船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第4章)

1、船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第第4 4章章 型材剖面設(shè)計(jì)型材剖面設(shè)計(jì) Ship Strength and Structural Design Ship Strength and Structural Design目的目的設(shè)計(jì)構(gòu)成船體骨架系統(tǒng)的型材的剖面。設(shè)計(jì)構(gòu)成船體骨架系統(tǒng)的型材的剖面。要求要求掌握船體結(jié)構(gòu)中的型材及其作用，衡量型材剖掌握船體結(jié)構(gòu)中的型材及其作用，衡量型材剖面材料利用的指標(biāo)，型材剖面的強(qiáng)度要求及剖面材料利用的指標(biāo)，型材剖面的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算，型材的穩(wěn)定性計(jì)算，型材剖面設(shè)面要素計(jì)算，型材的穩(wěn)定性計(jì)算，型材剖面設(shè)計(jì)的基本概念。能夠完成船體骨架型材的設(shè)計(jì)。計(jì)的基本概念

2、。能夠完成船體骨架型材的設(shè)計(jì)。 Ship Strength and Structural Design 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算 4.3 型材的穩(wěn)定性型材的穩(wěn)定性計(jì)算計(jì)算 4.4 型材剖面設(shè)計(jì)型材剖面設(shè)計(jì) 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)船體結(jié)構(gòu)中的型材，型材剖面的利用系數(shù)，比面船體結(jié)構(gòu)中的型材，型材剖面的利

3、用系數(shù)，比面積的定義、計(jì)算和意義。積的定義、計(jì)算和意義。 Ship Strength and Structural Design船體結(jié)構(gòu)中的型材船體結(jié)構(gòu)中的型材在船體結(jié)構(gòu)中，加強(qiáng)船體鋼板的型材通常約占船在船體結(jié)構(gòu)中，加強(qiáng)船體鋼板的型材通常約占船體結(jié)構(gòu)鋼料的體結(jié)構(gòu)鋼料的30%左右，因此型材尺寸的合理選左右，因此型材尺寸的合理選擇，不僅對(duì)保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且對(duì)節(jié)約鋼材擇，不僅對(duì)保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且對(duì)節(jié)約鋼材都具有重要的意義。都具有重要的意義。在船體結(jié)構(gòu)中的型材大多是作為梁來使用的，根在船體結(jié)構(gòu)中的型材大多是作為梁來使用的，根據(jù)材料力學(xué)的知識(shí)，梁在變形時(shí)主要是承受彎矩?fù)?jù)材料力學(xué)的知識(shí)，梁在變形時(shí)

4、主要是承受彎矩和剪力，所以本章主要和剪力，所以本章主要討論型材承受彎矩和剪力討論型材承受彎矩和剪力時(shí)的強(qiáng)度特性時(shí)的強(qiáng)度特性；雖然在船體結(jié)構(gòu)中也有不少型材；雖然在船體結(jié)構(gòu)中也有不少型材可能承受拉伸或壓縮的作用，但這類型材的剖面可能承受拉伸或壓縮的作用，但這類型材的剖面設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而且已在材料力學(xué)中充分的討論設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而且已在材料力學(xué)中充分的討論過了。過了。Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積船體結(jié)構(gòu)中的型材大多由軋制型鋼、船體結(jié)構(gòu)中的型材大多由軋制型鋼、T型材或折型材或折邊鋼板等制成，并

5、與焊接的船體板形成組合梁，邊鋼板等制成，并與焊接的船體板形成組合梁，共同抵抗變形。軋制型鋼（扁鋼、角鋼、球扁鋼、共同抵抗變形。軋制型鋼（扁鋼、角鋼、球扁鋼、I型鋼、槽型鋼等）國家已批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需型鋼、槽型鋼等）國家已批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需按要求選擇型號(hào)。按要求選擇型號(hào)。T型材因?yàn)樽詈侠淼氖褂貌牧闲筒囊驗(yàn)樽詈侠淼氖褂貌牧隙玫阶罡叩膹?qiáng)度，并且能夠使結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，而得到最高的強(qiáng)度，并且能夠使結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，因此在船體結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。因此在船體結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。 Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利

