第一章 船舶结构强度与结构设计课件（使用

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,*,单击此处编辑母版标题样式,L o g o,船舶强度与结构设计,第一章 船舶静置在波浪上的外力计算,本节内容,概述,1,静水弯矩计算,2,波浪附加弯矩计算,3,剪力和弯矩计算实例,4,whhit,概述,船舶在波浪上的变形特征于受力,静置：,1,）船舶与波浪相对速度为零；,2,）船体重力和浮力处于平衡状态。,1,、船舶在波浪上的受力与变形特征,2,、计算工况：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港（,10%,消耗品）,3,、船体产生弯矩和剪力的原因,4,、船体断面弯矩的组成：静水弯矩,+,波浪附加弯矩,whhit,中垂变形,(sagging),中拱变形,(hogging),船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。,船体受正弯矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。,whhit,d,M, d,M,：中垂变形,d,M, d,M,：中拱变形,d,M,d,M,：无拱垂变形,首尾平均吃水：,拱垂判定：,拱垂值：,利用吃水判定船舶的拱垂,whhit,概述,计算原理,总纵弯曲应力计算的基本原理,:,根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力。根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算：,式中：,M,计算剖面的总纵弯矩,I,剖面惯性矩,Z,距离中和轴的距离,whhit,概述,本书介绍的船体强度计算方法是标准计算方法，也是一种比较强度计算方法。为什么说是比较强度，不是真实强度？,比较强度与概率方法的比较。,whhit,静水弯矩计算,计算原理,总纵弯曲应力计算的基本原理,:,根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力。根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算：,式中：,M,计算剖面的总纵弯矩,I,剖面惯性矩,Z,距离中和轴的距离,whhit,静水弯矩计算,计算原理,静水弯矩：顾名思义，船舶静置在静水中产生的弯矩。,船舶正浮条件：,1,）重力浮力相等；,2,）重心浮心在同一铅垂线上。所以，弯矩计算可以进一步分为两部分：重力引起和浮力引起的。,whhit,静水弯矩计算,计算原理,基本计算公式,whhit,3,、负荷曲线（,Load curve,）,5,、弯矩曲线（,Bending moment curve,）,4,、剪力曲线（,Shear curve,）,1,、重量曲线,（,Weight curve,）,2,、浮力曲线（,Buoyancy curve,）,示例,实例,whhit,结论,whhit,5t,5t,d,X,X,O,B,A,C,D,O,B,A,C,D,O,B,A,C,D,0.5t/m,1t/m,1.5t/m,2.5t,-2.5t,12.5t.m,-,0.5t/m,0.5t/m,结论,whhit,剪力最大值,N,max,：,弯矩最大值,M,max,：,X,O,B,A,C,D,2.5t,-2.5t,12.5t.m,0.5t/m,位于距,首尾,L/4,剖面,的,中和轴,处；,位于,船中剖面,的,上甲板,处。,位于距,首尾,L/4,的剖面处；,位于,船中剖面,处。,剪应力最大值,max,：,弯曲应力最大值,max,：,whhit,静水弯矩计算,重量分布,重量分布曲线：表示船长方向单位长度上重量大小的曲线。,重量曲线的物理意义：面积等于全船重量，形心为船舶重心。,1,、船舶重量的分类,2,、重量的分配原则,重量不变，重心不变，范围不变，站距均布,whhit,静水弯矩计算,主体钢料及舾装分配（全船性重量分配）,1）梯形分布方法,单位长度重量，均布为,W,/L,，,平行舯体部分构件强大，重量集度大,，,因此，重量分布沿船长方向应该为中间集度大，向首尾逐渐减小。,图,1,、重量沿船长方向的分布,whhit,静水弯矩计算,系数,a，,b,，,c,的确定,方程的建立原则：面积=重量,面积形心=重心,提供两个方程，根据船舶的外形，丰满程度，补充第三,个条件确定系数b，则可确定系数a和c。