Простейшее структурное описание корабля заключается в том, что его корпус представляет собой балку, предназначенную для поддержки многочисленных грузов, которые на него опираются (включая собственный вес), для сопротивления местным силам, создаваемым сосредоточенными грузами и местными силами плавучести, а также для сопротивления нескольким динамическим силам, которые почти наверняка возникнут. Как и в любой другой конструкции, напряжения во всех точках должны оставаться ниже пределов, допустимых для данного строительного материала. Аналогичным образом, прогибы, как местные, так и общие, должны находиться в безопасных пределах.
В давно излюбленном применении теории балок к проектированию корпуса корабля предполагается, что корабль опирается на квазистационарную волну (т.е. не движущуюся относительно корабля) длиной, равной длине корабля, и высотой в одну двадцатую от этой длины. Считается, что судно опирается на гребни волн, расположенные на носу или корме, или на один гребень на середине длины. Длина корпуса делится на 20 сегментов, и веса и силы плавучести в каждом сегменте тщательно подсчитываются. Разница между суммой всех весов и суммой всех плавучих сил в каждом сегменте рассматривается как нагрузка, равномерно приложенная к сегменту. Затем 20 нагрузок строятся как функция положения вдоль корпуса, и полученная кривая интегрируется по всей длине судна, чтобы получить так называемую кривую сдвига. В свою очередь, кривая сдвига интегрируется по длине, чтобы получить кривую изгибающего момента — кривую, которая обычно имеет свой максимум около середины длины. Значение изгибающего напряжения можно получить, разделив максимальный изгибающий момент на модуль сечения балки корпуса, который рассчитывается по детальному структурному плану. Для защиты от пренебрегаемых в анализе нагрузок, таких как динамические волновые нагрузки, в расчетах используются значительные проектные запасы.
Примерно с 1990 года квазистатический подход к волновой нагрузке, описанный выше, был признан неточным. Предпочтительным стало определение изгибающего момента для неподвижной воды (т.е. ровной поверхности моря), а затем добавление к нему изгибающего момента для волн, найденного по эмпирической формуле и основанного только на размерах и пропорциях судна. Коэффициенты в формуле основаны на данных, полученных в результате измерений в море и испытаний структурных моделей; в результате было установлено, что формула дает предсказания, которые, как представляется, находятся в удовлетворительном согласии с реальностью. Формула опубликована в правилах классификационных обществ, регулирующих проектирование коммерческих судов.
Тем не менее, хотя единая формула может хорошо подходить для судов типичной конфигурации в морских условиях, встречающихся при типичной эксплуатации, ее недостаточно для всех судов во всех обстоятельствах. По этой причине продолжаются исследования взаимодействия между морем и плавучими сооружениями. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность рассчитать нагрузку, возникающую в результате любого взаимодействия между морем и плавучим объектом. Задача сложная, поскольку аналитик должен уметь рассчитывать движение судна под воздействием волн, влияние волн на движение судна, а также плавучесть, демпфирование и инерционные силы. Такая задача была бы невозможна без обширных измерений на море и тестирования моделей, а также без использования крупных вычислительных ресурсов. Вычислительные ресурсы стали общедоступными в 1970-х годах и стимулировали усилия, которые, вероятно, будут продолжаться и в XXI веке.
Взаимодействие между волнами и корпусом судна также может происходить в динамическом режиме. Очевидный пример — столкновение движущейся волны с движущимся корпусом. Как правило, результаты такого удара не имеют большого значения, но хлопанье, которое может произойти в бурную погоду, когда нос судна вырывается из воды только для того, чтобы быстро вернуться в нее, может вызвать «биение» корпуса. Вибрирование — это вибрация корпуса с основной двухкодовой частотой. Она может создавать напряжения, сходные по величине с квазистатическими напряжениями при изгибе на волнах. Она также может вызвать очень высокие локальные напряжения вблизи места удара при входе в атмосферу.
Другая вибрация корпуса судна, вызванная волнами, которая может вызвать значительные напряжения, известна как пружинение. Причиной пружинения является резонанс между частотой столкновения с волной и частотой собственных колебаний корпуса судна. Шлепанья и, как следствие, кнута можно избежать, замедлив ход или изменив курс, но пружинения избежать сложнее из-за широкого диапазона частот, встречающихся в типичном состоянии моря. К счастью, пружинение не было выявлено в качестве причины какого-либо известного разрушения конструкции.
Адекватный расчет таких динамических сил и их последствий также требует больших вычислительных ресурсов, поэтому до 1980 года серьезных попыток не предпринималось. Был достигнут значительный прогресс, но методы все еще не вошли в стандартную практику проектирования.
Традиционная конструкция корпуса корабля состоит из киля, поперечных рам и поперечных палубных балок, соединяющих концы рам, — все это поддерживает относительно тонкую оболочку палубы, бортов и днища. Эта структурная схема, получившая распространение на европейских кораблях в Средние века, сохранилась и в эпоху стального судостроения. Однако у нее есть существенный недостаток: рамы и палубные балки ничего не дают для сопротивления продольному изгибу. Рамы, проходящие в продольном направлении, способствуют такому сопротивлению и, следовательно, позволяют использовать более тонкую обшивку. Такая схема каркаса наиболее предпочтительна в тех случаях, когда важна экономия веса. Однако продольные рамы требуют внутренней поперечной поддержки со стороны переборок и полотнищ — последние, по сути, являются частичными переборками, которые могут простираться всего на три-семь футов от корпуса. Это требование, очевидно, снижает весовое преимущество продольных рам, но не настолько, чтобы полностью свести его на нет. Полотняные рамы также имеют тот недостаток, что мешают некоторым видам использования внутреннего пространства, и, как следствие, на многих судах по-прежнему используется простая поперечная система обрамления.