6、用系數(shù)和比面積衡量型材剖面材料利用的指標(biāo)衡量型材剖面材料利用的指標(biāo)型材剖面設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：型材剖面設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：（1）具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；）具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；（2）盡可能符合生產(chǎn)與工藝方面的要求，例如）盡可能符合生產(chǎn)與工藝方面的要求，例如制造簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量高；制造簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量高；（3）滿足特殊結(jié)構(gòu)和營運(yùn)使用的要求，例如為）滿足特殊結(jié)構(gòu)和營運(yùn)使用的要求，例如為保證貨艙容積而對(duì)型材剖面高度的限制；保證貨艙容積而對(duì)型材剖面高度的限制；（4）剖面內(nèi)材料分布合理，使型材重量最輕。）剖面內(nèi)材料分布合理，使型材重量最輕。衡量型材剖面內(nèi)材料分布合理程度的指標(biāo)有：衡量型材剖面內(nèi)

7、材料分布合理程度的指標(biāo)有：剖剖面利用系數(shù)面利用系數(shù)和和比面積比面積。 Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲的強(qiáng)度特性型材剖面抵抗彎曲的強(qiáng)度特性要求型材剖面在給定的彎矩作用下具有足夠的強(qiáng)要求型材剖面在給定的彎矩作用下具有足夠的強(qiáng)度特性，即要求它的最大彎曲應(yīng)力不超過許用應(yīng)度特性，即要求它的最大彎曲應(yīng)力不超過許用應(yīng)力，即力，即式中式中 ：已知的彎矩；：已知的彎矩； ：許用應(yīng)力。：許用應(yīng)力。型材剖面的最小剖面模數(shù)是型材剖面的最小剖面模數(shù)是Ship Strength and Struc

8、tural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積WMMmaxZIW 式中式中 是型材剖面對(duì)其中和軸的慣性矩，是型材剖面對(duì)其中和軸的慣性矩， ， 是剖面面積；是剖面面積； 是型材剖面上最遠(yuǎn)纖維到中和軸的距離。是型材剖面上最遠(yuǎn)纖維到中和軸的距離。 因?yàn)榫哂型瑯悠拭婺?shù)的型材剖面有無窮多個(gè)，因?yàn)榫哂型瑯悠拭婺?shù)的型材剖面有無窮多個(gè)，所以應(yīng)該在這些無窮多個(gè)型材剖面之中選擇具有所以應(yīng)該在這些無窮多個(gè)型材剖面之中選擇具有最佳強(qiáng)度特性最佳強(qiáng)度特性的所謂的所謂最優(yōu)剖面最優(yōu)剖面。為此，將最小剖。為此，將最小剖面模數(shù)改寫成面模數(shù)改寫成 Ship Strength an

9、d Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積IdFZZZZdFZZIWFF2maxmaxmax2maxmaxZmaxZIW dFZIF2FShip Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積12maxZZdFZZZZdFZZIWFF2maxmaxmax2maxF由此可見，當(dāng)剖面面積由此可見，當(dāng)剖面面積 給定時(shí)，最小剖面模數(shù)給定時(shí)，最小剖面模數(shù)的最大值出現(xiàn)在的最大值出現(xiàn)在 時(shí)，此時(shí)時(shí)，此時(shí) 。由此，得到由此，得到理想剖面理想剖面的概念，它是由兩個(gè)

10、面積各的概念，它是由兩個(gè)面積各為為 的翼板組成，沒有腹板，如圖所示。的翼板組成，沒有腹板，如圖所示。FZWmaxF5 . 0Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積hFW2100W式中式中 是剖面的高度。是剖面的高度。 是理論上最小剖面模數(shù)的最大值是理論上最小剖面模數(shù)的最大值 ，實(shí)際剖面，實(shí)際剖面模數(shù)模數(shù) 和理想剖面模數(shù)和理想剖面模數(shù) 的比值的比值 稱為稱為剖面剖面的利用系數(shù)的利用系數(shù)， 值越大，剖面材料的利用率就越值越大，剖面材料的利用率就越高高。 把理想剖面的剖面模數(shù)記作把理想剖面的剖面模數(shù)

11、記作 ，則，則 0Wh0WWW0WShip Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積hFW210hFW21下面列出了一些型材剖面的利用系數(shù)下面列出了一些型材剖面的利用系數(shù) ：（a）實(shí)心圓剖面）實(shí)心圓剖面 ；（b）實(shí)心矩形剖面）實(shí)心矩形剖面 ；（c）小厚度空心圓管）小厚度空心圓管 ； 如果剖面面積如果剖面面積 和剖面高度和剖面高度 固定，不同剖面形固定，不同剖面形狀的剖面模數(shù)狀的剖面模數(shù) 和利用系數(shù)和利用系數(shù) 各不相同，如果各不相同，如果 已知，對(duì)于任何實(shí)際的剖面其剖面模數(shù)可以按已知，對(duì)于任何實(shí)際的剖面其剖

