载荷支撑状况。若遭遇尾斜浪时，船首或船尾同时处在波峰或波谷位置，那么也 会发生那样的糟糕状况，在这种情况下必须考虑扭转载荷。
图 14.1 显示的船由波浪支撑，船首和船尾都处在波峰位置，船舯区域处在 波谷位置。船体将弯曲，其上部受压，下部受拉。就说船舶处于中垂状态，而且 这种情况下，露天甲板将由于压应力作用发生压缩变形，而底板由于拉应力作用 发生伸展变形。
（这种情况下）若船前进半个波长的距离，那么波峰就处在船舯，且船首和 船尾就在波谷位置，如图 14.2 所示，应力状态转换了。露天甲板处于受拉状态， 而底板处于受压状态，并且就说船处于中拱状态（就像将一头猪横跨地放在你的 肩膀上一样）。 船舶强度及梁理论
梁理论假设，为了强度方面考虑，将一艘船比作为一根中空的、近似为矩形 的梁。总的来说，这种比较是正确的。假想，首先材料结构具有连续性，其次已 知应力分布，那么就能不管其尺寸多大计算这样已知横剖面的梁的强度了。但是， 由于船体结构很复杂，各种不同构件都有连续性，固定方式（铆接和焊接）不同， 船体存在开口，受到动力和复杂静力载荷作用，仅存在一点不符之处，简单梁理 论成为了一般性的准则而不是标准规范。这并不是说，梁理论作为船舶设计的基 本工具没有用。在所有结构损坏的实例中，梁理论应当作为分析结构强度的任何 减小的基本方法及当作是补救措施的基本指导方法。
虽然将船当作为一根简单梁的假设中存在不足，但是梁理论提供了可进行分 析的可靠基础。那是一个通用的方法，且因此提供了可进行强度计算及结果分析 和比较的标准。 14.2 梁和载荷分类
在讨论将梁理论运用于船舶问题中之前，先介绍研究固体力学（材料强度） 的主要元素。这涉及到分析在不同标准参数下不同类型载荷对支撑梁的影响，如 图 14.3 所示。
1.当接触面积相对于梁的尺寸而言是很小的时候，可以将其当作集中载荷或 点载荷。
2. 当接触面积相对于梁的尺寸而言是很大的时候，可以将其当作分布载荷。 分布载荷可以是均匀的，且陈述为梁单位长度上的载荷。分布载荷也可以是以一 定的几何关系均匀变化或以任意方式变化。 上述载荷的特殊情况包括
3.摩擦载荷，平行作用于接触面且通常是一个垂直力乘以摩擦系数的函数。 4.重力载荷，由梁的重力引起的且可以当作分布载荷也可以当作是作用在梁 重心的集中载荷。为了简化一些问题，认为梁是没有重量的。
5.热负荷，惯性载荷及磁负荷，像重力载荷一样，没有经过物体接触，但作 用于整个梁。
载荷也可以根据它们造成的变形类型或载荷作用时间来分类。 1.轴向载荷通过梁横剖面的中心线，且产生拉压应力。
2.扭转载荷或转矩载荷，引起负荷构件扭曲或相对于本身关某一轴旋转。扭 转载荷被发现存在于用于传递功率的轴及一些磁悬浮列车和赛车上。
3.弯曲载荷是由力引起的，这些力产生了作用于梁上的力矩和力偶，及导致 横剖面上的应力和应变发生变化。
4.剪切载荷就是那些在梁上产生了剪应变的载荷。
5.组合载荷是上述产生结构构件复杂变形的力合成的。 就载荷作用时间而言，分类是
1.静载荷，是逐渐施加的，且能也可以不能维持很长一段时间（固定负载）。 除非平衡发生破坏，静力平衡就一直保持。 2.动载荷，随着时间变化，而且通常符合下列范畴。
a)交变载荷或疲劳载荷，涉及到大量长时间的周期性载荷，能否引起结构的 共振取决于交变载荷的频率。
b)冲击载荷或能量载荷，是外部快速施加的载荷，使结构产生了震动且有时 会产生永久性变形。直到震动减弱后，才能再次建立平衡。
第十五课 船舶结构应力和强度曲线
翻译人员：
15.1 船舶结构应力
