3.1作用于船體的扭轉力矩由波浪引起的扭轉力矩:不論在靜水里或在波浪中，船體受到扭轉的情形很多,對于這些扭轉作用，普通船體一般都具有充分大的扭轉剛性和扭轉強度.

可是對于一些特殊船體，例如礦石船、集裝箱船等這些具有長大甲板開口的船體，它們的扭轉剛性和扭轉強度就不容忽視了。

3.1作用于船體的扭轉力矩由波浪引起的扭轉力矩:扭轉強度計算的必要性1、船舶大開口引起船舶抗扭剛度減小甲板開口船舶如下圖所示：扭轉強度計算的必要性扭轉強度計算的必要性

甲板面積嚴重損失，開口寬度b與船舶寬度B比值可達到80%。開口和閉口的自由扭轉慣性矩按下式計算開口慣性矩：閉口慣性矩：扭轉強度計算的必要性甲板面積嚴重損失，開口寬度b與船舶寬度B扭轉強度計算的必要性

開口后，扭轉慣性矩顯著降低。因此大開口船舶容易出現扭轉剛度不足發生扭轉變形破壞。2、提高扭轉剛度的結構措施扭轉強度計算的必要性開口后，扭轉慣性矩顯著降低。因此大開口船扭轉強度計算的必要性

扭轉強度計算的必要性扭轉強度計算的必要性

3、船體扭轉強度計算的方法與步驟

1）確定扭矩產生的原因，計算扭矩；

2）根據橫剖面結構的布置，確定扭轉剛度嚴重消弱的剖面，計算該剖面的船體抗扭慣性矩；

3）計算扭轉剪應力計算模型：船體梁模型，按照總強度第一次總彎曲應力的計算方法，將船體簡化為梁模型，計算剖面的抗扭特性。扭轉強度計算的必要性作用在船體上的扭轉外力

船舶斜浪航行引起的扭轉力矩

計算假定：不考慮波浪的動效應，計算結果為靜波浪扭矩。波長與船長之間關系為：作用在船體上的扭轉外力波長與船長之間關系為：作用在船體上的扭轉外力

圖4-1.船舶斜浪航行受力圖作用在船體上的扭轉外力圖4-1.船舶斜浪航行受力圖作用在船體上的扭轉外力

1、垂向力引起的扭矩前體浮心距離中縱剖面為e,排水量為V；后體浮心距離中縱剖面為e。在船中的扭矩為::前體排水量。單位長度扭矩的計算：考慮單位船長，重力作用線通過中縱剖面，但是浮力的作用線離開中縱剖面為距離e,如下圖作用在船體上的扭轉外力1、垂向力引起的扭矩:前體排水量。作用在船體上的扭轉外力

圖單位長度浮力作用線偏離中縱剖面作用在船體上的扭轉外力圖單位長度浮力作用線偏離中縱剖面作用在船體上的扭轉外力

單位長度的扭矩為：單位長度船舶浮力作用線到中縱剖面的距離；：單位長度的浮力：單位長度的扭矩。計算斜浪航行的波浪扭矩關鍵是計算每個橫剖面上的波面線,即確定波面與橫剖面的交線。作用在船體上的扭轉外力單位長度的扭矩為：單位長度船舶浮力作用作用在船體上的扭轉外力

尾端點為自由端，扭矩等于零。則距離尾端點首端點扭矩為零，即船舶的扭矩曲線和分布扭矩曲線為：作用在船體上的扭轉外力尾端點為自由端，扭矩等于零。則距離尾端作用在船體上的扭轉外力

圖波浪扭矩曲線的和分布扭矩曲線作用在船體上的扭轉外力圖波浪扭矩曲線的和分布扭矩曲線作用在船體上的扭轉外力

扭矩曲線的斜率等于分布扭矩曲線：作用在船體上的扭轉外力扭矩曲線的斜率等于分布扭矩曲線：作用在船體上的扭轉外力

大開口船舶水平力引起的扭矩

由于扭轉中心離開重心G較遠，扭轉中心在橫剖面結構的下方，水平力：兩舷壓力差引起水平扭矩，如下圖:微段上壓力差的合力作用中心；：作用中心線到扭轉中心的距離。水平力引起的單位長度的扭矩為：作用在船體上的扭轉外力:微段上壓力差的合力作用中心；作用在船體上的扭轉外力

圖4-4.吃水不對稱引起的壓力差作用在船體上的扭轉外力圖4-4.吃水不對稱引起的壓力差作用在船體上的扭轉外力

單位長度的總扭矩為垂向力單位長度扭矩和水平力單位長度扭矩疊加，即單位長度扭矩=作用在船體上的扭轉外力單位長度的總扭矩為垂向力單位長度扭矩1、波的方向和船舶前進方向角度一定時，扭矩隨船的前進速度稍有增加。2、波高一定時，有效波長和船長相等時，船的方向和波的方向間夾角A在0-60度范圍內，扭矩大致與A成比例增加。3、扭矩一般比彎矩小，通常不超過同一狀態下彎矩的10%，但在橫搖時扭矩將增加。4、斜浪中船舶動扭矩大約為同一狀態下的靜扭矩的1/3.1、波的方向和船舶前進方向角度一定時，扭矩隨船的前進速度稍有作用在船體上的扭轉外力船舶傾斜產生的扭矩(貨物引起的扭矩)