12、面模數(shù)可以按下式計(jì)算下式計(jì)算 Fh0WWW25. 033. 050. 0Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積hWF2如果知道了型材剖面的利用系數(shù)如果知道了型材剖面的利用系數(shù) ，就可以按要，就可以按要求的剖面模數(shù)求的剖面模數(shù) 和型材高度和型材高度 ，確定所需要的型，確定所需要的型材剖面積材剖面積 （d）等厚度的薄壁空心方盒）等厚度的薄壁空心方盒 ；（e）軋制槽鋼和工字鋼）軋制槽鋼和工字鋼 ；（f）軋制的球尾角鋼或球尾）軋制的球尾角鋼或球尾T型材型材 ；（g）組合工字型材）組合工字型材 。 Fh

13、W75. 070. 067. 060. 045. 040. 0Ship Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積在在剖面面積剖面面積 和剖面高度和剖面高度 固定固定的情況下，利用的情況下，利用系數(shù)系數(shù) 能說明材料在剖面中分布的合理程度，即能說明材料在剖面中分布的合理程度，即 值越大，所設(shè)計(jì)的型材剖面越接近于理想剖面，值越大，所設(shè)計(jì)的型材剖面越接近于理想剖面，剖面材料的利用率就越高。由于剖面高度對(duì)剖面剖面材料的利用率就越高。由于剖面高度對(duì)剖面模數(shù)有很大的影響，模數(shù)有很大的影響，當(dāng)剖面高度當(dāng)剖面高度 不同時(shí)不

14、同時(shí)， 值的大小就不能反映材料在剖面中的利用率。值的大小就不能反映材料在剖面中的利用率。為了正確的表征剖面的強(qiáng)度特性，引入比面積的為了正確的表征剖面的強(qiáng)度特性，引入比面積的概念。概念。 FhhShip Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積剖面面積剖面面積 與剖面模數(shù)的無因次比值與剖面模數(shù)的無因次比值 稱為型稱為型材材剖面模數(shù)的比面積剖面模數(shù)的比面積，即，即 剖面面積剖面面積 與剖面慣性矩的無因次比值與剖面慣性矩的無因次比值 稱為稱為型材型材慣性矩的比面積慣性矩的比面積，即，即對(duì)于焊接在鋼板上的型材，在

15、上述比面積的公式對(duì)于焊接在鋼板上的型材，在上述比面積的公式中，中， 是不包括帶板的型材剖面積是不包括帶板的型材剖面積，而而 則是則是包括帶板的型材最小剖面模數(shù)和慣性矩包括帶板的型材最小剖面模數(shù)和慣性矩。 FwCF32WFCw21IFCiiCIW,FShip Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積 和和 的物理意義是產(chǎn)生單位最小剖面模數(shù)和的物理意義是產(chǎn)生單位最小剖面模數(shù)和單位慣性矩所需的剖面面積，顯然，單位慣性矩所需的剖面面積，顯然，比面積比面積 和和 越小，剖面材料的利用率就越高越小，剖面材料的利用率就

16、越高。 對(duì)于幾何相似的兩個(gè)型材剖面，如果它們之間的對(duì)于幾何相似的兩個(gè)型材剖面，如果它們之間的尺度比是尺度比是 ，那么兩個(gè)型材剖面的剖面面積、慣，那么兩個(gè)型材剖面的剖面面積、慣性矩和最小剖面模數(shù)之間存在下列關(guān)系性矩和最小剖面模數(shù)之間存在下列關(guān)系 顯然顯然由此可見，由此可見，兩個(gè)幾何相似的型材剖面的比面積是兩個(gè)幾何相似的型材剖面的比面積是相同的相同的。n030402WnWInIFnF常數(shù)常數(shù)320032210021WFWFCIFIFCwiwCiCwCiCShip Strength and Structural Design 4.1 4.1 型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面的利用系數(shù)和比面積對(duì)于同

17、品種的型材，比面積的變化范圍很小，例對(duì)于同品種的型材，比面積的變化范圍很小，例如船用球扁鋼的如船用球扁鋼的 約在約在0.640.68之間，之間， 約在約在0.400.45之間，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以近似的取之間，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以近似的取 和和 。 wC3265. 0WF iC2140. 0IF Ship Strength and Structural Design作業(yè)作業(yè)習(xí)題習(xí)題5.1習(xí)題習(xí)題5.2 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求

