船體扭轉強度

簡介

扭轉強度是指整個船體抵抗扭轉變形和破壞的能力。當船舶斜置在波浪上時，或船的首尾部的裝載對於船中心線左右不對稱時，以及其他原因產生的首尾、左右不對稱的作用力，都會產生作用在船體上的扭轉力矩，使船體發生扭曲變形。但是，一般船舶由於艙口較小，均有足夠的抗扭轉強度，都不進行扭轉強度計算。對於貨櫃船等，因甲板上貨艙口較大，需要考慮船體結構的扭轉強度問題。

船體扭轉強度檢驗

據中國船級社“鋼質海船入級和建造規範” ，凡符合下述兩個條件的任何甲板開口為大開口： (1) b/B₁> 0.6 (b為開口寬度；B₁為開口寬度中點處包括開口在內的甲板最大寬度)；(2)

(

為艙口長度；

為艙口兩端橫向甲板條中心線之間的距離)。凡屬於上述規定的船舶，船體縱向強度校核時須包括縱向彎曲強度和扭轉強度兩個方面。以下介紹航運生產實際的船體扭轉強度檢驗的簡易方法。

船體梁扭轉變形的力學方程式

在分析船體扭轉時，須將船體看作為薄壁梁，這時船體的甲板和外板看作為中空梁的壁。根據薄壁梁扭轉的理論，扭轉變形包含兩種成分：一種稱為自由扭轉，另一種稱為約束扭轉。自由扭轉是船體梁的各個剖面分別繞其各自的轉動中心平行轉動，由於沿著船體長度方向各個剖面轉過的角度不相等，引起整個梁的扭轉變形。自由扭轉引起船體梁的兩端向相反方向轉動，剖面相對轉角向船中逐漸減小。約束扭轉是將船體梁的端部固定，梁的各個剖面在轉動時由於受到來自端部的限制，各個剖面之間不但有相對的轉動，而且發生相對位置的改變，這時船體發生歪斜形變。在約束扭轉形變中，離開約束端越遠，船體發生的形變越大。約束扭轉也稱為翹曲。薄壁梁的自由扭轉會在其剖面內產生剪下應力

，而翹曲不但產生剪下應力

，而且還會產生翹曲正應力

。在船體梁扭轉中，扭轉剪下應力一般較小。

取船長的中點為x坐標軸的原點，x軸的正向指向船首，在外界扭轉力矩作用下，船體梁扭轉變形的力學方程可表示為：

式中，G為材料的剪下彈性模量，一般可取G=8×10⁶kN/m²；E為材料的拉壓彈性模量，一般可取E=2×10⁷kN/m²；J為剖面自由扭轉慣性矩；Jw為剖面的扇形慣性矩；h為剖面相對轉動的角度；dh/dx為單位長度扭轉角，稱為扭率；M_TS為作用在薄壁船體樑上的扭轉外力矩的總和（波浪扭矩，因重量產生的扭矩等）。扭轉力學方程式中的第一項表示自由扭轉扭矩，第二項表示使船體梁發生翹曲的扭矩，這兩個扭矩之和應與外界的扭轉力矩平衡。