舷侧外板（包括舷侧板、舷顶列板）、肋骨、舷侧纵桁等构件组成。甲板结构:甲板板、横梁、甲板纵桁等组成。,舱壁结构:舱壁板和扶强材组成。肋板、肋骨及横梁一般都布置在同一平面内，相互连接组成肋骨框架。肋距:肋骨之间的距离。骨架的作用：支持板，形成板架，提高板刚度，与板材一起共同保证船总强度和局部强度。,4.1.1 船体的构成,小型干货船中部结构,1,9,10,15,16,2,3,4,8,7,6,5,14,11,12,13,1.甲板板，2.舷顶列板，3.舷侧板，4.舭列板，,5.船底板 6.中内龙骨 7.平板龙骨8.旁内龙骨 9.梁肘板,10.甲板纵桁11.肋骨,12.强肋骨13.舷侧纵桁，14.肋板15.横梁，16.横舱壁板,船体：由钢板和骨架组成的长箱形结构。钢板和骨架构成的结构称为板架结构。船的壳体由许多板架结构组合的，船体板架结构中，根据板格布置方向可分为三种类型。,4.1.2 船体的结构形式,（1）纵骨架式板格的长边沿船长方向，短边沿船宽方向，纵向骨材的间距小而横向骨材的间距大。纵向构件增多，提高了船体总纵强度，可减小板的厚度，减轻结构的重量；但施工建造比较复杂。有些军船、大型油船和矿砂船等。,4.1.2 船体的结构形式,（2）横骨架式板格的长边沿船宽方向，短边沿船长方向，横向骨材的间距小，而纵向骨材的间距大。多数骨材横向布置，横向强度较好，施工比较方便，建造成本低。适用沿海中小型船舶和内河船舶。（3）混合骨架式纵横方向骨材间距差不多，板格的形状接近正方形。在特殊的场合用。,4.1.2 船体的结构形式,船体结构用钢材均应由船级社认可的钢厂生产，检验合格的产品应盖有船级社的印章。钢的冶炼法可用平炉、电炉或碱性吹氧转炉炼钢法，如采用其他方法，则应经船级社特别批准。钢材的化学成分应满足规范的相应要求，并应按规范对制成的钢材进行力学性能性能试验，试验项目主要有：拉伸试验、冲击试验、弯曲试验及Z向拉伸试验。,4.1.3 船体结构用钢材,船体结构用钢材按其化学成分和性能分:低碳钢和低合金钢（又称高强度钢）。1）低碳钢 低碳钢分:A、B、C、D四级。屈服点应力大于或等于235N/mm2 目前，低碳钢在中小型船舶的修造中应用较多。,4.1.3 船体结构用钢,2）高强度钢 以最小屈服点应力划分强度级别.每一强度级别又按其冲击韧性的不同分:A、D、E和F四级。有A32、D32、E32、A36、D36、E36等级。级中的“32”、“36”分别表示最小屈服点应力大于314N/mm2、353N/mm2。按规范规定，当钢材屈服点应力大于或等于265N/mm2时既属于高强度钢。,4.1.3 船体结构用钢,高强度钢是在低碳钢的基础上再加入少量的锰、铌、钒、铝和硅等合金元素冶炼而成，其强度、机械性能、焊接性、耐腐蚀性和耐磨性等各项指标均优于低碳钢。尽管钢材本身的价格昂贵，在造船时可减少钢材的用量，降低造船成本，最终的经济指标与低碳钢相近。,4.1.3 船体结构用钢,4.1.4 作用在船体上的外力,船舶在建造、营运、修理过程中，承受各种不同外力（载荷）的作用。主要有：重力、浮力、货物的负载、水压力、波浪冲击力、扭力（如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等）冰块挤压力、水阻力、推力和机械振动力及坞墩反力等外力的作用。船舶产生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。船体结构强度与刚度：船体结构抵抗外力作用和变形能力。,（1）纵向弯曲 在波浪中航行的船，主要由于重力与浮力分布不均产生总纵弯曲。船总纵强度：船体抵抗总纵弯曲的能力。保证总纵强度构件叫纵向强力构件：外板、甲板、纵舱壁、纵向构件。