18、及剖面要素計(jì)算知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)度要求，型材剖面模數(shù)與慣性矩的計(jì)算，腹板強(qiáng)度要求，型材剖面模數(shù)與慣性矩的計(jì)算，腹板的相當(dāng)面積，型材抗彎強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)的相當(dāng)面積，型材抗彎強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系。系。 Ship Strength and Structural Design型材剖面要素計(jì)算型材剖面要素計(jì)算型材的剖面面積、剖面模數(shù)和剖面慣性矩是表征型材的剖面面積、剖面模數(shù)和剖面慣性矩是表征型材剖面幾何特性的要素，這些剖面要素可以利型材剖面幾何特性的要素，這些剖面要素可以利用表格進(jìn)行計(jì)算。用表格進(jìn)行計(jì)算。剖面中和軸到參考軸的距離：剖面中和軸到參考軸的距離： 剖面對(duì)中和軸的慣性矩：剖面對(duì)中和軸的慣性

19、矩： 剖面模數(shù)：剖面模數(shù)：Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算eBCAeCI2ABe ehIWeIW21用表格計(jì)算剖面要素在工程中是一個(gè)有效的方法，但不便用表格計(jì)算剖面要素在工程中是一個(gè)有效的方法，但不便于分析剖面的幾何尺寸的改變對(duì)剖面要素的影響，所以有于分析剖面的幾何尺寸的改變對(duì)剖面要素的影響，所以有必要尋求剖面要素和剖面的幾何尺寸之間的解析關(guān)系式。必要尋求剖面要素和剖面的幾何尺寸之間的解析關(guān)系式。 考慮如圖所示的組合剖面，引入下列符號(hào)：考慮如圖所示的組合剖面，引入下列符號(hào)： ：小翼板

20、面積；：小翼板面積； ：大翼板面積；：大翼板面積； ：剖面高度（兩翼板形心之間的距離）；：剖面高度（兩翼板形心之間的距離）； ：腹板的面積和厚度；：腹板的面積和厚度； Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算h1f2ftf ,在推導(dǎo)公式時(shí)，在推導(dǎo)公式時(shí)，假定板厚比剖面高度小得多假定板厚比剖面高度小得多，翼，翼板自身的慣性矩可以忽略不計(jì)。取通過小翼板形板自身的慣性矩可以忽略不計(jì)。取通過小翼板形心的軸線作為參考軸，則剖面面積心的軸線作為參考軸，則剖面面積 以及其對(duì)參以及其對(duì)參考軸的靜矩考軸的靜矩

21、 可以表示為可以表示為 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算ABfhhfBfffA21221剖面中和軸到參考軸的距離剖面中和軸到參考軸的距離 是是剖面對(duì)中和軸的慣性矩是剖面對(duì)中和軸的慣性矩是 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算1hfffffhABh212121212222122AhfhhfhfI將將 代入代入 得到得到 Ship Strength and Structural D

22、esign 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算1hfffffhABh212121212222122AhfhhfhfIIfffffffffhI21212124131小翼板和大翼板的剖面模數(shù)分別是小翼板和大翼板的剖面模數(shù)分別是 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算2hfffffhABh2121212211hIWhIWhfffffhhhh5 . 02121112式中式中 是大翼板的形心到中和軸的距離，是大翼板的形心到中和軸的距離，于是，小翼板的剖面模數(shù)于是

23、，小翼板的剖面模數(shù) 和大翼板的剖面模數(shù)和大翼板的剖面模數(shù) 分別是分別是 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算fffffhABh212121fffffffhWfffffffhW121222121122462246hfffffhhhh5 . 021211121W2WfffffffffhI21212124131實(shí)際感興趣的是小翼板的剖面模數(shù)實(shí)際感興趣的是小翼板的剖面模數(shù) ，因?yàn)樗?，因?yàn)樗瞧拭娴淖钚〉钠拭婺?shù)。剖面的最小的剖面模數(shù)。 可以改寫為可以改寫為 式中式中Ship Strength

24、and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算fffffffhW2121122461WKffhW111WfffffK1222426令令由于由于于是于是 可以寫成可以寫成Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算1W1222112ffffhh6211ffhW222222421212ffffffffffffffffhW212112246fffffhh212121fffffhh211221如果剖面是對(duì)稱的，則如果剖面是對(duì)稱的，則