前面的部分已经强调了将船舶近似看作一根简单结构梁。实际上，这是船舶 强度及算的基本前提；但是，由于结构和外界施加的力很复杂，所以在设计时必 须考虑到船舶的所有结构应力，以便核查船舶强度的精确度。因此，为了区分应 力的来源及影响，通常将这些应力分两组讨论：（1）船体梁应力及（2）局部应 力。 船体梁应力
一艘漂浮着的船完全被排水量或浮力沿船纵向和横向分布变化非常大的浮 力支撑。这些力包含作用在船体上的向上的力。向下的力是由船上所有重量的不 同分布造成的，包括船体结构、机械装置、燃油、货物及压载的重量。向上力与 向下力的差使船体梁上产生了沿船长方向上变化的载荷和一个总的弯矩及相关 联的剪切应力。
应当注意，这些由横向弯矩造成的应力通常相对于那些由纵向弯矩造成的应 力来说，就不那么严重和重要了。一般说来，用来提供精确的纵向强度和局部强 度的结构构件，其尺寸将合理限制横向弯曲。
?x ? Mxy 在计算纵向强度过程中，简单梁理论成为了计算的基础，且使用前面提到过
Ix
的关系。对于船长方向上任意剖面 x ，这钟关系是
计算任意剖面的惯性矩所用的构件必须纵向（船首至船尾）连续。 任意剖面上，最大应力发生离中心轴最远的那部分结构上，即在甲板和底板
上（图 15.1） 任意剖面上，。某一剖面的 M x 及 I x 在特定载况下是不变的；但是， 船长方向上，剖面的 M x 及 I x 将随剖面位置变化而变化。因此，在那些 M x / I x 最 大（假设 y 的最大值几乎没变化）的甲板或底板剖面处，大多数船通常在船舯剖 面附近处，应力最大。当然，驱逐舰（没有在图 15.1 中显示出来）的上层建筑 和甲板室比甲板和底板与中心轴的距离还远。上层建筑通常设计为沿船长方向上 隔一段距离就间断，通过使用伸缩缝来阻止结构参与部分的纵向弯曲应力。
从有关梁中性轴的讨论可以看出，最大水平剪切应力的产生发生在中性轴平 面上。垂直剪切力沿船长方向的变化，取决于垂直力（载荷）的纵向分布。由于 船型及船舯机械装置的载荷分布基本相似，垂向剪切力的最大值在离船首和船尾 各四分之一船长处，而且最大弯矩在船舯附近。
那么，这种船型的一般性推论是，最大剪切应力发生在四分之一船长的中性 轴附近，且这些船舷侧及附近的最大剪切应力处通常需进行局部加强。 也应该进一步声明，由于牛顿第三定律（对于每一个力，都对应一个大小相 等方向相反的反力）及平衡保持这一事实，产生了大小等于剪切力的反力。这意 味着对于垂向和水平剪切力，有一个与剪切力成 90 度的力偶。结果是，垂向剪 切力和水平剪切应力是相互联系的。 局部应力
局部应力是由静水压力，设备的集中载荷及动载荷引起的。
每单位的船体水下部分面积受到与其所处水深成正比的水压力。作用于壳板 上的水压力的垂向分力通过内部构架传递给壳板，且抵制着船舶的各种载荷。虽 然作用在两舷侧的水压力的水平分力相互抵消，因此阻止了船舶的横向运动，但 是水平分力仍作用在壳板上。船体及其内部构架必须能够抵挡水挤压船体。当船 壳破裂，水浸入船内时，前面讲到的施加在船壳上的静水压力作用在浸水空间内 的边界上。这些内部边界必须经过足够加强来阻止结构的破坏，并且因此限制了 浸水。与燃油和水舱相接触的边界也施加了静水压力。
每个物体的重量集中在船上的一些点上。这些载荷必须通过内部结构向下传 递至壳板，壳板处这些载荷被静水压力的垂直分力抵挡着。为了防止集中载荷的 高应力，使用大量基座来分布大面积的载荷。
船舶结构在承受静力载荷施加的局部应力的同时，可能也遭受风、浪、液体 载荷的抖振作用，而且军船上，还包括导弹和鱼雷的爆炸及水雷爆炸的作用。 损坏的结构将使得未损坏的结构遭受更大的应力，这不仅是因为构件的有效 横剖面减少了，也因为结构不连续可能导致应力集中。 15.2 确定船舶强度曲线的方法