船舶傾斜由于裝載不對稱引起，船舶在航行過程中，由于風浪作用船舶發生劇烈運動，貨物移動，導致裝載不對稱引起船舶出現傾角，船舶在有橫傾角的狀態保持平衡狀態：即全船重量=排水量，橫傾力矩=復原力矩。產生扭矩的原因：雖然總體上船舶滿足平衡狀態，但是單位長度上傾斜力矩與復原力矩不相等，其存在差額，該差額引起扭矩。作用在船體上的扭轉外力船舶傾斜產生的扭矩(貨物引船舶傾斜引起的扭矩

圖.船舶傾斜后重力作用線到浮力作用線的距離e船舶傾斜引起的扭矩圖.船舶傾斜后重力作用線到浮力作用線的船舶傾斜引起的扭矩

:船舶傾斜后的復原力矩,:船舶單位長度的排水量;:單位長度上浮力作用線到重力作用線的距離。船舶傾斜引起的扭矩:船舶傾斜后的復原力矩,:船舶單位長度的排傾斜扭矩通常比波浪引起的扭矩要小得多，一般不予計算，只對內河船、駁船和浮吊等有時才考慮。傾斜扭矩通常比波浪引起的扭矩要小得多，一般不予計算，只對內河船舶搖擺引起的扭矩 船舶搖擺引起的扭矩

船舶在波浪上橫搖時，橫搖加速度引起慣性力，產生扭矩。船舶搖擺引起的扭矩船舶搖擺引起的扭矩

圖橫搖運動產生的慣性力：離心力和切向力船舶搖擺引起的扭矩圖橫搖運動產生的慣性力：離心力和切向船舶搖擺引起的扭矩

扭轉軸：通過全船重心的縱軸。1、離心力對于扭轉軸的回轉力矩=02、切向慣性力對于扭轉軸的傾斜力矩：橫搖加速度引起的單位長度的傾斜力矩船舶搖擺引起的扭矩扭轉軸：通過全船重心的縱軸。：橫搖加速度引船舶搖擺引起的扭矩

單位長度整個剖面質量對于扭轉軸的質量慣性矩。3、船舶傾斜角時，浮力作用產生的復原力矩船舶傾斜角時，浮力作用產生復原力矩c和傾斜力矩k在單位長度上是不相等的，其差值（k-c）引起單位長度的扭矩。距離尾端x處剖面上的扭矩為：船舶搖擺引起的扭矩單位長度整個剖面質量對于扭轉軸的質量慣性矩船舶搖擺引起的扭矩

4、扭矩曲線的特點尾端扭矩=0首端扭矩為：船舶靜水中橫搖的運動方程為:船舶搖擺引起的扭矩4、扭矩曲線的特點船舶靜水中橫搖的運動方程船舶搖擺引起的扭矩

GM為初穩性高，M為橫穩心；G重心；I全船的極慣性矩。傾斜力矩復原力矩船舶搖擺引起的扭矩GM為初穩性高，M為橫穩心；G重心；I全船船舶搖擺引起的扭矩

全船轉動平衡條件，得：即橫搖扭矩曲線端部為零。船舶搖擺引起的扭矩全船轉動平衡條件，得：即橫搖扭矩曲線端部為船舶搖擺引起的扭矩

5、橫搖扭矩曲線的計算和繪制（1）計算單位長度剖面的慣性矩

（3）給定橫搖角，計算浮力引起的復原力矩c：（2）積分得當每個站段的轉動慣量得曲線2：曲線1曲線2曲線3船舶搖擺引起的扭矩5、橫搖扭矩曲線的計算和繪制（2）積分船舶搖擺引起的扭矩

曲線4：（4）積分得當每個站段的浮力引起的復原力矩：：在曲線的右端，船首部：（5）轉動慣量曲線2擴大，得到慣性力矩曲線船舶搖擺引起的扭矩曲線4：（4）積分得當每個站段的浮力引起的船舶搖擺引起的扭矩

曲線5=曲線2船舶搖擺引起的扭矩曲線5=曲線2船舶搖擺引起的扭矩

（6）橫搖扭矩為曲線5與曲線4之差：曲線6船舶搖擺引起的扭矩（6）橫搖扭矩為曲線5與曲線4之差：曲線6船舶搖擺引起的扭矩

結語:總橫搖慣性扭矩大約為斜浪波浪扭矩的30%，因此可在得到波浪扭矩后，引入系數1.3，放大波浪扭矩作為考慮橫搖慣性力的扭矩。船舶搖擺引起的扭矩結語:扭轉強度計算的標準狀態