25、，于是，于是 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算如果將大翼板增至無窮大，則如果將大翼板增至無窮大，則 ，于是，于是 611ffhW122211221ffffhhWW6211ffhW1,21ff0311ffhW比較上述兩個(gè)式子比較上述兩個(gè)式子 ，可以發(fā)現(xiàn)：，可以發(fā)現(xiàn)：（1） 值的變化范圍不大，在值的變化范圍不大，在3到到6之間變化。之間變化。（2）如果剖面高度）如果剖面高度 不變，增加大翼板的面積，不變，增加大翼板的面積，雖然會(huì)使最小剖面模數(shù)增加，但增加極為緩慢。雖然會(huì)使最小剖面模數(shù)增加

26、，但增加極為緩慢。（3）增加最小剖面模數(shù)最有效的方法是增加腹增加最小剖面模數(shù)最有效的方法是增加腹板高度板高度，或者腹板高度不變，或者腹板高度不變，增加小翼板的面積增加小翼板的面積。 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算611ffhWKh311ffhWKffhW11型材剖面抵抗剪切的強(qiáng)度特性型材剖面抵抗剪切的強(qiáng)度特性型材受橫向載荷作用時(shí)，除了要保證其彎曲強(qiáng)度型材受橫向載荷作用時(shí)，除了要保證其彎曲強(qiáng)度之外，還要校核其抵抗剪切的能力。之外，還要校核其抵抗剪切的能力。梁彎曲時(shí)梁彎曲時(shí)最大剪應(yīng)力最

27、大剪應(yīng)力發(fā)生在中和軸處，并可以按發(fā)生在中和軸處，并可以按下式計(jì)算：下式計(jì)算： 式中式中 ：作用在計(jì)算剖面上的剪力；：作用在計(jì)算剖面上的剪力； ：剖面中和軸以上的（或以下）的剖面積對(duì)中：剖面中和軸以上的（或以下）的剖面積對(duì)中和軸的靜矩；和軸的靜矩； ：整個(gè)剖面對(duì)中和軸的慣性矩；：整個(gè)剖面對(duì)中和軸的慣性矩； ：型材腹板的厚度。：型材腹板的厚度。Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算ItNSmaxNSIt上述公式可以改寫為上述公式可以改寫為 Ship Strength and Structura

28、l Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算ItNSfN式中式中 SItf 稱為型材腹板的稱為型材腹板的相當(dāng)面積相當(dāng)面積。 將剖面對(duì)中和軸的慣性矩將剖面對(duì)中和軸的慣性矩 ，剖面中和軸以，剖面中和軸以下的面積對(duì)中和軸的靜矩下的面積對(duì)中和軸的靜矩 ，腹板面，腹板面積積 ， ，代入代入 可以求出腹板的相當(dāng)面積可以求出腹板的相當(dāng)面積 和腹板的和腹板的面積面積 之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算11hWI SItf thhf

29、S211121fffffhh212121htf ffffffffhW212112246fffffffffffffffff21212121242246式中式中 和和 分別是型材的小翼板、大翼板和腹分別是型材的小翼板、大翼板和腹板的面積。一般船用型材大翼板的面積是帶板的板的面積。一般船用型材大翼板的面積是帶板的有效面積，可以看作是常量。小翼板的面積有效面積，可以看作是常量。小翼板的面積 與與腹板的面積腹板的面積 的比值的變化范圍是的比值的變化范圍是 Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算fff

30、67. 021, ffff10ffffffffffffffffff212121212422461ff因而得到因而得到 的變化范圍是的變化范圍是 計(jì)算時(shí)可以近似的取計(jì)算時(shí)可以近似的取 在計(jì)算剪應(yīng)力產(chǎn)生的撓度時(shí)，必須知道腹板的在計(jì)算剪應(yīng)力產(chǎn)生的撓度時(shí)，必須知道腹板的平平均剪應(yīng)力均剪應(yīng)力 ，即，即當(dāng)知道了剖面所承受的剪力當(dāng)知道了剖面所承受的剪力 和許用剪應(yīng)力和許用剪應(yīng)力 時(shí)，時(shí)，可以得到抵抗剪切所必須的腹板面積可以得到抵抗剪切所必須的腹板面積 ： Ship Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算fff67

31、. 0ff85. 0NfNf85. 0Nf 梁在一般彎曲時(shí)，剖面上的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的梁在一般彎曲時(shí)，剖面上的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的大小是隨著跨度大小是隨著跨度 和高度和高度 的比值的比值 的變化而變的變化而變化的。一般來說，化的。一般來說， 越大，彎曲影響就越大；反越大，彎曲影響就越大；反之，剪切影響就越大。如果按第四強(qiáng)度理論來校之，剪切影響就越大。如果按第四強(qiáng)度理論來校核一般彎曲梁的強(qiáng)度時(shí)，梁的許用剪應(yīng)核一般彎曲梁的強(qiáng)度時(shí)，梁的許用剪應(yīng)力力 ，假設(shè)梁在彎曲時(shí)，假設(shè)梁在彎曲時(shí)最大剪應(yīng)力和最大最大剪應(yīng)力和最大彎曲應(yīng)力同時(shí)達(dá)到各自的許用應(yīng)力彎曲應(yīng)力同時(shí)達(dá)到各自的許用應(yīng)力，則，則 Ship Stren