强度曲线中所用到的重量计算，排水量，稳性及其他考虑，早在设计阶段就 开始了。为了确定强度曲线，必须精确弄清楚重量的大小及位置。讨论下面这种 重量计算的常规做法是有优势的。
重量分组。为了有序地进行重量计算，将重量分类并细分为组。军船设计中， 目前的做法是将船体、设备及附体所有的重量部分分为如下七个基本重量组： 组（1）——船体结构 组（2）——推进设备 组（3）——电器设备 组（4）——指挥和监视 组（5）——辅助设备系统 组（6）——舾装及室内陈设 组（7）——武器装备
以上重量组现在是军船重量计算的标准，而且每个这些主要的分组将进一步 细分。将会在船舶工程分解结构中发现详细分组完整的描述。
重量计算。在早期设计阶段中，通过与现存相似船的对应重量组进行比较， 来估计重量。列出主要的结构项目，然后直接计算重量。在随后的初步设计和合 同设计阶段及在船厂详细设计阶段再更详细地计算计算重量。
像武器，泵及锚这些标准的重量项目相对容易确定——通过参考厂商说明或 项目说明书。其他部分，例如构架，船体板及舱壁板，必须参照船舶说明书来一 个一个条目的计算。像涡轮机，锅炉及其他大型设备单元的项目重量必须通过部 分分解，由厂商说明书来确定。
第一艘甲类船的建造是通过反复称量零件的重量来完成的；也就是，实际上 所使用的每份材料及设备都经过称量并记录其重量。最后计算所有零件的重量和 来给出最终的检查重量。
简述各分组重量及它们分别关于龙骨的垂向力臂和船舯剖面的纵向力臂。从 此简述中确定了每单位长度重量数据，并且绘制成重量曲线。
浮力计算。浮力的计算仅仅与那些重量计算相对比。这些值是通过计算水线 以下横剖面来确定的，这些水线对应了一些能够计算重量的载况。对于任意给定 的水线或排水量状况，这些横剖面积以贯穿整个船长的简便的比例按坐标绘制。 通过这些坐标点来绘制的光顺曲线，就构成了描述浮力沿船长方向纵向分布的曲 线。
载荷，剪切力及弯矩曲线。在重量及浮力曲线都已确定以后，随后的程序就 很直接了。净载荷曲线通过所选船长间断处的重量值减去浮力值，然后绘图每个 位置处的差值得到。然后，通过近似方法对这条曲线进行积分，来获得剪切力曲 线，反过来对剪切力曲线进行积分获得弯矩曲线。对于货运船，计算不同载况下 的剪切力及弯矩曲线，来确定那些由于结构原因而应该避免的载况。那些涉及到 获得船舶强度曲线的实际程序的原理明显与那些前面描述过的简单载货驳船一 样。意义也是一样的；但是，由于重量分布及船型很复杂，所以分析过程是乏味 的（若通过手工来做）且那些不规则的曲线暴露了更复杂的强度问题。当讨论船 第十六课 结构完整性 舶在有浪的海水中而不再是静水中的状况时，这个问题就变得更明显了。 翻译人员：
一艘船结构最简单的描述是，其船体是一根梁，设计用来支撑作用于其上（包 括自身重量）的很多重量,以抵抗由集中重量和局部浮力产生的局部力，及抵抗 一些几乎肯定会发生的动力。正如任何结构一样，任意点处的应力必须保持在建 造材料限制允许的范围以内。而且，局部挠度和总挠度都应保持在安全限以内。 在船体设计所用的梁理论的广泛应用中，将船假设为被波长等于船长且波高 等于二十分之一船长的准定长波（即，不随船一起运动）支持着。船被波峰在船 首和船尾或只在船中的波支持着。将船长分为 20 站，且每站内的重量和浮力制 成表格。将每站内的总重量和总浮力的差视为一个均匀的施加在该站上的载荷。 