《船舶結(jié)構(gòu)與強(qiáng)設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)教案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《船舶結(jié)構(gòu)與強(qiáng)設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)教案（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、會(huì)計(jì)學(xué)1船舶結(jié)構(gòu)船舶結(jié)構(gòu)(jigu)與強(qiáng)設(shè)計(jì)與強(qiáng)設(shè)計(jì) 第一頁(yè)，共33頁(yè)。零件編號(hào)尺寸mm剖面積cm2距參考軸距離cm對(duì)參考軸一次矩cm3對(duì)參考軸二次矩cm4自身慣性矩cm411802036136361224201667.2231545.635548.89878.438002016045720032400053.3求和263.2-8781.6369528.5ABC總面積：A=263.2cm2對(duì)參考軸一次矩：B=8781.6cm3對(duì)參考軸二次矩：C=369463.2+65.3=369528.5cm4中性軸距參考軸：E=B/A=33.4cm對(duì)中性軸慣性矩：I=CA*E2=76532.7cm4對(duì)面板(
2、minbn)上表面剖面模數(shù)：W=I/E=2294cm3第1頁(yè)/共33頁(yè)第二頁(yè)，共33頁(yè)。如果不考慮面板和帶板自身(zshn)慣性矩65.3cm3，則C1=369463.2cm4I1=C1A*E2=76467.4cm4對(duì)面板上表面剖面模數(shù)：W1=I1/E=2292cm3中國(guó)規(guī)范公式：fsAaAfsadwW221610fsAaAfsadwW221610W=2287cm3，誤差(wch)7/2294=0.3%第2頁(yè)/共33頁(yè)第三頁(yè)，共33頁(yè)。3 應(yīng)力計(jì)算(j sun)如果梁彎矩M=275kNm, 剪力Q=380kN。最大彎曲應(yīng)力： 223120/12000229227500000mmNcmNcmNm
3、WM中和軸處腹板剪應(yīng)力最大。中和軸以上(yshng)剖面對(duì)中和軸靜矩：S=33.41.633.4/2+36(33.4+1)=892.4+1238.4=2130.8cm3中和軸處腹板剪應(yīng)力22/66/66126 . 17 .765328 .2130380000mmNcmNtISQ第3頁(yè)/共33頁(yè)第四頁(yè)，共33頁(yè)。作 業(yè) ： 梁 剖 面 如 圖 ， 梁 作 用 ( z u y n g ) 彎 矩M=150000Nm,列表計(jì)算剖面模數(shù)，計(jì)算面板上表面和帶板下表面彎曲應(yīng)力。第4頁(yè)/共33頁(yè)第五頁(yè)，共33頁(yè)。1.計(jì)算船體總強(qiáng)度(qingd)理論基礎(chǔ) 船舶航行在海上，重力和海水作用力沿船長(zhǎng)分布不一致，船體
4、將發(fā)生總縱彎曲變形。 由于總強(qiáng)度(qingd)計(jì)算把船體可看作一根梁，因此可采用梁理論，即船體剖面上彎曲應(yīng)力： WM 船體總強(qiáng)度理論很簡(jiǎn)單，關(guān)鍵(gunjin)要確定出作用在船體梁上的彎矩和船體梁的剖面模數(shù)。 第5頁(yè)/共33頁(yè)第六頁(yè)，共33頁(yè)。作用在船體梁上的彎矩： M = Ms + Mw 式中 M總彎矩； Ms靜水彎矩，與重力及其船長(zhǎng)分布有關(guān) Mw波浪(blng)彎矩，與波形范圍內(nèi)的船外形和波浪(blng)要素有關(guān)。船體剖面上的剪力： N = Ns + Nw Ns 靜水剪力 Nw波浪(blng)剪力第6頁(yè)/共33頁(yè)第七頁(yè)，共33頁(yè)。2.靜水剪力和彎矩計(jì)算(j sun) 船舶漂浮在靜水中，總體
