《船舶船体结构与设计》专业期末考试试卷
考试时间： 120分钟 总分： 100分 适用专业： 船舶与海洋工程、轮机工程等相关专业
名词解释 (每题4分，共20分)
- 中剖面模数:
- 总纵弯曲:
- 船体结构疲劳:
- 焊接热影响区:
- 船体建造精度控制:
填空题 (每空1分，共20分)
- 船体结构按受力方式可分为____结构和____结构两大类，前者主要承受____载荷，后者主要承受____载荷。
- 船体梁在波浪上发生中拱时，船体中部____，船体两端____；发生中垂时则相反。
- 船体外板由____板、____板、____板和____板等组成。
- 船体骨架按布置方向可分为____骨架、____骨架和____骨架。
- 船舶主船体结构中，保证船体横向强度的主要构件是____和____。
- 船舶设计阶段通常分为____设计、____设计和____设计三个阶段。
- 船舶下水的主要方法有____下水、____下水和____下水等。
- 钢材在焊接后，会产生____应力和____应力,对结构安全构成潜在威胁。
选择题 (每题2分，共20分，请将正确答案的序号填入括号内)
-
下列哪种结构构件对提高船体总纵强度贡献最大？ A. 船底板 B. 甲板板 C. 舷侧外板 D. 船中剖面内的纵向连续构件（如龙骨、甲板纵桁等）
（图片来源网络，侵删） -
横骨架式结构的优点是： A. 提高了总纵强度 B. 结构重量轻，建造方便 C. 更好地抵抗局部载荷 D. 适用于大型油轮
-
船舶的“干舷”是指： A. 船舶满载水线至上甲板板下缘的垂直距离 B. 船舶满载水线至船底板的垂直距离 C. 船舶空载水线至上甲板板下缘的垂直距离 D. 船舶空载水线至船底板的垂直距离
-
船体结构中的“肋骨”主要作用是： A. 支撑甲板，承受总纵弯曲 B. 连接船底和甲板，保证船体横向强度 C. 支持舷侧外板，抵抗水压力和货物压力 D. 作为纵向构件，参与总纵弯曲
-
在船舶设计规范中，通常将船体梁的许用应力与哪种工况相关联？ A. 静水弯矩 B. 静水弯矩+波浪弯矩 C. 只考虑货物载荷引起的弯矩 D. 只考虑主机功率引起的弯矩
（图片来源网络，侵删） -
下列哪项不属于船体建造的精度控制范畴？ A. 构件下料尺寸的准确性 B. 装配间隙的控制 C. 焊接后变形的矫正 D. 船体外观涂装的颜色均匀性
-
散货船的货舱区通常采用哪种结构形式？ A. 纯纵骨架式 B. 纯横骨架式 C. 混合骨架式（货舱底部和顶部为纵骨架式，舷侧为横骨架式） D. 无骨架式
-
船舶下水过程中，为了保证安全，最重要的是要计算和控制： A. 船舶的浮心位置 B. 船舶的重心位置 C. 船舶的稳性 D. 船舶的浮力和重力对下水支架的力矩平衡
-
船体结构中的“肘板”主要用于： A. 增加结构的美观性 B. 减少焊接工作量 C. 连接不同方向的构件，减小应力集中 D. 作为临时支撑
（图片来源网络，侵删） -
根据国际船级社协会统一要求，现代船舶结构设计必须充分考虑： A. 仅考虑静水载荷 B. 仅考虑波浪载荷 C. 疲劳强度和腐蚀余量 D. 只考虑碰撞和搁浅等偶然载荷
简答题 (每题5分，共20分)
- 简述船体总纵弯曲的成因，并说明中拱和中垂状态下船体中部和两端的应力分布情况（拉/压）。
- 为什么说船体是一个复杂的薄壁空间结构？请从其几何形态、受力特点和连接方式三个方面进行说明。
- 简述横骨架式和纵骨架式船体结构的特点及其分别适用于哪些类型的船舶。
- 什么是船体建造的“分段制造法”？其主要优点是什么？
计算与分析题 (共20分)
**
某散货船船长L=180m，船宽B=30m，型深D=16.5m，设计吃水d=12.0m，根据规范计算，该船在波浪上的最大中拱弯矩约为 M_max = 2.5 × 10^9 N·m，最大中垂弯矩约为 M_min = -1.8 × 10^9 N·m。
船体中剖面处的剖面模数 W = 25.0 × 10^6 mm³。
要求：
- (10分) 计算该船在最大中拱和最大中垂工况下的船体梁最外缘纤维应力，并判断其是否满足一般船体钢（如AH36，其许用弯曲应力[σ]通常取为175 MPa）的强度要求。（提示：弯曲应力公式 σ = M / W）
- (10分) 除了总纵强度，船体结构还需要考虑哪些主要的局部强度问题？请列举至少三种,并简要说明其受力特点。
参考答案及评分标准
名词解释 (每题4分，共20分)
- 中剖面模数: 表示船体梁抵抗总纵弯曲能力的一个几何特性参数，等于船体中剖面惯性矩除以剖面中和轴到最远纤维的距离，其值越大,船体抵抗总纵弯曲的能力越强。