,4.1.4 作用在船体上的外力,（a）船体在静水中的总纵弯曲 船体在静水中受到的外力有重力和浮力。弯矩的最大值在船体的中部，向首尾逐渐减小。,4.1.4 作用在船体上的外力,（b）船体在波浪中的总纵弯曲 一般认为波浪长度等于船长时，船体的弯曲最为严重。当波峰在船中时，会使船体中部向上弯曲，称为中拱弯曲。当波谷在船中时，会使船体中部向下弯曲，称为中垂弯曲。,4.1.4 作用在船体上的外力,(2)在船体上的局部载荷和其他受力情况 船体在静水或波浪中除了总纵弯曲外，它的各部分结构还受到局部的水压力和货物等横向载荷，也会产生局部弯曲。,船体的横向,船体肋骨的歪斜,4.1.5.船体强度概念,（1）船体的总纵强度 船体结构抵抗纵向弯曲不使整体结构遭受破坏或不产生不允许的变形的能力称为总纵强度。,船梁内产生的弯曲正应力为 船体上最大的总纵弯曲的正应力通常出现在上甲板或船底部。,（2）横向强度和局部强度 横向强度是指横向构件（如肋骨框架和横舱壁等）抵抗横向载荷的能力。船体的局部强度:个别构件对局部载荷的抵抗能力。,图是杂货船货舱结构，上甲板和双层底是纵骨架式结构，下甲板和舷侧是横骨架式结构。上甲板和下甲板上开有货舱口，舱口角隅有支柱支撑。,杂货船货舱结构,船体中部结构 杂货船货舱结构,1,7,2,3,5,13,26,27,25,11,28,29,18,20,21,18,19,21,23,4,30,16,15,17,24,6,16,9,8,10,14,12,1.船底板,2.中桁材,3.旁桁材,4.内底边板,5.外底纵骨,6.内底板,7.肋板,8.内底纵骨,9.加强筋,10.减轻孔,11.上甲板,12.强横梁,13.甲板纵骨,14.横梁,15.甲板纵桁,16.支柱,17.下甲板,18.梁肘板,19.舱内肋骨,20.甲板间肋骨,21.舷侧外,22.强肋骨,23.舭肘板,24.横舱壁,25.舱口围板,26舱口端横梁,27肘板.甲板,28.舷墙,29.扶强材,30.舭龙骨,散货船货舱结构,散货船只有一层全通甲板，但为双层船底，甲板下面有两个三角形的顶边舱。图是装运谷物和煤的散货船货舱结构，甲板和舷顶部，双层底和舷侧下部是纵骨架式结构，舷侧中部是横骨架式结构。,船体中部结构 散货船货舱结构,18,2,1.外底板,2.内底板,3.底边舱,4.内底纵骨,5.中桁材,6.旁桁材,7.肋板,8.外底纵骨,9.舷侧外板,10.肋骨,11.舷侧纵桁,12.肘板,13.甲板,14.甲板纵桁,15.甲板纵骨,16.舱口围板,17.顶边舱,18.横舱壁,4.4.3 油船油舱结构,沿海小型油船,中线面设一道纵舱壁，分左右两个货油舱，大型的油船设23道纵舱壁，分成34个货油舱。油船有两类，一类是专门运载经过炼油厂加工过的石油制品。另一类是专门运载未加工过的原油。过去油船的货油舱都是单层甲板和单层底结构，现在大型油船已采用双层底、双壳结构。,油船油舱结构,甲板和船底采用纵骨架式，舷侧和舱壁可用横骨架式，也可纵骨架式，但大型油船则多数采用全纵骨架式结构。,集装箱船货舱结构,集装箱船货舱基本结构形式为双层底和双层壳舷侧结构，且在双壳舷侧的顶部应设有效的抗扭箱结构。货舱的货舱口宽几乎与货舱宽度一样大，舷边只留一条宽度不大的甲板边板。开口对船体的抗弯、抗扭和横向强度都不利。,在结构上常采用以下加强措施：(1)具有水密舷边舱的双层舷侧；(2)增加甲板边板和舷板厚度；(3)加强两个货舱口之间的舱口端横梁和甲板横梁等。,集装箱船货舱结构,船体中部结构 集装箱船横剖面结构,客货船结构 客货船的特点是甲板层多。旅客和船员舱室大部分设在水线以上的甲板。,船体中部结构 沿海小型客货船横剖面结构,内河船中部结构 大多数中小型的内河船舶采用横骨架式结构。