5、上重力與浮力平衡(pnghng)，但二者分布不一致。 （1）載荷分布重力分布w(x)，浮力(fl)分布b(x)載荷分布：q(x)=w(x)b(x)載荷重力浮力(fl)（分布不是合力）船舶的重力分布和浮力(fl)分布如何計(jì)算？第7頁(yè)/共33頁(yè)第八頁(yè)，共33頁(yè)。（2）剪力曲線(qxin) dxxqxNx0（3）彎矩曲線(qxin) dxdxxqdxxNxMx xx0 00第8頁(yè)/共33頁(yè)第九頁(yè)，共33頁(yè)。靜水剪力和彎矩算例方駁長(zhǎng)80米，寬10米，深6米，空船在淡水中吃水3米。沿船長(zhǎng)(chunzhng)等分四個(gè)艙，中間兩艙各均勻裝載貨物400噸。畫出該裝載情況下載荷、剪力和彎矩曲線。空船重量(zhn
6、gling)：801032400t貨物重量(zhngling)：4002800t總重量：2400+8003200t浮力分布b(x):3200/8040t/m(0 x80)空船重量(zhngling)分布w1(x):2400/8030t/m(0 x80)貨物重量(zhngling)分布w2(x):400/2020t/m(20 x60)x-軸原點(diǎn)在船尾第9頁(yè)/共33頁(yè)第十頁(yè)，共33頁(yè)。剪力曲線(qxin) dxxqxNx0任一剖面剪力 = 端面(dunmin)到該斷面所有載荷之和 0m斷面(dunmin)：N(0)=0t20m斷面(dunmin)：N(20)=-1020=-200t40m斷面(du
7、nmin)：N(40)=-200+200=0t60m斷面(dunmin)：N(60)=0+200=200t80m斷面(dunmin)：N(80)=200200=0t載荷曲線 q(x)= w(x)b(x)每一計(jì)算站內(nèi)重力與浮力相減第10頁(yè)/共33頁(yè)第十一頁(yè)，共33頁(yè)。彎矩曲線(qxin) dxdxxqdxxNxMx xx0 00斷面彎矩 = 端面到該斷面所有(suyu)力矩之和（力矩符號(hào)規(guī)定:順時(shí)針為正,彎矩中拱為正，從右端算起） 第11頁(yè)/共33頁(yè)第十二頁(yè)，共33頁(yè)。0m斷面(dunmin)：M(0)=0t.m10m斷面(dunmin)：M(10)=500t.m20m斷面(dunmin)：M(
8、20)=2000t.m30m斷面(dunmin)：M(30)=3500t.m40m斷面(dunmin)：M(40)=4000t.m50m斷面(dunmin)：M(50)=3500t.m60m斷面(dunmin)：M(60)=2000t.m70m斷面(dunmin)：M(70)=500t.m80m斷面(dunmin)：M(80)=0t.m第12頁(yè)/共33頁(yè)第十三頁(yè)，共33頁(yè)。3. 3. 實(shí)際實(shí)際(shj)(shj)重量曲線計(jì)算重量曲線計(jì)算 重量曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，全船重量沿船長(zhǎng)的分重量曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，全船重量沿船長(zhǎng)的分布曲線。布曲線。 通常將船舶重量按通常將船舶重量按2020
9、站分布，按每站內(nèi)均布重量做出階站分布，按每站內(nèi)均布重量做出階梯形重量曲線。梯形重量曲線。 （見(jiàn)教材圖（見(jiàn)教材圖1-31-3，P6P6） 船舶重量由許多項(xiàng)組成。船舶重量由許多項(xiàng)組成。繪制重量曲線原則：繪制重量曲線原則： 每一項(xiàng)重量的重心在船長(zhǎng)方向坐標(biāo)不變，其分布范圍與每一項(xiàng)重量的重心在船長(zhǎng)方向坐標(biāo)不變，其分布范圍與實(shí)際實(shí)際(shj)(shj)大體相符，每站內(nèi)重量均布。把每一站內(nèi)所有重大體相符，每站內(nèi)重量均布。把每一站內(nèi)所有重量相加，得到全船重量曲線。量相加，得到全船重量曲線。 全船重量曲線所代表的重量等于全船重量，重心坐標(biāo)與全船重量曲線所代表的重量等于全船重量，重心坐標(biāo)與實(shí)際實(shí)際(shj)(sh
