9船體強度與結構設計

1、課程名稱：船體強度與結構設計課程代碼： 01229理論）第一部分 課程性質與目標一、課程性質與特點 本課程由船體強度與結構設計二部分組成，是高等教育自學考試船舶與海洋工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課。二、課程目標與基本要求本課程的目標：是學生通過該課程的學習，能掌握船體強度的基本理論和計算方法，對船體進行總縱強度計算 和船體結構局部強度計算。進而掌握船體結構的實用設計計算方法，能掌握和應用船體結構設計原理進行船體 結構的“規(guī)范法”設計。本課程基本要求：1 掌握船體結構安全性的基本知識2 掌握船體梁總縱彎曲的基本理論和外力計算的基本方法3 掌握船體總縱強度計算的基本原理和基本方法4 掌握船體結構局部強度

2、計算力學模型的建立和計算方法5 了解船體扭轉強度計算6 掌握型材剖面設計的基本方法和相關計算7 掌握船體中剖面計算法設計的基本思路和方法8 掌握船體結構規(guī)范法設計的基本考慮，規(guī)范對船體縱向強度的要求，外板及甲板板的設計，船體骨架的設 計及計算，上層建筑設計9 自學過程中應按大綱要求仔細閱讀教材，切實掌握教材有關內容的基本概念、基本原理和基本方法。三、與本專業(yè)其他課程的關系 本課程是船舶與海洋工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課，該課程應在修完本學科的基礎課和專業(yè)基楚課后進行學習。 先修課程：高等數(shù)學，材料力學，船舶結構力學后續(xù)課程：畢業(yè)論文或畢業(yè)設計第二部分 考核內容與考核目標緒論 一、學習目的與要求 緒

3、論是是本課程的綜述和總論。通過對緒論的學習，掌握船體結構強度計算要完成的任務、研究內容和研究方 法。作用在船體結構上的載荷，結構設計的基本任務和內容，評價結構設計的質量指標，結構設計的基本原理和方 法。二、考核知識點與考核目標（一）結構安全性的概念；船體強度計算的三部分內容；結構的安全性衡準，確定性的許用應力法重點）識記：結構的安全性，外力、內力、強度標準的內涵和意義。總強度、局部強度概念。 理解：確定性的許用應力法數(shù)學表達式和涵義。應用：“梁”的理論。（二）作用在船體結構上的載荷 重點） 識記：載荷的分類：總體性載荷、局部性載荷、基本載荷的概念及示例，不變載荷、靜變載荷、動變載 荷、沖擊載荷

4、的概念和示例。理解：載荷分類的作用 應用：不同的載荷對船體的作用及重要程度。（三）結構設計的基本任務和內容 重點） 識記：結構設計的前提；結構設計的基本任務；不同設計階段要完成的任務。 理解：結構設計子系統(tǒng)與總體設計之間的關系。應用：處理 強度）安全性和 技術）經濟性之間的矛盾。（四）評價結構設計的質量指標 重點）識記：安全性、營運適合性、船舶的整體配合性、耐久性、工藝性、經濟性概念和內容。 理解：具體設計時如何滿足這些質量指標。應用：優(yōu)化結構（五）結構設計的基本原理和方法 重點） 識記：規(guī)范法設計的優(yōu)缺點。 理解：為什么要有更科學、通用的結構設計方法。（六）船體強度計算中的不確定性，概率方法

5、 一般） 識記：強度計算中的許多不確定性因素，概率設計法，結構優(yōu)化設計，極限狀態(tài)設計法。 理解：為什么產生不確定性因素、設計的載荷狀態(tài)和要防止的破壞形式。第 1章 引起船體梁總縱彎曲的外力計算 一、學習目的與要求計算作用在船體梁上的外力，是總縱強度校核和衡準的基礎。通過對本章的學習，應掌握船體梁總縱彎曲的外 力計算的基本思路和過程，按照教材上的計算實例，能對實船進行總縱彎曲的彎矩和剪力計算。二、考核知識點與考核目標一）船體梁受力與變形 重點） 識記：船體梁，總縱彎曲，總縱強度，主要外力，平衡與不平衡，載荷、剪力、彎矩的基本公式和計算步 驟。理解：引起船體梁總縱彎曲的載荷的內涵、剪力和彎矩產生的