,船体中部结构 内河小型货船船横剖面结构,军用船舶航速高、续航力大，要求船体结构轻而强。船体大多用高强度钢。甲板、舷侧和底部都装了密集的纵骨以保证总强度和板的稳定性。全船采用纵骨架式结构。,3.3.2.7、护卫舰结构,船体中部结构 护卫舰横剖面结构,4.2 船底和舷侧结构,4.2.1 船底结构 船底结构是保证船体总强度、横向强度和底部局部强度的重要结构。船底结构主要有：单层底结构和双层底结构。按骨架形式又可分为横骨架式和纵骨架式。,4.2.1.1、单层底结构,4.2.1.2 双层底结构,双层底结构：由船底板、内底板、内底边板、舭列板及其骨架组成的底部空间。双层底内的油舱与锅炉给水舱、食用水舱之间应设有隔离空舱。1）作用 增加船体的总纵强度、横向强度和底部的局部强度；可用作油舱、水舱、压载水舱；提高抗沉性。,纵骨架式双层底结构,4.2.2 舷侧结构,舷侧结构：连接船底和甲板的侧壁部分。一般船舶的舷部只有一层外板，但某些具有甲板大舱口的船上（如集装箱船）有时采用双层壳结构。舷侧结构按骨架形式有纵骨架式和横骨架式两种。民用船大多采用横骨架式，军船和油船多采用纵骨架式。主要组成部分有：舷侧外板、肋骨、强肋骨、舷侧纵桁、舷侧纵骨等。,4.2.2.1 肋骨,肋骨：舷侧和船底部本，用以支承外板和保持船形的横向或斜向骨材。它是从肋板、舭肘板向上延伸的横向构件，并与梁肘板和横梁组成船体的横向框架。横骨架式舷侧，有的全部采用尺寸相同肋骨的单一肋骨形式，这种肋骨称为主肋骨。除主肋骨外，还每隔35档肋距加装强肋骨，有的船还设置舷侧纵桁。普通肋骨一般可用不等边角钢、球扁钢等。,4.2.2 舷侧结构,纵骨架式舷侧结构有两种形式，一种形式只有舷侧纵骨，没有舷侧纵桁。另一种形式有舷侧纵骨，并设有12道舷侧纵桁。,横骨架式舷侧结构,4.3 外板、甲板与甲板板架,4.3.1、外板 外板：构成船体底部、舭部及舷侧外壳的板。它由许多块钢板拼合焊接而成。钢板横向的接缝称为端接缝，纵向的接缝称为边接缝。列板：板材逐块端接而成的连续长板条。生产图纸中，一般称平板龙骨为K行板，相邻列板为A行板，再次的列板为B行板，余此类推，直至舷顶列板为S行板。,4.3.3 外板、甲板与甲板板架,外板的作用：保证船体水密；参与船体的总纵强度；还与船底及舷侧骨架一起，承受并传递各种横向载荷，共同保证船体的局部强度和刚性。,4.3 外板、甲板与甲板板架,4.3.2 甲板 甲板：内底以上，封盖船内空间或将其分隔成层的大型板架。船舶的主体部分设有一层或几层全通甲板。小型舰船仅有一层甲板，大型船舶根据使用要求设置两层或多层贯通全船的连续甲板。平台甲板：主船体内的局部甲板。非露天的甲板和平台可做成水平的。甲板板：构成甲板表面的板。甲板边板：沿甲板外缘的一列甲板板。,4.3.3 甲板板架,甲板板架承受总纵弯曲应力，货物的负载和波浪的冲击等外力的作用，是保证船体总纵强度、横向强度、保证船体几何形状及保证船体上部水密的重要结构。按骨架结构形式分：横骨架式和纵骨架式。主要组成部分有：甲板、横梁、甲板纵桁、甲板纵骨、舱口围板及支柱等。,纵骨架式上甲板结构,4.4 舱壁结构,舱壁：将船内空间分隔成舱室的竖壁或斜壁。横舱壁：沿船宽方向的舱壁。纵舱壁：沿船长方向的舱壁。舱壁按其用途有：水密舱壁、油密舱壁、防火舱壁、制荡舱壁等。水密舱壁：在规定压力下能保持不透水的舱壁。油密舱壁：在规定压力下能保持不透油的舱壁。防火舱壁：根据规范对船舶防火结构要求设置的具有一定隔热能力并能在一定时间内防止火灾蔓延的舱壁。制荡舱壁：液舱内，为降低液体剧烈晃动而装设的带开孔的舱壁。,4.4 舱壁结构,按舱壁的结构形式分：平面舱壁、对称槽形舱壁及双层板舱壁。