10、j)重心坐標(biāo)相符。重心坐標(biāo)相符。第13頁(yè)/共33頁(yè)第十四頁(yè)，共33頁(yè)。 重量曲線舉例梯形法近似表示船體(chun t)和舾裝重量 已知總重量W, 重心據(jù)船中xg，假定梯形分布，梯形面積等于W, 梯形面積形心縱坐標(biāo)與重心一致，并且b=1.195，解出a和c。 第14頁(yè)/共33頁(yè)第十五頁(yè)，共33頁(yè)。 分布(fnb)在兩站內(nèi)重量 P1 + P2 = P 0.5 (P1P2)L = P*a第15頁(yè)/共33頁(yè)第十六頁(yè)，共33頁(yè)。分布在三站內(nèi)重量只有兩個(gè)(lin)平衡條件，假定兩站重量分不相同。把所有(suyu)重量分配完后，在相應(yīng)站內(nèi)向加，得全船重量曲線。 最終重量曲線所代表的重量等于全船重量，重心坐標(biāo)
11、與實(shí)際重心坐標(biāo)相符。第16頁(yè)/共33頁(yè)第十七頁(yè)，共33頁(yè)。4.實(shí)際浮力曲線計(jì)算實(shí)際浮力曲線計(jì)算浮力曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，浮力沿船長(zhǎng)浮力曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，浮力沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線。分布狀況的曲線。如何如何(rh)計(jì)算浮力沿船長(zhǎng)分布？計(jì)算浮力沿船長(zhǎng)分布？邦戎曲線的作用：見(jiàn)教材圖邦戎曲線的作用：見(jiàn)教材圖1-9，P9知道水線位置可從邦戎曲線上查出個(gè)站橫剖面浸知道水線位置可從邦戎曲線上查出個(gè)站橫剖面浸水面積，進(jìn)而求出浮力。水面積，進(jìn)而求出浮力。第17頁(yè)/共33頁(yè)第十八頁(yè)，共33頁(yè)。 為了計(jì)算浮力，首先應(yīng)確定水線位置，即首尾吃水，縱傾調(diào)整計(jì)算。 準(zhǔn)確的水線位置應(yīng)使浮力等于(dngy)船舶總
12、重量，浮心縱坐標(biāo)與重心坐標(biāo)一致。 最后得到浮力在各站的分布（均布）也是階梯形曲線。 第18頁(yè)/共33頁(yè)第十九頁(yè)，共33頁(yè)。5.實(shí)際載荷曲線計(jì)算實(shí)際載荷曲線計(jì)算載荷曲線：載荷曲線： q(x) = w (x)b(x) 實(shí)際計(jì)算是各站內(nèi)重量與浮力對(duì)應(yīng)相減，當(dāng)實(shí)際計(jì)算是各站內(nèi)重量與浮力對(duì)應(yīng)相減，當(dāng)w (x)b(x)時(shí)，時(shí)，q(x)為正值（人為規(guī)定）。為正值（人為規(guī)定）。載荷曲線性質(zhì)：載荷曲線與橫軸之間包含面積之和為載荷曲線性質(zhì)：載荷曲線與橫軸之間包含面積之和為零，面積對(duì)縱軸上任零，面積對(duì)縱軸上任(shng rn)一點(diǎn)力矩等于零。一點(diǎn)力矩等于零。第19頁(yè)/共33頁(yè)第二十頁(yè)，共33頁(yè)。6.剪力彎矩曲線計(jì)算
13、剪力彎矩曲線計(jì)算 載荷載荷(zi h)曲線一次積分的剪力曲線，二次計(jì)分曲線一次積分的剪力曲線，二次計(jì)分得彎矩曲線：得彎矩曲線： dxqxNx0 dxdxqdxxNxMx xx0 00 實(shí)際計(jì)算采用梯形積分法，利用(lyng)表格計(jì)算。見(jiàn)表1-2。 第20頁(yè)/共33頁(yè)第二十一頁(yè)，共33頁(yè)。中國(guó)船級(jí)社鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范規(guī)定: 在計(jì)算靜水彎矩和靜水切力時(shí)，向下的載荷取為正值，向上(xingshng)的載荷取為負(fù)值，從尾端向船首沿船長(zhǎng)積分。靜水彎矩和靜水切力的符號(hào)( 正、負(fù)) 規(guī)定見(jiàn)圖。中拱彎曲為正。第21頁(yè)/共33頁(yè)第二十二頁(yè)，共33頁(yè)。7.7.靜水剪力和彎矩計(jì)算步驟靜水剪力和彎矩計(jì)算步驟 指定