6、原因 應用：利用船舶結構力學中梁的理論及符號規(guī)定，來計算船體梁橫剖面上的剪力和彎矩。二） 重量曲線 重點） 識記：重量曲線，階梯形重量曲線，重量重心資料，重量的分類及其分布原則。局部性重量及總體性重量 的分布方法。理解：靜力等效原則的內涵 應用：利用靜力等效原則導出的公式對局部性重量進行分布。三） 靜水剪力和彎矩計算 重點） 識記：浮力曲線的概念，求浮力曲線的方法，靜水平衡計算所需資料，靜水平衡計算及其精度控制，理論 站距內的浮力，載荷曲線，靜水剪力曲線，靜水彎矩曲線的概念及其算法，三種曲線的特點，不封閉修 正。理解：載荷曲線的性質和特點 應用：計算方型船的載荷曲線，靜水剪力曲線和靜水彎矩曲線

7、四） 靜波浪剪力和彎矩計算 重點） 識記：靜波浪剪力和靜波浪彎矩產生的原因，與哪些因素有關。波浪三要素，坦谷波的特點，傳統(tǒng)的標準 計算方法，坦谷波的繪制方法，船舶在波浪上的平衡位置的確定，靜波浪剪力和靜波浪彎矩的計算公式。 理解：船舶靜置在波浪上的浮態(tài)。應用：計算方型船在余弦波作用下的靜波浪剪力和彎矩。五） 靜水剪力和彎矩計算、靜波浪剪力和彎矩計算中的次重點）識記：計算狀態(tài)的概念，計算狀態(tài)的選取，船體撓度的概念，船體撓度及貨物分布對靜水彎矩的影響。船 舶斜置在波浪上的靜波浪彎矩計算。理解：波浪浮力修正，彎矩曲線的包絡線。 應用：總縱彎矩，計算彎矩。六） 計算機計算總縱彎矩和剪力 一般） 識記：

8、重量曲線的計算公式，平衡位置及浮力曲線的計算。 理解：剪力和彎矩計算的迭代公式，計算程序框圖。 應用：波谷波峰不在船中時如何處理。七） 彎矩和剪力的近似估算公式 一般） 識記：近似估算公式的意義和作用，近似公式的含義，型式，與哪些因素有關。 理解：近似公式的建立。應用：對實船進行估算。八） 剪力和彎矩的計算實例 次重點） 識記：計算條件，主要數(shù)據(jù)及原始資料，波形及波浪要素。 理解：各種表格計算。應用：能利用表格進行計算。第 2章 船體總縱強度計算一、學習目的與要求本章是在第 1 章已計算出總縱彎矩和剪力的基礎上，依據(jù)所選定的船體結構橫剖面，計算出船體總縱 彎曲應力。通過對本章的學習，掌握總縱彎

9、曲應力的計算方法。掌握船體梁空心薄壁結構的特點。二、考核知識點與考核目標一） 船體總縱彎曲應力的第一次近似計算 重點） 識記：簡單梁的理論，船體剖面模數(shù)，總縱彎曲應力計算公式，計算剖面，縱向強力構件，強力甲板，最 小剖面模數(shù)，船體梁計算剖面簡圖。剖面水平中和軸，不同材料的換算。理解：計算的具體步驟，表 2-1 的涵義和計算公式。 應用：利用表 2-1 及有關公式進行具體計算。二） 船體構件的穩(wěn)定性檢驗和總縱彎曲應力的第二次近似計算重點）識記：船體構件的工作特性，按簡單梁理論計算方法的有效性，船體總縱強度計算中必須考慮的兩各主要 問題。船體構件的穩(wěn)定性檢驗，船體板折減系數(shù)的概念及計算，剛性構件和