(1)船體無橫傾;(2)航向角為45度;(3)取坦谷波,有效波長等于船長，波高等于-有效波長。（4）計算時，分別取波峰在船中和波谷在船中。扭轉強度計算的標準狀態-有效波長。（4）計算時，分別取波峰在小結

小結：（1）引起的扭矩的因素：斜浪扭矩：斜浪航行，前體和后體浮力分布反對稱，引起扭矩；貨物扭矩：貨物移動，引起船舶重心偏移，單位長度上，重量力矩和浮力力矩不完全相同，存在差額，該差額引起貨物扭矩；小結小結：波浪扭矩及貨物扭矩的實用(規范)公式

1、海船波浪扭矩及貨物扭矩公式通常，在校核大開口集裝箱船強度時都采用規范規定的外力和許用應力。我國《海船規范》和英國《勞氏規范》對船中剖面處的波浪扭矩規定按下式計算:波浪扭矩及貨物扭矩的實用(規范)公式貨物扭矩是集裝箱重量橫向分布不均、壓載不均或燃料等消耗物橫向分布不均所引起?！逗４幏丁芬幎ò聪率接嬎悖贺浳锱ぞ厥羌b箱重量橫向分布不均、壓載不均或燃料等消耗物橫內河船波浪扭超及貨物扭矩公式我國《內河集裝箱船建造與檢驗暫行規定》(1992)對內河船波浪扭矩規定如下:內河船波浪扭超及貨物扭矩公式內河集裝箱船由集裝箱、壓載或燃料等橫向分布不均引起的貨物扭矩按下式計算:(kN.m)式中符號意義同式(4.2.22)。MTC在船兩端為零，由兩端向船中直線分布。內河集裝箱船由集裝箱、壓載或燃料等橫向分布不均引起的貨物扭矩扭轉強度計算的必要性

橫搖扭矩：船舶橫搖運動的慣性力引起扭矩。（2）總扭矩：總扭矩=波浪扭矩+貨物扭矩+橫搖扭矩（3）斜浪扭矩占總扭矩的70%，如果貨物沒有偏移，則貨物扭矩為零，橫搖慣性力引起的扭矩占斜浪扭矩的30%。扭轉強度計算的必要性橫搖扭矩：船舶橫搖運動的慣性力引起扭矩普通船體的扭轉強度和剛性

船體是復雜的構造物，在考慮它的扭轉強度和剛性時，可以把它作為一個巨大的薄壁斷面桿件來處理。由于船體結構還隨著船舶種類而異，從對扭轉的彈性作用的觀點，根據有沒有甲板開口和開口大小，把他們分為兩類：一類就是幾乎沒有甲板開口的油船和具有普通艙口的貨船；另一類就是礦石船和集裝箱船，他們是在甲板上具有長大艙口的特殊專用船。這兩類船對扭矩的作用有顯著的不同。前者的船體構造屬于普通船體，后者的船構造屬于長大艙口的船體。普通船體的扭轉強度和剛性

船體是復雜的構造物1、自由扭轉圣維南扭矩1、自由扭轉圣維南扭矩2、自由扭轉式中是與開口剖面相似的剪應力；是沿單連域周邊均勻分布的剪應力，稱為布里特(Bredt)剪應力扭率2、自由扭轉式中是與開口剖面相似的剪應力；是沿單連3、約束扭轉雙力矩翹曲扭矩外扭矩3、約束扭轉雙力矩翹曲扭矩外扭矩，普通船體的扭轉剪應力一般是很小的，所以具有充分的扭轉強度。以上的計算是把船體剖面作為沒有開口的閉式剖面的，實際的船是有艙口的，他們的扭轉強度和剛性要降低一些。，普通船體的扭轉剪應力一般是很小的，所以具有充分的扭轉強度。一般船體約束扭轉理論概述一般船體約束扭轉理論概述

當薄壁梁同時發生彎曲和扭轉時，則正應力為

MY，IZZ—分別為對Y軸的彎矩和慣性矩；MZ,IYY—分別為對Z軸的彎矩和慣性矩。當薄壁梁同時發生彎曲和扭轉時，則正應力為MY，IZZ—

在船體梁扭轉中，特別感興趣的是翹曲正應力，扭轉剪應力一般很小。如要計算翹曲剪應力，可像普通粱彎曲理論中做的一樣來考慮。

閉口剖面部分，可假想地將各閉室切開來進行計算(見圖4-23(b））可以由切口處兩對應面的相對翹曲位移為零求得開口剖面部分(如圖4-23(a)的艙口部分）在船體梁扭轉中，特別感興趣的是翹曲正應力，扭轉剪剪力和扭矩同時作用時，總剪應力為QY,QZ分別為水平和垂直方向剪力剪力和扭矩同時作用時，總剪應力為QY,QZ分別為水平和垂大開