第二章船体结构和船舶管系.

2019/12/19第二章船体结构与船舶管系第一节船体受力与船体强度第二节船用钢材及构件的连接第三节外板与甲板板第四节船体结构的主要骨架形式第五节船底结构第六节舷侧结构第七节甲板结构第八节舱壁结构第九节船首尾结构第十节航行冰区的结构加强第十一节船舶防火结构第十二节船舶管系第十三节船体结构主要图纸船体结构12019/12/19第一节船体受力与船体强度一：作用在船体上的力无论是航行、停泊，还是在坞内，船舶都会不可避免地受到各种力的作用，归纳起来主要有重力、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、推力和机械震动力及坞墩反力等外力的作用，这些力的最终效果就是使船舶产生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。船体结构22019/12/191总纵弯曲力矩指作用于船体并使其沿船长方向发生弯曲的力矩。由静水总纵弯矩与波浪总纵弯矩两部分叠加而成。1)静水总纵弯矩当船舶正浮于静水面上时，从表面上看，重力与浮力大小相等并处于平衡状态.事实上组成船体各分段的重力与浮力的最终平衡值通常是不相等的,这种重力与浮力沿船长方向的不均匀分布，在产生剪切应力的同时，也产生了总纵弯曲力矩，使船体发生总纵弯曲。船体两端的剪力和弯矩都为0,弯矩的最大值在船中附近,向首尾端逐渐减小.距船首尾1／4L处的剪力值最大船体结构32019/12/192)波浪总纵弯矩：同样使重力与浮力沿船长方向分布不均匀而产生总纵弯矩。且当波长与船长相等或接近时，该弯矩最为显著，对船体结构的威胁也最大。对尾机型船而言：空载时中拱，满载时中垂。按舱容比合理配载，保证左右对称受力。2扭转力矩：发生在斜浪航行、货载对纵中线左右不对称时。2019/12/19船体结构42019/12/193横向作用力：水的侧压力、横浪引起的横摇→肋骨歪斜。4局部作用力:有波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设备的重力及坞墩反力等外力的作用。2019/12/19船体结构52019/12/19二、船体强度船体抵抗各种外力作用的能力总纵强度：表示船体抵抗总纵弯矩作用横向强度：表示船体抵抗横向力作用局部强度：表示船体抵抗局部力作用船舶的强度和刚性主要靠正确地选择船体结构钢材及合理地布置这些构件来保证三、对船体结构的设计与建造要求1)具有足够的强度、刚度和稳定性，保持可靠的水密性，并能满足营运上的要求；2)构件本身应有良好的连续性，避免应力集中，同时应能保证安装在其上的机械设备具有良好的工作性能；3)应有合理的施工工艺，以提高劳动生产率，减轻劳动强度，缩短船台建造周期，降低成本；4)充分考虑整个船体的美观和今后维修保养的方便性。2019/12/19船体结构62019/12/19第二节船体结构用钢及其连接方法船用钢材船体结构用钢一般强度船体结构钢高强度船体结构钢锅炉与受压容器用钢2019/12/19船体结构7机械结构用钢2019/12/19一：船体结构用钢材《钢质海船入级与建造规范》对其等级和类型等有详细规定，均由船级社认可的钢厂生产，钢的冶炼方法应经船级社认可，钢材的化学成分应满足规范的相应要求，并按规定对制成的钢材进行力学性能试验，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。检验合格的产品应盖有船级社的印记。按化学成分和性能分两大类共10个等级1一般强度船体结构钢以前称船用碳素钢，按其性能自底向高排列有：A，B，D，E四级。A级为沸腾钢，B级为镇静钢；D，E级为全镇静细晶粒（铝处理）钢，E的含锰量高于D但含碳量低于D适用于厚度不超过100mm的钢板和宽扁钢及厚度不超过50mm的型钢和棒材。