10、柔性構件的概念，總縱彎曲應 力的第二次及更高次近似計算。理解：剖面折減的意義和作用。 應用：表 2-4 的具體計算三） 船體構件的多重作用及按合成應力校核總縱強度次重點）識記：船體構件的多重作用的概念，縱向強力構件的分類。 理解：合成應力法的合理性及存在的問題。應用：船體構件中的應力合成。四） 船體梁彎曲剪應力的計算 一般） 識記：剪應力產生的原因，對剪應力值的控制要求。 理解：船體彎曲剪應力計算公式推導的理論基礎。 應用：計算開式剖面構件的剪應力。五） 許用應力 重點） 識記：許用應力和安全系數(shù)的概念，許用應力標準的制定。外力、內力的計算方法和許用應力的一致性的 概念。理解：許用應力法的優(yōu)點

11、和缺點。 應用：如何根據(jù)具體情況選擇許用應力標準。六） 船體撓度的計算 一般） 識記：撓度對船體的不利影響。 理解：彎曲撓度曲線及剪切撓度曲線的計算，總撓度的控制。 應用：表 2-5 表 2-6 的近似積分計算七） 船體極限彎矩的計算 一般） 識記：船體極限彎矩的定義，計算極限彎矩的意義，強度儲備系數(shù)。 理解：極限狀態(tài)時的剖面折減。應用：極限彎矩的計算。八） 總縱強度計算實例 次重點） 識記：計算依據(jù)：參考圖紙和計算書，載荷，材料，許用應力。 理解：各種表格計算。應用：能利用各表格完成計算。第 3章 船體結構局部強度計算一、學習目的與要求 本章是研究船體各局部結構受到局部載荷時的強度問題。通過

12、對本章的學習，應掌握局部強度計算力學模型的 建立方法，從而完成典型船體結構的局部強度計算。二、考核知識點與考核目標一） 局部強度計算的力學模型 重點） 識記：結構的力學模型或計算模型的概念，建立結構計算模型的原則，影響計算模型的主要因素，構件幾 何尺寸的簡化；骨架支承條件的簡化，模型化的關鍵；結構處理模型化，載荷模型化，水頭高度。 理解：載荷模型化應考慮的問題。應用：能簡化出完整的結構計算模型。二） 船體骨架的帶板 重點） 識記：帶板的概念，穩(wěn)定性帶板寬度，彎曲帶板寬度 理解：中國船級社海船規(guī)范及內河鋼船建造規(guī)范對帶板寬度取法的規(guī)定。 應用：能根據(jù)具體結構模型確定帶板的寬度。三） 典型船體結構

13、的局部強度計算 重點）識記：船底結構 船底外板、船底縱骨、船底板架）的強度計算，甲板結構甲板板架、甲板縱骨）的強度計算，船側結構 舷側外板、舷側板架）的強度計算，艙壁結構平面艙壁板、平面艙壁構架、皺折艙壁）的強度計算。理解：計算圖形，受力，計算公式，單位換算。 應用：典型船體結構局部強度計算。四） 結構分析有限元模型化 一般） 識記：有限元進行結構分析的基本步驟，船體結構有限元模型。 理解：節(jié)點自由度，約束。應用：有限元的各種計算模型。五） 船體結構局部強度計算的有限元模型 可閱讀 , 不作考試要求）第 4章 船體扭轉強度計算 一般，了解）一、學習目的與要求 本章是針對長大艙口船舶扭轉強度的專

14、題。通過對本章的學習，對長大艙口船舶的強度計算特點，扭轉外力， 扭轉內力的計算有所了解。二、考核知識點與考核目標 閱讀，不作考試要求）第 5章 型材剖面設計 一、學習目的與要求 從本章開始，進入船體結構設計內容的學習。本章重點介紹構成船體骨架系統(tǒng)的型材剖面設計。通過對本章的 學習，應掌握船體結構中的型材及其作用，衡量型材剖面材料利用的指標，型材剖面的的強度要求幾剖面要素計 算，型材的穩(wěn)定性計算，型材剖面設計及結構優(yōu)化設計的基本概念。能完成船體骨架型材的實用設計。 二、考核知識點與考核目標一） 型材剖面的利用系數(shù)和比面積 重點） 識記：船體結構中的型材，型材剖面的利用系數(shù)、比面積的定義及計算、意