14、裝載狀態(tài)指定裝載狀態(tài): :民船滿載、壓載等民船滿載、壓載等 重量曲線重量曲線(qxin)(qxin) 將各項(xiàng)重量按其范圍分布在將各項(xiàng)重量按其范圍分布在2020站或更小間距內(nèi)。站或更小間距內(nèi)。 浮力曲線浮力曲線(qxin)(qxin) 給定裝載狀態(tài)確定船舶浮態(tài)給定裝載狀態(tài)確定船舶浮態(tài)水線位置水線位置 根據(jù)邦戎曲線根據(jù)邦戎曲線(qxin)(qxin)確定浮力在確定浮力在2020站或更小間距站或更小間距內(nèi)分布內(nèi)分布 （重量和浮力分布間距必須一致）（重量和浮力分布間距必須一致） 剪力和彎矩計(jì)算剪力和彎矩計(jì)算梯形積分梯形積分 靜水剪力和彎矩計(jì)算需要資料：空船重量及重靜水剪力和彎矩計(jì)算需要資料：空船重量及
15、重心位置、貨物重量、分布及重心、油水重量及重心、分心位置、貨物重量、分布及重心、油水重量及重心、分布及重心、邦戎曲線布及重心、邦戎曲線(qxin)(qxin)、靜水力曲線、靜水力曲線(qxin)(qxin)。第22頁(yè)/共33頁(yè)第二十三頁(yè)，共33頁(yè)。8.8.靜水剪力和彎矩分布特點(diǎn)靜水剪力和彎矩分布特點(diǎn) 首尾端剪力和彎矩為零；首尾端剪力和彎矩為零； 彎矩最大值一般在船中；彎矩最大值一般在船中； 剪力最大值一般在距首尾端剪力最大值一般在距首尾端1/41/4船長(zhǎng)；船長(zhǎng)； 船型和吃水已定，靜水剪力和彎矩最大值取決重船型和吃水已定，靜水剪力和彎矩最大值取決重力沿船長(zhǎng)分布。力沿船長(zhǎng)分布。 重力分布沿船長(zhǎng)分布
16、越均勻重力分布沿船長(zhǎng)分布越均勻(jnyn)(jnyn)，剪力和彎矩，剪力和彎矩值小。值小。 設(shè)計(jì)和使用船時(shí)，應(yīng)盡可能使重力分布與浮力分布設(shè)計(jì)和使用船時(shí)，應(yīng)盡可能使重力分布與浮力分布一致（沿船長(zhǎng)方向）。一致（沿船長(zhǎng)方向）。第23頁(yè)/共33頁(yè)第二十四頁(yè)，共33頁(yè)。船舶在海上航行，總彎矩為：M=Ms+Mw波浪附加彎矩（或簡(jiǎn)稱波浪彎矩）的計(jì)算最為復(fù)雜，有多種計(jì)算方法，如靜置波浪理論、動(dòng)置波浪理論和隨機(jī)波浪載荷理論等。靜置波浪法：假定船舶靜置在波浪上或波速與船速相同，根據(jù)(gnj)船舶重力和靜置在波浪上的浮力分布確定船舶所受的載荷、剪力和彎矩。船舶一般按規(guī)范設(shè)計(jì)，規(guī)范規(guī)定了波浪彎矩和切（剪）力計(jì)算方法。
17、第24頁(yè)/共33頁(yè)第二十五頁(yè)，共33頁(yè)。1. 規(guī)范(gufn)波浪彎矩和剪力公式 中 國(guó) 船 級(jí) 社 鋼 質(zhì) 海 船 入 級(jí) 與 建 造 規(guī) 范(gufn)的波浪彎矩和切力(剪力)計(jì)算公式，波浪彎矩和剪力與船長(zhǎng)、船寬方型系數(shù)有關(guān)。（1）波浪彎矩 3210190bWBCMCLM中拱波浪(blng)彎矩kN.m中垂波浪(blng)彎矩 10)7 . 0(1102bWCBMCLMkN.m式中：M彎矩分布系數(shù)；L船長(zhǎng)，m；B船寬，m；Cb方形系數(shù);C系數(shù),C0.0412L4L90mC10.75(30.01L)1.590L300m第25頁(yè)/共33頁(yè)第二十六頁(yè)，共33頁(yè)。第26頁(yè)/共33頁(yè)第二十七頁(yè)，共3