2019/12/19船体结构82019/12/19一般强度船体结构用钢中微量元素主要有碳，锰，硅，硫和磷碳：高低直接影响其强度，含碳量越高强度高，但韧性和延展性变差锰硅：是有益元素，锰可改钢材焊接性能，硅可使强度和硬度提高硫：有害元素，是钢材焊接性能变差，和铁形成硫化铁存在于钢结晶中易使钢材形成裂缝，发生撕裂现象，叫热脆现象磷：会增加钢材的冷脆性，减少延展性，降低冲击韧性，当含磷量达3%时，冲击韧性几乎降至零，称为冷脆规范规定ABD级含碳量≤0.21%，E级≤0.18%特点：韧性好，容易焊接和冷加工，不易产生脆性破坏，结构中产生裂纹扩大的可能性较小。适用：中小型船舶的修造中2019/12/19船体结构92019/12/192高强度船体结构钢又称船用低合金钢，其等级是以其强度（最小屈服应力）划分，每一强度级又按其缺口冲击韧性不同而分成A，D，E，F四级厚度不超过100mm的钢板和扁钢有：A32，D32，E32，A36，D36，E36厚度不超过50mm的钢板、宽扁钢及型钢与钢棒有A40，D40，E40，F32，F36，F40“32”最小屈服点应力值应大于314N/mm2“36”最小屈服应力值应大于3.53N/mm2“40”最小屈服应力值应大于3.92N/mm2按规范的规定，当钢材屈服点应力值大于等于265N/mm2时即属于高强度钢。2019/12/19船体结构102019/12/19高强度船体结构用钢是在一般强度船体结构钢的基础上再加入商量的锰、铌、钒、铝、和硅等合金元素冶炼而成。特点：机械性能、强度、可焊性、耐磨性与耐腐蚀性等都较好；造价高，焊接工艺复杂，但因其具有上述各项性能，用于大型远洋船舶，在造船时可减少钢材的用量，从而可减轻船体结构重量，降低造船成本。最终的经济指标却和一般强度船体结构钢相近。适用：目前在大型船舶的修造中得到广泛应用高强度船体结构用钢均应经过细化晶粒处理的镇静钢，其桶样化学成分为：2019/12/19正常气温下船体结构用钢的要求各级钢材的使用，主要是根据船体结构构件的应力级别和钢板的厚度决定的。防止船体断裂，全船不同部位的船体构件按其所承受的应力情况分为三个类别，即次要类、主要类和特殊类，相应的三个材料级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。例如：Ⅰ级应力区：使用一般强度结构钢，板厚δ≤40mm使用A级钢，δ＞40mm时使用B级钢。II级应力区：Ⅲ级应力区：使用一般强度结构钢，板厚δ≤20mm使用A级钢；20mm＜δ≤25mm使用B级钢；25mm＜δ≤40mm使用D级钢；δ＞40mm时使用E级钢。2019/12/19构件类别构件名称材料级别或钢级船中0.4L内船中0.4L外次要类（1）纵舱壁板，除主要类要求者外（2）露天甲板板，除主要类和特殊类要求者外（3）舷侧板ⅠA/AH主要类（1）船底板，包括平板龙骨（2）强力甲板板，不包括特殊类要求的甲板板（3）强力甲板以上的纵向连续构件，不包括舱口围板（4）纵舱壁最上一列板（5）垂直列板(舱口纵桁)和顶边舱的最上一列斜板ⅡA/AH特殊类（1）强力甲板处的舷侧顶列板（2）强力甲板处的甲板边板（3）在纵舱壁处的甲板列板（4）集装箱船和其他有类似舱口的船舶在货舱口角隅处与舷侧之间的强力甲板板（5）散装货船、矿砂船、兼用船及其他有类似舱口的船舶在货舱口角隅处的强力甲板板（6）舭列板（7）长度超过0.15L的纵向舱口围板（8）纵向货舱舱口围板的端肘板和甲板室过渡ⅢⅡ(船中0.6L外为Ⅰ)船体各强力构件的材料级别应不低于下表所列的规定。2019/12/19当船长大于等于90m时，船体结构用钢应符合上表要求，当船长小于90m时，船体结构用钢一般可使用A/AH钢级。对不同材料级别的船体构件，应根据船体构件所取的板厚按表2-1-2选用钢级。当板厚大于规范要求的厚度时，应据实际板厚按表2-1-2选用钢级。材料级别ⅠⅡⅢ板厚（mm）低碳钢高强度钢低碳钢高强度钢低碳钢高强度钢t≤15AAHAAHAAH15t≤20AAHAAHBAH20t≤25AAHBAHDDH25t≤30AAHDDHDDH30t≤35BAHDDHEEH35t≤40BAHDDHEEH40t≤50DDHEEHEEH2019/12/19对用于制造尾柱、舵、挂舵臂和尾轴架的板材一般应不低于由材料级别Ⅱ所对应的钢级。