然后，绘出一条这 20 个载荷沿着船体位置的函数曲线，而且对所得到的曲线沿 着船长进行积分，来给出所谓的剪切力曲线。接着，对剪切力曲线沿着船长进行 积分，给出弯矩曲线——最大值通常在船中附近的曲线。然后，通过用最大弯矩 除以船体结构梁剖面模数来获得弯曲应力值，其中剖面模数能够通过结构详细图 计算出来。为了防止分析中的被忽略的载荷的影响，例如动态波载荷，计算中应 该保留足够的设计余量。自约 1990 年以来，认为如上所述的波载荷的准静态处 理方法是不准确的。所选择的处理方法以变成了找静水（即，海平面）弯矩，然 后加上一个用一经验公式找出的且仅基于船尺寸和比例的波弯矩方法。公式中的 系数都是以通过海上测量及结构模型试验得到的数据为依据的，因此所找出用来
预测的公式似乎与实际情况相符。公式公布在约束商船设计的船级社的规范中。 然而，虽然一个简单的经验公式可能很好地适用于特殊功能要求的海况下的 特殊构造船，但是这不足以适用于一切海况中的所有船。鉴于这种原因，继续进 行了海水与浮式结构之间相互影响的研究，目的是为了能够计算一种源于海水与 浮体之间相互影响的载荷。这项任务是艰巨的，因为分析师必须能够计算由波引 起的船的运动，对由波引起的船的运动的影响，及浮力、阻尼和存在惯性力。没 有大量的海上测量和模型试验，也没有使用大量的计算资源，这项任务将不可能 完成。二十世纪七十年代，开始使用计算资源，而且鼓励努力使可能很好地延续 至二十一世纪。
波与船之间的相互影响也可能是以一种动态形式发生。一个关于运动波和运 动船体之间冲击的很明显的例子。一般说来，这种冲击的结果的影响很小，但是 当船艏脱离水面然后再次迅速浸入水中时，恶劣的天气情况下发生的抨击现象会 激发船体?振荡?。振荡是一种基本的双点频率的船体振动。它能产生与准静态 波弯曲应力极为相似的应力。也能在船艏再次进入水中与水产生冲击的地方产生 非常高的局部应力。
另一种波激发的、能够产生很大应力的船体振动是颤振。颤振源于波的遭遇 频率与船体振动固有频率之间的共振。能够通过改变降低航速和改变航向来避免 砰击及造成的振荡现象，但是非常难避免颤振，因为典型海况中的波频率范围很 广。幸亏，颤振没有被认为是任意结构破坏的缘由。
也需要大量的计算资源来精确计算这样的动力及它们的结果，因此直到 1980 年左右才开始认真尝试。已经取得了很大的成功，但是对于标准设计原则 来说技术仍没有减少。
传统的船体结构是由龙骨，横向构架及贯穿整船的甲板梁组成，其中甲板梁 安在了构架边缘——所有支撑着一层相对较薄的甲板壳板，舷侧壳板及底部壳板。 这种在中世纪欧洲非常普遍的结构体系已经进入了钢铁制船舶年代。但是，它有 一个很大的缺点，即构架和甲板梁对于抵抗纵向弯曲无作用。纵向布置的构架的 确对抵制这种阻力起作用，因此壳板厚度就较薄。在非常重视重量减轻的应用中， 非常支持使用这种构架体系。但是，纵向构架需要内部来自球鼻艏及板格构架的 横向支撑——实际上，后者部分球鼻艏可能从壳板向外延伸 3 至 7 英尺。这种要
第四章 船舶生产 求明显降低了纵向构架的重量优势，但不足以完全否定没有重量优势。板格构架
也有些干预内部空间使用的缺点，结果是，很多船上继续使用简单的横向构架系 统。
翻译人员：
第十七课 船舶建造过程
船舶建造是一种为客户（私营业主，公司，政府等等）生产产品（船舶，海 洋结构物，水上机械设备，等等）的工业。大多数情况下，产品订货建造，需满 足买方的具体要求。这甚至适用于那些一系列正在建造的相似船型。这整个过程 基于相关的顾客需求，可能某种程度上会发生变化，但是通常它涉及到很多具体 阶段。这些可以简述为： ??船东需求的产生