18、3頁(yè)。(2)船體(chunt)梁切力(剪力)中拱波浪(blng)切力 2110)7 . 0(30bWCCLBFF中垂波浪(blng)切力 2210)7 . 0(30bWCCLBFFkNkN切力分布系數(shù)F1和F2見(jiàn)圖。注意：按規(guī)范公式計(jì)算，單位一定要與規(guī)范規(guī)定一致，結(jié)果才能是規(guī)范規(guī)定的單位，如，彎矩是kN.m，切力是kN。 第27頁(yè)/共33頁(yè)第二十八頁(yè)，共33頁(yè)。2. 2. 靜置波浪法計(jì)算波浪彎矩靜置波浪法計(jì)算波浪彎矩 將船舶靜置在波浪上，求出總縱彎曲力矩以及相應(yīng)將船舶靜置在波浪上，求出總縱彎曲力矩以及相應(yīng)的總縱彎曲應(yīng)力，并將它與許用應(yīng)力進(jìn)行比較以判定船體的總縱彎曲應(yīng)力，并將它與許用應(yīng)力進(jìn)行比較
19、以判定船體的強(qiáng)度，是軍船船體總縱強(qiáng)度計(jì)算中的主要方法。的強(qiáng)度，是軍船船體總縱強(qiáng)度計(jì)算中的主要方法。 艦船通用規(guī)范采用靜置波浪法計(jì)算波浪彎矩。艦船通用規(guī)范采用靜置波浪法計(jì)算波浪彎矩。所謂將船靜置在波浪上，就是假想船舶以波速在波浪的前所謂將船靜置在波浪上，就是假想船舶以波速在波浪的前進(jìn)方向上航行，此時(shí)船體與波的相對(duì)速度為零，此時(shí)水面進(jìn)方向上航行，此時(shí)船體與波的相對(duì)速度為零，此時(shí)水面不是平面，而是具有不是平面，而是具有(jyu)(jyu)波形的曲面。這樣就可以認(rèn)波形的曲面。這樣就可以認(rèn)為，船體是在重力和浮力作用下靜平衡于波浪上的一根梁為，船體是在重力和浮力作用下靜平衡于波浪上的一根梁。由于重力和浮力
20、沿船長(zhǎng)的分布規(guī)律并不一致，相對(duì)靜水。由于重力和浮力沿船長(zhǎng)的分布規(guī)律并不一致，相對(duì)靜水彎矩和剪力產(chǎn)生附加波浪彎矩和剪力。彎矩和剪力產(chǎn)生附加波浪彎矩和剪力。 第28頁(yè)/共33頁(yè)第二十九頁(yè)，共33頁(yè)。2. 靜置波浪靜置波浪(blng)法計(jì)算法計(jì)算波浪波浪(blng)彎矩彎矩（1）波形）波形坦谷波坦谷波波形為坦谷波，波長(zhǎng)(bchng)等于船長(zhǎng)（設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)），波高隨船長(zhǎng)變化。比如(br)，L=130m，h=6.5m, 一般波高約為船長(zhǎng)二十分之一。 10030. 010094. 375. 1LLh第29頁(yè)/共33頁(yè)第三十頁(yè)，共33頁(yè)。（2）船與波浪相對(duì)(xingdu)位置波峰在船中波谷在船中這兩種情況分別
21、有可能在船中產(chǎn)生最大中拱和中垂彎矩。第30頁(yè)/共33頁(yè)第三十一頁(yè)，共33頁(yè)。（3）波浪彎矩計(jì)算船舶(chunb)靜置在波浪上，波浪浮力分布bw(x)。由于船舶(chunb)吃水變化，引起浮力分布改變，與靜水浮力分布bs(x)相比，波浪中浮力改變量為:b(x)bw(x)bs(x)第31頁(yè)/共33頁(yè)第三十二頁(yè)，共33頁(yè)。 波浪(blng)上船舶的重量及其分布并沒(méi)有改變，波浪(blng)彎矩和剪力僅僅是由波浪(blng)中浮力改變量b(x)引起的。 dxdxxbdxxNxMdxxbxNx xxWwxw0 000實(shí)際計(jì)算也是采用表格(biog)計(jì)算，見(jiàn)表1-6?，F(xiàn)在多通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算。波浪剪力和彎矩計(jì)算需要資料：船舶總重量及重心位置、邦戎曲線、靜水力曲線。第32頁(yè)/共33頁(yè)第三十三頁(yè)，共33頁(yè)。
船舶結(jié)構(gòu)與強(qiáng)設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)教案