15、義。 理解：比面積在型材剖面設計中的作用。應用：統(tǒng)計分析實船中型材的比面積。二） 型材的強度要求及剖面要素計算 重點） 識記：強度要求，型材剖面模數(shù)與慣性矩的計算，腹板的相當面積，梁材抗彎強度與抗剪強度間的關系。 理解：面板、腹板和帶板尺度對剖面要素的影響程度。應用：應用公式法或列表法計算型材剖面要素。三） 型材的穩(wěn)定性計算 重點） 識記：型材的局部 翼板、腹板）穩(wěn)定性公式推導及結論，型材的總穩(wěn)定性概念及結論。 理解：型材的穩(wěn)定性與哪些因素有關。應用：在型材剖面設計時怎樣保證型材的穩(wěn)定性。四） 型材剖面設計問題的一般提法與結構優(yōu)化設計的基本概念一般）識記：確定結構重量最輕的剖面尺寸應滿足哪些要

16、求，結構優(yōu)化設計的基本概念。 理解：結構優(yōu)化設計問題表達為數(shù)學規(guī)劃問題。 應用：型材剖面最優(yōu)尺寸的實用設計公式及設計示例。五） 型材剖面最佳尺寸的實用設計公式 可閱讀 , 不作考試要求）六） 型材剖面設計示例（可閱讀 , 不作考試要求）第 6章 船體中剖面計算法設計 一般）一、學習目的與要求 本章是對船體中剖面進行計算法設計。通過學習，要求學生掌握船體結構鋼料和船體結構型式的選擇。了解中 剖面計算法設計的基本任務，設計要求與目標，分級優(yōu)化的求解策略。中剖面縱向構件相當厚度的決定。縱向加筋 板的設計板與縱骨間的材料分配。二、考核知識點與考核目標一） 船體結構鋼料和結構型式的選擇 重點） 識記：船

17、體結構用鋼，鋼材的優(yōu)點，鋼種的選擇。材料級別的選擇。船體骨架型式的選擇，選用不同骨架 型式的原因和理由，優(yōu)缺點。理解：根據(jù)哪些因素和要求來選擇船體結構用鋼及材料級別；如何選擇船體骨架的結構型式。 應用：采用不同的方案進行分析、計算、比較。二） 中剖面計算法設計的基本任務和策略 重點） 識記：計算法設計的內涵，基本任務，設計要求與目標。相當厚度的概念，分級優(yōu)化。 理解：為什么計算法設計首要解決的是船體中剖面的合理設計。應用：把中剖面設計變成數(shù)學規(guī)劃問題 .三）中剖面縱向構件相當厚度的決定 一般） 識記：結構的相當厚度，最輕船體中剖面設計應滿足的條件，縱向強力構件的分類。 理解：相當厚度為什么必須

18、由逐次近似求得。應用：用微分法解決縱向構件相當厚度的第二次近似計算。四） 縱向加筋板的設計板與縱骨間的材料分配一般）識記：最終決定哪些參數(shù)。須滿足哪些要求。分配系數(shù)的概念及取值范圍。 理解：對設計要求具體分析后得到的結論。應用：實用設計公式的含義與使用。五） 考慮構件剖面折減后的中剖面設計 可閱讀 , 不作考試要求）六） 船體中剖面計算法設計示例 一般）識記：需要的已知資料。 理解：決定相當厚度的兩次近似計算，船底材料分配，甲板材料分配。應用：表格計算與公式計算。第 7章 船體結構規(guī)范法設計一、學習目的與要求 本章是按船級社頒布的船舶建造規(guī)范來進行結構設計。規(guī)范法設計是傳統(tǒng)的大多采用的民用船舶