32、gth and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算3hhllhl57. 0313maxmax于是取于是取 所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的 值，記作值，記作 。當(dāng)當(dāng) ，梁的彎曲是主要的，如果滿足了梁，梁的彎曲是主要的，如果滿足了梁的抗彎強(qiáng)度條件，則梁的抗剪強(qiáng)度條件必然是滿的抗彎強(qiáng)度條件，則梁的抗剪強(qiáng)度條件必然是滿足的；足的； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，梁的剪切是主要的，如果時(shí)，梁的剪切是主要的，如果滿足了梁的抗剪強(qiáng)度條件，則梁的抗彎強(qiáng)度條件滿足了梁的抗剪強(qiáng)度條件，則梁的抗彎強(qiáng)度條件必然是滿足的。必然是滿足的。Ship Strength and Stru

33、ctural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算57. 0maxmaxminhlhl57. 0313maxmaxminhlhlminhlhlShip Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算不同的載荷和不同的端部固定情況下，對(duì)應(yīng)的不同的載荷和不同的端部固定情況下，對(duì)應(yīng)的 值如下表所示。值如下表所示。 minhlShip Strength and Structural Design 4.2 4.2 型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)算型材的強(qiáng)度要求及剖面要素計(jì)

34、算如果梁位于彈性基礎(chǔ)上，則剪力對(duì)強(qiáng)度的影響增如果梁位于彈性基礎(chǔ)上，則剪力對(duì)強(qiáng)度的影響增大大，上表中所列的，上表中所列的 值應(yīng)該乘以一個(gè)修正系值應(yīng)該乘以一個(gè)修正系數(shù)數(shù) ， 可以根據(jù)參數(shù)可以根據(jù)參數(shù) 從下圖中查從下圖中查得，式中得，式中 是彈性基礎(chǔ)的剛性系數(shù)，是彈性基礎(chǔ)的剛性系數(shù)， 是梁的彎是梁的彎曲剛度。曲剛度。 4421EIku minhlukkEIuk 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)型材的局部（翼板、腹板）穩(wěn)定性公式及結(jié)論，型材的局部（翼板、腹

35、板）穩(wěn)定性公式及結(jié)論，型材的總穩(wěn)定性概念及結(jié)論。型材的總穩(wěn)定性概念及結(jié)論。 Ship Strength and Structural Design型材局部穩(wěn)定性的保證型材局部穩(wěn)定性的保證保證型材局部穩(wěn)定性，是指保證其翼板和腹板的保證型材局部穩(wěn)定性，是指保證其翼板和腹板的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。（1）型材翼板局部穩(wěn)定性型材翼板局部穩(wěn)定性的保證的保證型材翼板的一半通?？醋魇切筒囊戆宓囊话胪ǔ？醋魇且贿呁耆杂?、三邊一邊完全自由、三邊自由支持在剛性支座上的單向受壓的矩形板自由支持在剛性支座上的單向受壓的矩形板，如，如圖所示，不考慮腹板對(duì)其固定作用是偏于安全的，圖所示，不考慮腹板對(duì)其固定作用是偏于安全的，其臨

36、界應(yīng)力是其臨界應(yīng)力是 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算式中式中 ：由腹板到自由邊的翼板寬度；：由腹板到自由邊的翼板寬度； ：翼板厚度。：翼板厚度。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算2211mmN1002 . 8btcr1b1t一般要求型材翼板的臨界應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極一般要求型材翼板的臨界應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，令限，令 ，可得，可得 ycr11tbntby8201011n如果選擇型材翼板的尺寸如果選擇型材翼板的尺寸 使