- 总纵弯曲: 船舶在波浪上航行时，整个船体如同一个梁一样，在重力和浮力等分布载荷的作用下,沿船长方向发生的垂直于船体中心线的弯曲变形。
- 船体结构疲劳: 船体结构在交变载荷（如波浪载荷、振动载荷）的长期反复作用下，在应力集中区域萌生裂纹并逐渐扩展,最终导致结构断裂的破坏过程。
- 焊接热影响区: 焊接时，焊缝附近母材因受到焊接热循环的影响，其组织和性能发生变化的区域，该区域的力学性能通常较差,是焊接结构的薄弱环节。
- 船体建造精度控制: 在船舶建造过程中，对构件的尺寸、形状、位置以及装配间隙等进行严格控制，使其最大限度地符合设计要求，从而保证结构质量、提高效率、降低成本。
填空题 (每空1分，共20分)
- 主（或总纵），局部，总纵，局部
- 受拉，受压
- 平板，舷顶列板，船底列板，舭列板
- 纵向，横向，垂直
- 横舱壁，肋板
- 概念，详细，生产
- 纵向，横向，船台
- 残余，焊接
选择题 (每题2分，共20分)
- D
- C
- A
- C
- B
- D
- C
- D
- C
- C
简答题 (每题5分，共20分)
-
成因： 船舶在静水中，重力与浮力相等且分布均匀，不产生总纵弯曲，在波浪上，船中位于波谷而两端位于波峰（中拱）或船中位于波峰而两端位于波谷（中垂）时，沿船长方向的浮力分布与重力分布不一致，形成了一个分布载荷，导致船体梁发生弯曲。 应力分布：
- 中拱： 船体上部（甲板）受拉，下部（船底）受压。
- 中垂： 船体上部（甲板）受压，下部（船底）受拉。 (答出成因2分，应力分布各1.5分)
-
复杂薄壁空间结构：
- 几何形态： 船体外形是一个复杂的流线型曲面，内部空间被划分为多个舱室，由大量的板和骨架构成，形成一个封闭的、三维的薄壁结构。
- 受力特点： 船体同时承受总纵弯曲、局部弯曲、水压力、货物压力等多种载荷，这些载荷相互作用,使应力分布非常复杂。
- 连接方式： 结构通过大量的焊接连接，焊缝和连接节点处存在严重的应力集中，使得结构的力学行为难以用简单的理论模型精确描述。 (每点1.5分,答出任意三点即可得满分)
-
横骨架式 vs 纵骨架式：
- 横骨架式： 骨架横向布置密集，纵向布置稀疏，优点是结构简单，建造方便，横向强度好，缺点是总纵强度较差，重量较大，适用于小型船舶、内河船、军船等。
- 纵骨架式： 骨架纵向布置密集，横向布置稀疏，优点是总纵强度好，结构重量轻，抗屈曲能力强，缺点是横向强度相对较弱，建造工艺复杂，适用于大型油轮、散货船、集装箱船等。 (特点各2分，适用船舶各0.5分)
-
分段制造法： 将整个船体划分为若干个分段（如底部分段、舷侧分段、甲板分段等），在车间内平行地完成各个分段的制造（包括构件装配、焊接、舾装等），然后到船台或船坞内将各个分段合拢成整体船体的建造方法。 优点： 扩大了作业面，实现了平行作业，大大缩短了船台周期；改善了劳动条件，提高了生产效率和产品质量；有利于实现建造过程的机械化和自动化。 (定义2分，优点3点,每点1分)
计算与分析题 (共20分)
-
计算应力：
- 最大中拱工况： σ_max_拱 = M_max / W = (2.5 × 10^9 N·m) / (25.0 × 10^6 mm³) = (2.5 × 10^9 × 10^3 N·mm) / (25.0 × 10^6 mm³) = 100 N/mm² = 100 MPa
- 最大中垂工况： σ_min_垂 = M_min / W = (-1.8 × 10^9 N·m) / (25.0 × 10^6 mm³) = (-1.8 × 10^9 × 10^3 N·mm) / (25.0 × 10^6 mm³) = -72 N/mm² = -72 MPa
- 强度校核： 最大拉应力为 100 MPa，最大压应力为 72 MPa（绝对值）。 许用应力 [σ] = 175 MPa。 因为 |100 MPa| < 175 MPa 且 |72 MPa| < 175 MPa，所以该船的总纵强度满足要求。 (计算过程各3分,校核和结论各2分)
-
局部强度问题：
- 船底板架强度： 主要承受货物压力（如压载水、散货）和水压力，其受力特点是局部均布载荷,导致板架发生局部弯曲变形。
- 甲板板架强度： 主要承受集中载荷（如集装箱箱脚、设备基座）和均布载荷（如人员、车辆），其特点是载荷集中,容易在支撑点附近产生高应力和变形。
- 舷侧板架强度： 主要承受水压力（静水压力和波浪冲击压力），其特点是沿水深呈三角形或梯形分布的载荷,导致舷侧板架发生弯曲。
- 舱口盖强度： 作为甲板的开口部分，其强度至关重要，主要承受甲板上的载荷，并要保证水密性。 (答出任意三种并解释受力特点，每种3.5分)