19、結構設計方 法。通過學習，要求學生掌握船體強度理論和造船實踐是設計規(guī)范制定的基本基礎，掌握規(guī)范法設計的基本步驟， 掌握結構布置的一般原則，理解規(guī)范，運用規(guī)范，能按照規(guī)范完成實際船舶的船體結構設計。二、考核知識點與考核目標一） 船體結構規(guī)范法設計的基本考慮 重點） 識記：船級社，船舶建造規(guī)范的產生、發(fā)展和作用，規(guī)范法設計的基本步驟。確定結構尺寸的一般順序。規(guī)范的選用，規(guī)范的適用范圍。結構布置的原則和一些基本規(guī)定，材料級別和鋼級。理解：為什么規(guī)范要規(guī)定其適用范圍；長深比和寬深比各反映了什么內涵。材料級別反映了什么內涵。應用：在結構設計時對結構進行合理的布置。二） 規(guī)范對船體縱向強度的要求 重點）

20、識記：縱向強度標準，基本剖面模數(shù)，計算剖面模數(shù)，與哪些要素有關。疲勞斷裂，船中剖面模數(shù)計算， 強力甲板邊線處剖面模數(shù)，平板龍骨處剖面模數(shù)。 理解：以中剖面模數(shù)作為縱向強度標準，基本剖面模數(shù)與計算剖面模數(shù)的內涵，聯(lián)系和區(qū)別。規(guī)范公式制 定的簡要思路。應用：能按規(guī)范要求計算和校核船舶的縱向強度。三） 外板及甲板板的設計 重點） 識記：規(guī)范對外板、甲板板的一般規(guī)定，外板、甲板板的厚度分布規(guī)律，考慮哪些因素。規(guī)范板厚設計公 式的意義。總縱彎曲名義應力。初撓度，殘余應力。強力甲板邊板，甲板半剖面積。理解：為什么板厚設計公式有兩個，各公式反映了什么要求，設計時如何處理。 應用：看懂設計計算示例，能完成實際

21、船舶的外板及甲板板設計。四） 船體骨架的設計 重點） 識記：船體骨架設計的一般注意事項，構件的受力和作用，主要支撐構件和傳力構件，帶板，計算跨距， 跨距點，有效跨距。局部強度要求的剖面模數(shù)，剛度要求的剖面慣性矩，穩(wěn)定性要求的剖面慣性 矩。理解：規(guī)范對船體骨架要求的基本意義。 應用：參考設計計算示例，能應用規(guī)范設計實船的船體骨架。五） 應力集中區(qū)的結構設計 一般） 識記：應力集中，應力集中系數(shù)，開口設計及降低艙口角隅處應力集中的結構措施。 理解：甲板艙口角隅的形狀與結構上的處理。應用：甲板艙口結構的合理設計。第 8章 上層建筑設計一、學習目的與要求 本章是主船體的強力甲板以上的艙室結構的設計。通

22、過學習，要求學生了解上層建筑與主船體相互作用的問 題。掌握上層建筑的設計及其與主船體的連接設計。能夠完成上層建筑的結構設計。二、考核知識點與考核目標一） 上層建筑的變形特征 次重點） 識記：上層建筑及其構成，船樓，甲板室，上層建筑的端點效應。 理解：上層建筑的端點效應發(fā)生的原因。應用：力的傳遞與變形分析。二） 上層建筑設計 一般） 識記：強力上層建筑，輕型上層建筑。理解：決定強力上層建筑甲板的剖面積，強力上層建筑設計的基本步驟。輕型上層建筑的設計，輕合金上 層建筑的設計。應用：上層建筑結構的布置原則，能按實船要求完成上層建筑設計。三）主體在上層建筑端部的應力集中及加強設計閱讀，不作考試要求）第