37、其使其不大于不大于 的值，的值，則可以保證翼板的穩(wěn)定性。則可以保證翼板的穩(wěn)定性。 （2）型材腹板局部穩(wěn)定性的保證型材腹板局部穩(wěn)定性的保證型材腹板可以看作是型材腹板可以看作是四邊自由支持在剛性支座上、四邊自由支持在剛性支座上、四邊受到均勻的剪應(yīng)力且沿著腹板高度受到線性四邊受到均勻的剪應(yīng)力且沿著腹板高度受到線性分布的彎曲正應(yīng)力的矩形板分布的彎曲正應(yīng)力的矩形板來研究其穩(wěn)定性，如來研究其穩(wěn)定性，如圖所示。圖所示。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算板在復(fù)合受力時(shí)的穩(wěn)定性問題原則上可以用能量板在復(fù)合受力時(shí)的穩(wěn)定性問題原

38、則上可以用能量法來解決，但計(jì)算過程比較復(fù)雜，這里僅介紹一法來解決，但計(jì)算過程比較復(fù)雜，這里僅介紹一些結(jié)果。些結(jié)果。對(duì)于同時(shí)受到均勻剪應(yīng)力和線性分布的彎曲正應(yīng)對(duì)于同時(shí)受到均勻剪應(yīng)力和線性分布的彎曲正應(yīng)力作用的矩形板，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)彎曲正應(yīng)力與力作用的矩形板，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)彎曲正應(yīng)力與剪應(yīng)力形成某一組合時(shí)板將喪失穩(wěn)定性。對(duì)于一剪應(yīng)力形成某一組合時(shí)板將喪失穩(wěn)定性。對(duì)于一定邊長比的板，這種組合有無限個(gè)。定邊長比的板，這種組合有無限個(gè)。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算假設(shè)假設(shè) 和和 代表某一組合時(shí)板邊緣處的壓應(yīng)力和

39、代表某一組合時(shí)板邊緣處的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的值，那么可以畫出如圖所示的曲線，在剪應(yīng)力的值，那么可以畫出如圖所示的曲線，在此曲線上的任意點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的此曲線上的任意點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 和和 的組合都將使的組合都將使板失穩(wěn)。圖中板失穩(wěn)。圖中 和和 分別為線性分布的彎曲正分別為線性分布的彎曲正應(yīng)力和均勻剪應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)板的臨界應(yīng)力。應(yīng)力和均勻剪應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)板的臨界應(yīng)力。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算crcr因此，圖中的曲線表示板穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界線。因此，圖中的曲線表示板穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界線。在曲線以內(nèi)的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力不會(huì)

40、使板失穩(wěn)，故在曲線以內(nèi)的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力不會(huì)使板失穩(wěn)，故為穩(wěn)定區(qū)；在曲線以外的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力都將使為穩(wěn)定區(qū)；在曲線以外的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力都將使板失穩(wěn)，故為不穩(wěn)定區(qū)。板失穩(wěn)，故為不穩(wěn)定區(qū)。在近似計(jì)算中，可以將圖中的曲線用直線來代替，在近似計(jì)算中，可以將圖中的曲線用直線來代替，如圖中的虛線所示，這時(shí)板失穩(wěn)的條件是如圖中的虛線所示，這時(shí)板失穩(wěn)的條件是Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算1crcr僅僅受到均勻剪應(yīng)力作用時(shí)板的臨界應(yīng)力是僅僅受到均勻剪應(yīng)力作用時(shí)板的臨界應(yīng)力是 僅僅受到線性分布的彎曲正應(yīng)力作用時(shí)板的臨界僅僅受到

41、線性分布的彎曲正應(yīng)力作用時(shí)板的臨界應(yīng)力是應(yīng)力是 值是指型材剖面的一個(gè)翼板內(nèi)的拉應(yīng)力與另一值是指型材剖面的一個(gè)翼板內(nèi)的拉應(yīng)力與另一個(gè)翼板內(nèi)的壓應(yīng)力之比的絕對(duì)值。個(gè)翼板內(nèi)的壓應(yīng)力之比的絕對(duì)值。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算233. 22mmN195. 0110076htcr22mmN100102htcr板失穩(wěn)的條件可以改寫為板失穩(wěn)的條件可以改寫為由此得到由此得到 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算233. 21001021

42、95. 0176htmth102195. 017610033. 2上式可以改寫成：上式可以改寫成：式中式中Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算33. 221195. 0176102102kk21100kkm 是板邊緣處的壓應(yīng)力。是板邊緣處的壓應(yīng)力。 mth102195. 017610033. 2當(dāng)利用上述公式確定當(dāng)利用上述公式確定 時(shí)，應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：時(shí)，應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：（a） 值是指型材剖面的一個(gè)翼板內(nèi)的拉應(yīng)力與值是指型材剖面的一個(gè)翼板內(nèi)的拉應(yīng)力與另一個(gè)翼板內(nèi)的壓應(yīng)力之比的絕對(duì)值。另一個(gè)翼板內(nèi)的壓應(yīng)力之比的絕