对承受集中力的舵结构(如半平衡舵的下舵承或平衡舵的上面部分)应取材料级别Ⅲ。船中0.4L区域内的甲板板、舷顶列板及纵舱壁上列板的材料级别，在尾楼前端和桥楼两端处，应保持不变。集装箱船的中部0.4L区域内的强力甲板、舷顶列板及抗扭箱结构所用的材料级别，在整个货舱区域内应保持不变。在具有尾楼的液货船上，尾楼前的强力甲板向前延伸至任何泵舱开口的周围，其材质应保持一致。2019/12/193、船用钢材的类型1）钢板：船体结构的主要组成部分，约占60~65%，如船壳板，甲板板及分舱隔板。尺寸范围一般为：厚6~10mm，宽1200~3000mm，长6000~14000mm2）型钢：所占比例仅次于钢板，约35~40%，主要作船体骨架，按其横剖面形状可分为：扁钢，球扁钢，角钢，工字钢，T型钢及槽钢等3）铸钢：是用钢水在砂模中浇铸成型的钢件，船体首柱，尾柱，系缆桩常采用4）锻钢：将红热钢坯经过反复锤炼而成的钢件，船舶形状简单的轴，舵杆等物件较多采用，其机械强度和韧性优于铸钢，但受加工工艺的限制，不适于制作结构复杂构件2019/12/19船体结构162019/12/194标注方法：船舶在建造或修理前，首先必须根据各部位的需要确定所用的钢材类型，然后再在图纸上进行具体标注，单位统一用“毫米(mm)”，为方便起见，通常在标注时单位可省略不写。2019/12/19船体结构172019/12/19二.锅炉、受压容器与机械结构用钢锅炉、受压容器用钢有360A、360B、410A、410B、460A、460B、490A、490B及1Cr0.5Mo和2.25CrlMo等，它们是以其抗拉强度下限值来命名的，其单位是N/mm2。A级钢与B级钢的区别主要是脱氧方法，A级钢是镇静钢，B级钢是镇静并细化晶粒钢。1Cr0.5Mo和2.25CrlMo级钢为镇静合金钢。《钢质海船入级与建造规范》对该钢材的脱氧、化学成分与热处理均有具体要求，并要求对试样进行拉伸与冲击力学性能试验，且对用于工作温度不小于50℃的钢材，应进行高温拉伸力学性能试验。机械结构用钢可以用一般船体结构钢、高强度船体结构钢及锅炉与受压容器用钢。对于工作温度高于50℃的重要机械构件，应将设计高温下的力学性能资料提交船级社备查。2019/12/19三、船体结构的连接方法1、铆接：用铆钉连接，先在要连接的构件上钻孔；再将烧红的铆钉插入两连接件叠放的铆钉孔中，并将伸出部分用铆钉枪打成钉头，铆钉冷却后收缩，将构件拉紧密合。优点：构件若产生裂纹不易穿过铆接缝缺点：劳动效力低；连接强度差，只能达到连接件的65~80%2019/12/19船体结构192019/12/192、焊接：修造船中采用的主要属熔化焊，是对连接构件采用局部加热方法，便之达到液态或接近液态而熔接的过程。1）焊接方法主要有：(a)电弧焊：俗称电焊，以电弧作为加热源,工作效率高使用方便，在修造船中用得最多。(b)气焊:以乙炔气和氧气燃烧作加热源、外加焊丝的焊接方法，气焊多用于薄板焊接和铸件修补，在修船中常用(c)电渣焊(d)CO2气体保护焊2019/12/192019/12/19（2）焊接连接的方法（a）对接:用于两块钢板的拼接，对厚度较大的钢板，为了焊透，须在接缝处开口，坡口角度一般在40~60°，坡口截面形状有V型坡口、半V型坡口、U型坡口、半U型坡口、X型坡口、双U型坡口（b）角接：用于相互垂直或交叉构件之间的连接,。板材厚度较大的钢板，为了焊透，须在接缝处开口，K型坡口（c）搭接（d）塞焊（e)端接2019/12/19船体结构222019/12/19(3)焊缝的形式常见有对接焊缝和角接焊缝,个别处还可看见塞焊缝.角接焊缝是指角接接头,搭接接头,T型接头和斜接接头的焊缝2019/12/19船体结构232019/12/19（4）焊缝检查（a）外观检查：尺度，焊缝表面应均匀致密、饱满、平齐；不应有裂缝、焊瘤、咬边、弧坑、焊波间凹槽、表面气孔（b）内部质量检查（无损探伤检查）