23、 9章 船體結構的可靠性設計 了解）一、學習目的與要求 本章介紹了可靠性理論的基本概念，結構概率設計方法的基本原理。通過學習，對新的結構設計方法的進展有 一定了解。二、考核知識點與考核目標 可閱讀，不作考試要求）第三部分 有關說明與實施要求 一、考核的能力層次表述本大綱在考核目標中，按照“識記”“理解”“應用”三個能力層次規(guī)定其應達到的能力層次要求。各能力層 次要求為遞進等級關系，后者必須建立在前者的基礎上，其含義是：識記：要求考生能夠對大綱中的知識點，如名詞和定義、本專業(yè)術語、原理、原則、公式、計算方法及步驟等 有清晰準確的認識和表述，并能做出正確的判斷與選擇。理解：在識記的基礎上，要求考生

24、能夠對大綱中的概念、原理、原則、計算方法等有一定的理解，清楚它與有 關知識點的聯(lián)系與區(qū)別，并能做出正確的表述和解釋。應用：要求考生對大綱中的概念、原理、原則、公式、計算方法等熟悉和理解的基礎上，能解決簡單的計算和 應用問題，也可運用多個知識點，分析、計算或解決稍微復雜一點的船體結構實用問題。二、教材1、指定教材：船體強度與結構設計王杰德楊永謙等編著，國防工業(yè)出版社，1995年4月第1次印刷三、自學方法指導1、在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關這一章的考核知識點及對知識點的能力層次要求和考 核目標，以便在閱讀教材時做到心中有數(shù)，有的放矢。2、閱讀教材時，要逐段細讀，逐句推敲，集中精力

25、，吃透每一個知識點，對基本概念必須深刻理解，對基本 理論必須徹底弄清，對基本方法必須牢固掌握。3、在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，這可 從中加深對問題的認知、理解和記憶，以利于突出重點，并涵蓋整個內容，可以不斷提高自學能力。4、完成書后作業(yè)和適當?shù)妮o導練習是理解、消化和鞏固所學知識，培養(yǎng)分析問題、解決問題及提高能力的重 要環(huán)節(jié)，在做練習之前，應認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內容，在練習過程中對所學知 識進行合理的回顧與發(fā)揮，注重理論聯(lián)系實際和具體問題具體分析，解題時應注意培養(yǎng)邏輯性，針對問題圍繞相關 知識點進行層次 步

26、驟）分明的論述或推導，明確各層次 步驟）間的邏輯關系。四、對社會助學的要求1、應熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。2、應掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解對各知識點的考核目標。3、輔導時，應以考試大綱為依據(jù)，指定的教材為基礎，不要隨意增刪內容，以免與大綱脫節(jié)。4、 輔導時，應對學習方法進行指導，宜提倡認真閱讀教材，刻苦鉆研教材，主動爭取幫助，依靠自己學通 方法。5、輔導時，要注意突出重點，對考生提出的問題，不要有問即答，要積極啟發(fā)引導。6、注意對應考者能力的培養(yǎng)，特別是自學能力的培養(yǎng)，要引導考生逐步學會獨立學習，在自學過程中善于提出 問題，分析問題，做出判斷，解決問題。7、

27、要使考生了解試卷的難易與能力層次高低兩者不完全是一回事，在各個能力層次中會存在著不同難度的試 卷。&助學學時：本課程共 4學分，建議總課時 72學時，其中助學課時分配如下:章次內容學時第1章緒論強度計算的任務內容方法，載荷，結構設計的任務內容，質量指標，結構設 計的基本原理和方法2第1章1.1船體梁受力與變形2第1章1.2:重量曲線2第 1 章 1.3-1.4靜水剪力和彎矩計算，靜波浪剪力和彎矩計算6第 1 章 1.5-1.7:計算機計算，近似估算公式，計算實例4第2章2.1船體總縱彎曲應力的第一次近似計算2第2章2.2船體構件的穩(wěn)定性檢驗和總縱彎曲應力的第二次近似計算4第2章2.3船體構件的多重作用及按合成應力校核總縱強度2第 2 章 2.4-2.5船體梁彎曲剪應力的計算，許用應力3第 2 章 2.6-2.8船體撓度的計算，船體極限彎矩的計算，總縱強度計算實例3第3章3.1局部強度的計算模型2第 3 章 3.2-3.3船體骨架的