重量等于面积,和形心等于重心得,whhit,静水弯矩计算,对于瘦形船舶，b=1.195,对于丰满 的船舶，b=1.174。得到如下确定a和c的公式,对肥型船舶，,b=1.174,，则,whhit,静水弯矩计算,局部性重量分配,1）分布在两个站距内的重量,whhit,静水弯矩计算,2）分布在三个站距内的重量,课后大家推导一下。,whhit,静水弯矩计算,分布在站外的重量处理,各站间重量叠加，得到各个站间的重量，如下图所示：,whhit,静水弯矩计算,浮力曲线,纵倾调整方法：解析法和逐步近似法。调整船舶在静水中的纵倾时，用逐步近似法比较方便。进行纵倾调整时，应具有,邦戎曲线、静水力曲线以及船舶重量重心,等资料。假定,:1),纵倾调整过程中,水线面面积,A,不变；,2,）漂心位置不变；,3,）不计船体变形的影响。,whhit,静水弯矩计算,whhit,如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置。,由型排水体积，查处,dm,计算排水体积、纵向坐标,漂心,、水线面面积,A,、纵稳心,M,半径、浮心高度和浮心纵向位置。,检查浮心的纵向位置和重心的纵向位置，精度,静水弯矩计算,whhit,第一次调整首尾吃水,使浮心向船首移动，增大首吃水 和减小尾吃水 。,图 第一次纵倾调整,whhit,假定纵倾角为 ，则首尾吃水为,使船首倾力矩为,使船尾倾力矩为,于是得,船舶纵摇平衡时,为小量。,whhit,由,da,和,d,f,在邦戎曲线上作出水线，,邦戎曲线,whhit,当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡，继续改变首尾吃水，进行调整。,第,2,次调整首尾吃水,比较排水体积和 ，比较 浮心纵向位置 和重心的纵向位置,whhit,如果,V,0,大于,V,1,，则船舶增加吃水，加大排水量；如果如果,V,0,小于,V,1,，则船舶减小吃水，减小排水量。,按照上述步骤进行，直至满足精度要求，表示船舶已经达到平衡状态。,whhit,静水弯矩计算,载荷曲线计算公式,剪力和弯矩曲线的特征,1,）首尾端剪力和弯矩为零；,2,）弯矩曲线上任意点的斜率，等于该剖面的剪力，因此弯矩最大剖面， 剪力为零 ；,3,）在,1/4,船长剖面，弯矩曲线出现拐点，该剖面剪力出现极大值。,whhit,波浪附加弯矩计算,关键：确定船舶在波浪中浮力的改变量,波浪附加弯矩的标准计算方法,1,、船舶与波浪的相对位置,两种遭遇状态：波峰在船中；波谷在船中。,2,、波浪参数的确定,（,1,）波形 ：二维坦谷波（,trochodal wave,）。,whhit,波浪附加弯矩计算,特点：波峰较陡，波谷平坦，关于波轴线上下不对称。,（2）波长,当船舶长度与波长的为何比例时，船舶受力较大？这是确定波长的原则。,图 船舶遭遇不同波长的波浪,whhit,波浪附加弯矩计算,引起较大载荷的波浪：1.1倍船长。,计算中，取波长等于船长，即,波浪附加弯矩的标准计算方法：,（,1,）船舶静置于波浪上，船舶航向与波浪传播方向相同；,（,2,）取二维坦谷波为波浪模型，取波长等于船长；,（,3,）船中分别位于波峰和波谷。,whhit,波浪附加弯矩计算,坦谷波形的绘制方法,在邦戎曲线上作出坦谷波形，得到各站吃水，便可以确定各个站的横剖面浸水面积。,取圆盘的半径为,R,，距离圆心的点,P0,，并且有,圆盘滚动一周，,P,0,点的轨迹，即为坦谷波形。,坦谷波形的方程为：,图中，圆心水平移动距离为 。,whhit,波浪附加弯矩计算,图 坦谷波形的形成,whhit,波浪附加弯矩计算,波浪中附加剪力和弯矩的计算公式,为波浪中平衡时的浮力曲线。,whhit,波浪附加弯矩计算,需要确定的一点是：船在波浪中平衡的位置。静水状态下可以确定水线的位置，波浪状态下水线是一条曲线，船体各部分吃水不同，且船尾、船首和船中形状不同，因此，有波浪状态下船需要调整才能平衡。麦卡尔方法：船侧自空载水线至满载水线间可以近似地当做直壁。适用条件：大型运输船舶，对于小船或军舰结果欠佳。解释？,whhit,波浪附加弯矩计算,史密斯修正原因：波面下的水压力不等于波浪表面下的静水压力。波峰附近小，波谷附近大。定义：对波浪浮力分布曲线的修正,whhit,剪力和弯矩计算实例,主要数据,参考资料,计算状态,波形和波浪参数的选择,弯矩剪力计算,计算机进行编程计算,whhit,