平面舱壁：由平舱壁板和骨架构成的舱壁。槽形舱壁：由凹凸舱壁板和骨架构成的舱壁。剖面有：三角形、矩形、梯形和弧形等，其中梯形和弧形用得较广泛。双层板舱壁：由两层舱壁板及其间的骨架组成的舱壁。舱壁结构由舱壁板和骨架组成。骨架有扶强材和桁材两种。,平面横舱壁结构,槽形舱壁部分结构,舱壁结构,4.5 船首、船尾结构,1、首端结构 首端指上甲板以下，首尖舱以前部分。首部受波浪、冰块的冲击作用，都会对船首造成严重危害。在结构上应采取加强措施。首尖舱，内设平台甲板。平台甲板以上多用作锚链舱和储物舱，平台甲板以下多作压载水舱。首尖舱一般采用单底。首端水下部分结构一般都有加强措施。如采用升高的肋板，减小肋骨间距，加装舷侧纵桁与强胸横梁等。冰区航行的船，首部应加装中间肋骨。,4.5 船首、船尾结构,首尖舱内的压载水随船体运动而摇晃，会对船体产生冲击作用。在首尖舱中心线平面处设有开孔的制荡舱壁或制荡板。所有海船首端设有防撞舱壁。,首端结构,4.5 船首、船尾结构,2、尾端结构 尾尖舱舱壁以后，上甲板以下的船体部分称为尾端结构，包括尾尖舱和尾部悬伸端，结构较复杂。民用船的尾部多用横骨架式结构。该区域承受水压力，螺旋桨转动时的震动力和水动力、舵的水动力及螺旋桨与舵叶的荷重等作用，必须对尾部结构的各部分进行加强。通常有巡洋舰尾、方尾等。单螺旋桨的尾部横剖面呈V型，有螺旋桨轴通过甲板平台上设有舵机舱。尾部悬伸部分结构的加强通常采用斜肋骨和斜横梁。尾部平台以下如作压载水舱，应设制荡舱壁以减少压载水摇晃产生的冲击。,尾端结构,4.5 船首、船尾结构,3、首柱 首柱位于船的最前端，船的外板在首端结束于首柱。首柱容易碰撞，要求首柱有足够的强度和刚性。首柱多为钢板焊接结构，也有铸钢首柱或铸钢与钢板的混合首柱。,混合首柱,4.5 船首、船尾结构,4、尾柱 尾柱上装有螺旋桨和舵。它除承受重量，还受到螺旋桨工作时产生的振动和转舵时的力矩的作用，要求尾柱有足够的强度和刚度。大型船舶的尾柱采用钢板焊接结构和铸钢结构，小型船舶简单的尾柱也可用锻钢结构。双螺旋桨船没有尾柱，但对伸出船体外面的螺旋桨轴需要用轴包架或轴支架予以支撑。,尾柱,4.6 上层建筑,上层建筑：位于上甲板以上的各种围蔽建筑物的统称。上层建筑包括船楼和甲板室。船楼的两侧伸至船的两舷或距舷边的距离小于船宽的4%；不符合上述条件的围蔽称为甲板室。船楼可分为首楼、桥楼、尾楼。甲板室可分为中甲板室和尾甲板室等。,尾楼和甲板室,船体产生振动及其剧烈程度,取决于船上主机、螺旋桨或波浪作用于船的周期性干扰以及这些干扰力的频率与船体结构的固有频率之间的关系。若两者频率相同或相近，将发生十分剧烈的“共振”。过度的振动会带来严重的后果：(1)使船员与旅客感到不适，容易疲劳和损害健康；(2)使机电和仪表设备、武器装备工作失常，甚至失灵、损坏；(3)使船体结构出现裂缝和疲劳损坏，危及船的安全；(4)引起噪声，影响人员的工作和健康，也影响舰 船的潜藏隐蔽，从而影响其作战性能的发挥。,4.7 船舶振动,我国船舶标准化委员会制定了海船船体振动衡准和内河船体振动衡准，作为船上振动的允许标准。解决船舶振动方法：（1）避免共振；（2）减少干扰力；（3）减少干扰力的传递。在船舶设计阶段，处理好船舶性能、船体结构、螺旋桨和主机等要素之间的关系，以使船体控制在允许的水平以内。,4.7 船舶振动,防胜于治，在船舶设计阶段便对干扰力、结构响应以及振动衡准三者进行充分的分析，妥善协调船舶性能、船体结构、螺旋桨和主机等要素之间的关系，以使船体控制在允许的水平以内。设计阶段的措施 避免共振是最重要的。常用方法是加强结构，改变固有频率或设法改变干扰频率。,4.7 船舶振动,