船体局部强度计算

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,船体强度与结构设计,天津大学建筑工程学院船舶工程系,第三章 船体结构局部强度计算,局部强度：指局部结构抵抗局部载荷而不破坏的能力。,局部载荷：仓室货物、甲板上浪、设备重量及设备运转载荷，舷外水压力等。,局部结构：甲板板架、船底板架、肋骨框架、仓壁结构、板格、纵骨、横梁等。,本章介绍船舶局部强度计算的有关内容,:,(1),建立模型,;(2),载荷计算,;(3),简化计算方法,;(4),有限单元法问题。,3.1,局部强度计算的力学模型,力学模型：,反映结构的实际,受力特点,和,变形特征,而又便于计算的简化的结构系统，称为力学模型或计算模型。,3.1.1,建立力学模型的原则,（,1,）计算方法,手工计算：则模型应该简化较大；,计算机求解：则可取复杂的计算模型,（,2,）结构的重要性,破坏后果严重的船舶，直接或间接损失大的船舶，则应考虑较复杂的计算模型；,（,3,）设计阶段,方案设计阶段：技术资料不全，则模型可取简单；在详细设计阶段，应该取复杂的计算模型，尽量反映结构的实际。,3.1.2,力学模型尺寸的确定,1,、板架模型尺寸：纵向取横仓壁之间的距离，宽度方向取两舷,肋骨中和轴,与横向构件中和轴的交点。,图、横向框架确定,2,、肋骨框架尺寸,模型尺寸的起始位置：取肋板中和轴与肋骨中和轴的交点，甲板取肋骨中和轴与横梁中和轴的交点。,3.1.3,结构边界约束条件,1,、常见支座形式的表示方法,（,1,）自由支持支座：,（,2,）刚性固定：,（,3,）弹性支座：,（,4,）弹性固定支座：,（,5,）滑动支座：,2,、局部结构支座的确定,（,1,）纵骨边界条件,图、船底纵骨强度计算模型,边界条件：单跨纵骨两端刚性固定。,甲板纵骨稳定性计算边界约束：,图、甲板纵骨变形及约束条件,边界条件,:,稳定性分析时两端自由支持。,（,2,）舷侧肋骨上下约束条件,图、舷侧肋骨变形及约束条件,两端简支梁,端部,2,施加单位力矩时,引起的端部,2,转角为,:,抗转刚度为,无甲板载荷，无载荷跨简化为受载荷结构的约束。甲板横梁给肋骨提供弹性抗转约束,抗转刚度系数为,抗转刚度为：,（,3,）多跨梁：无载荷跨转化为受载跨的约束,单位长度的惯性矩,称为线刚度。,线刚度,图、多跨梁简化图,（,4,）板架边界条件,多跨梁：无载荷跨转化为受载跨的约束,1,）仓壁处：一般为刚性固定,2,）舷侧：自由支持,（,5,）板架构件之间的相互支持关系：交叉构件与主向梁,，,I,，,i,假定交叉构件（长构件）支持主向梁，单位面积载荷为,q,。,k,点的位移为,R,R,k,k,交叉构件,l,L,主向梁,短梁中点,k:,短梁支持载荷,长梁中点,k,：,长梁支持载荷：,则,支反力,R,为：,长梁支持短梁,短梁支持长梁,当,长梁支持短梁的最大支持力：,因为支持关系由 决定，调整比值 ，可以改变支持关系。相互支持条件为,交叉构件的计算模型为：,3.1.4,结构模型化的处理,（,1,）利用对称性,（,2,）等效刚度的利用,3.1.5,载荷模型,1,、载荷的确定原则,（,1,）确定载荷的大小及性质：动力、静力、常规、偶然作用,（,2,）载荷作用在哪些构件上,（,3,）载荷的组合,横梁,纵桁,2,、不同结构部位的载荷：,（,1,）甲板载荷：甲板货物、甲板上浪,（,2,）仓内载荷：载货和船底水压力组合,（,3,）舷侧水压力：吃水加上半波高,d-,吃水，,h,B,-,波高。,3,、结构构件的几何抗弯特性计算：带板宽度,带板,带板,CCS,关于带板面积规定：,纵骨：,l,：,构件跨度，,b:,纵骨间距；肋板：构件跨度，,b,为肋距。,3.3.2,甲板结构强度计算,载荷确定：规范中规定的计算压头,纵桁带板宽度：,p,设计载荷，不小于,8.5kPa,甲板构件计算。对于露天甲板，横梁剖面模数,W,按照下式计算,B,船舶型宽；,s,横梁间距；,h,计算压头；,l,横梁跨度,。,1,、具有舱口的甲板板架强度计算,横仓壁,舱口纵桁力学模型,舱口端梁力学模型：,1,）纵桁处刚性固定：载荷对称，结构对称，转角为零；,2,）舷侧位移为零，转角不为零。,3,）承受载荷为来自纵桁的反力,R,。,舱口纵桁力学模型：,1,）横舱壁处刚性固定,2,）舱口强横梁自由支持纵桁,3,）承受均布载荷,图、仓口甲板结构,仓口区强横梁,舱口短纵桁,仓口纵桁,舱口纵桁载荷：纵桁支撑宽度：,（中纵剖面有半舱壁时）,舱口区强横梁计算模型：,强横梁剖面，肋骨也为强肋骨，互相约束转角。故强横梁舷侧为弹性固定约束，纵桁对其提供自由自持。,图、强横梁计算模型,3.4,结构强度有限元计算,3.4.1,计算原理,3.4.2,有限元计算奇异性处理,刚度矩阵的奇异性：,指有限元计算时，由于单元的处理不当或者边界约束处理不合理，使结构总体刚度矩阵行列式的值为零，从而导致结构位移趋于无限大,引起计算失败。,1,、外部奇异性处理：排除刚体位移,图、矩形框接结构奇异性的解决方案问题,施加外部约束,施加内部约束,图、共面节点,2,、内部奇异性处理：局部奇异性处理,共面节点：当数个杆件在平面内一点相交时，称为共面节点。,共面节点法向如果没有刚度贡献，则引起刚度矩阵的奇异性。,A,为共面节点,B,节点法向没有刚度贡献,3.5,实际工程算例,以沿海多用途甲板驳船为例介绍。,1,、甲板板架强度计算,（,1,）计算方案,甲板载荷：,5,吨,/,每平方米,甲板驳船,图、结构坐标系,（,2,）计算步骤,1,）结构离散及载荷处理,图、甲板板架计算模型及结构离散,(3),计算结果及结论,货物重为,5,吨,/,平方米，均匀分布在板面上。立柱底部简支，板四周刚性固定，纵向构件在舱壁处刚性固定，纵舱壁简化为纵向构件的自由支持。结构整体变形下图：,图、无履带吊甲板结构变形图,图、甲板变形分布图,图、甲板应力分布图,