中拱
船舶中垂中拱是船舶结构设计中涉及船舶在水中受浮力作用时产生的变形现象,具体可分为以下内容:
一、基本概念
- 中拱(Hogging)
船舶中部浮力大于重力时产生的向上拱起的纵向弯曲状态,表现为船中部上拱、首尾下垂。这种变形在波浪作用下尤为显著,尤其是当波长接近船长时。
- 中垂(Sagging)
船中部重力大于浮力时产生的向下凹陷的纵向弯曲状态,即船中部下垂、首尾上翘。通常出现在船舶通过波谷时。
二、影响因素
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波浪作用 :波浪的波长与船长关系直接影响中拱中垂的严重程度。当波长等于船长时,中拱变形最显著。
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载重状态 :货物分布不均会导致重心偏移,增加中拱或中垂变形。例如,首尾舱集中装载货物易引发中垂。
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船体几何形状 :水线面积分布、船体吃水深度等几何参数对变形有重要影响。
三、结构影响
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稳性 :中拱或中垂变形会改变浮力中心位置,影响船舶的稳性。严重变形可能导致稳性不足。
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强度 :局部应力集中可能引发船体开裂,尤其是甲板、船底等薄弱部位。
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航行性能 :中拱会增加航行阻力,降低燃油效率。
四、设计考量
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配载优化 :通过合理分配货物,使重力与浮力纵向对称分布,减少中拱中垂变形。
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结构加强 :在易变形区域增加肋骨、加强筋等结构,提高船舶的承载能力。
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动态分析 :结合波浪模拟软件,评估不同工况下的变形趋势,优化船体线型。
五、相关计算
中拱中垂的计算需考虑船舶自重、载重、海况等多因素,通过弹性力学和流体力学方法推导公式,确定浮力分布和变形量。