船舶中拱和中垂现象是船体在受到浮力和重力共同作用时产生的典型弯曲变形，其产生原因可归纳如下：

一、中拱变形的原因

1. 浮力分布不均

   当船舶中部所受浮力大于首尾端时，船体中部会上拱。这种分布通常出现在船舶满载且中部载重较多时，例如散货船在装货过程中若中部舱柜过载，会导致中部浮力不足以支撑重力，从而产生中拱。

2. 重力分布影响

   若重力在中部较大（如船舶中部存在重物），也会加剧中拱变形。此时，船舶中部受到的向下重力与浮力差值增大，导致中部弯曲。

3. 波浪作用叠加

   在波浪中航行时，波谷作用于船中会加剧中拱变形。当波长接近船长时，船体受到的弯矩最大，中拱现象最为显著。

二、中垂变形的原因

1. 浮力分布不均

   相反，当船舶中部浮力小于首尾端时，船体中部会下垂。这种情况多见于船舶首尾载重较大时，例如油轮在满载状态下，首尾浮力不足以平衡重力，导致中部下垂。

2. 重力分布影响

   若重力在中部较大（如船舶中部集中重物），也会引发中垂变形。此时，船舶中部受到的向下重力超过浮力，形成弯曲。

3. 波浪作用叠加

   当波峰作用于船中时，会加剧中垂变形。此时船体受到的弯矩方向与重力方向一致，导致中部下沉更明显。

三、其他影响因素

• 船舶结构特性 ：船体梁的刚度、材料强度等直接影响变形程度。

• 载货配载不当 ：如油轮未合理分配货物（如首尾油舱过载），会加剧中垂变形。

船舶中拱和中垂的主要原因是浮力与重力分布不均，波浪作用进一步放大变形，而合理的载货配载和结构设计可有效缓解这些影响。