43、對(duì)值。 （b）如果在型材的幾個(gè)彎矩最大的剖面內(nèi)，自）如果在型材的幾個(gè)彎矩最大的剖面內(nèi)，自由翼板可能受拉應(yīng)力也可能受壓應(yīng)力作用時(shí)，則由翼板可能受拉應(yīng)力也可能受壓應(yīng)力作用時(shí)，則取取 ，此時(shí)，此時(shí) 是在自由翼板內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力為是在自由翼板內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力為 時(shí)的相應(yīng)載荷作用下，在該剖面中和軸處的剪應(yīng)時(shí)的相應(yīng)載荷作用下，在該剖面中和軸處的剪應(yīng)力。力。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算mth102195. 017610033. 2myy（c）當(dāng)型材自由翼板總是受拉應(yīng)力作用）當(dāng)型材自由翼板總是受拉應(yīng)力作用時(shí)時(shí) ，如果要保證自由翼

44、板可能達(dá)到其最大，如果要保證自由翼板可能達(dá)到其最大拉應(yīng)力拉應(yīng)力 ，則大翼板內(nèi)可能達(dá)到的壓應(yīng)力是，則大翼板內(nèi)可能達(dá)到的壓應(yīng)力是 ，此時(shí)此時(shí) 是在小翼板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力為是在小翼板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力為 時(shí)的相應(yīng)載時(shí)的相應(yīng)載荷作用下，在該剖面中和軸處的剪應(yīng)力。荷作用下，在該剖面中和軸處的剪應(yīng)力。如果選擇型材腹板的尺寸使其如果選擇型材腹板的尺寸使其 不大于不大于 的值，的值，則可以保證腹板的穩(wěn)定性。則可以保證腹板的穩(wěn)定性。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算mth102195. 017610033. 2thy) 1(yym型材

45、總體穩(wěn)定性的保證型材總體穩(wěn)定性的保證當(dāng)作用于型材的最大剛性平面內(nèi)的橫向載荷較小當(dāng)作用于型材的最大剛性平面內(nèi)的橫向載荷較小時(shí)，型材將僅在其最大剛性平面內(nèi)彎曲。但是，時(shí)，型材將僅在其最大剛性平面內(nèi)彎曲。但是，當(dāng)橫向載荷超過某一限度時(shí)，型材將會(huì)在它的最當(dāng)橫向載荷超過某一限度時(shí)，型材將會(huì)在它的最小剛性平面內(nèi)彎曲而喪失整體穩(wěn)定性。這種喪失小剛性平面內(nèi)彎曲而喪失整體穩(wěn)定性。這種喪失穩(wěn)定性的情況稱為型材的穩(wěn)定性的情況稱為型材的側(cè)向失穩(wěn)側(cè)向失穩(wěn)。艙壁扶強(qiáng)材。艙壁扶強(qiáng)材的側(cè)向失穩(wěn)就是這類喪失穩(wěn)定性的典型例子。型的側(cè)向失穩(wěn)就是這類喪失穩(wěn)定性的典型例子。型材的側(cè)向失穩(wěn)是整體性的，它將導(dǎo)致整個(gè)型材的材的側(cè)向失穩(wěn)是整體

46、性的，它將導(dǎo)致整個(gè)型材的破壞。破壞。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算艙壁扶強(qiáng)材的側(cè)向穩(wěn)定性的計(jì)算是船體強(qiáng)度校核艙壁扶強(qiáng)材的側(cè)向穩(wěn)定性的計(jì)算是船體強(qiáng)度校核的內(nèi)容之一。艙壁扶強(qiáng)材可以認(rèn)為是一個(gè)典型的的內(nèi)容之一。艙壁扶強(qiáng)材可以認(rèn)為是一個(gè)典型的開口薄壁桿件，其側(cè)向穩(wěn)定性問題可以按開口薄開口薄壁桿件，其側(cè)向穩(wěn)定性問題可以按開口薄壁桿件側(cè)向穩(wěn)定性問題來考慮。壁桿件側(cè)向穩(wěn)定性問題來考慮。下面以艙壁扶強(qiáng)材為例，來說明型材總穩(wěn)定性的下面以艙壁扶強(qiáng)材為例，來說明型材總穩(wěn)定性的計(jì)算。船體結(jié)構(gòu)中的艙壁扶強(qiáng)材通常是焊接在艙計(jì)算。船

47、體結(jié)構(gòu)中的艙壁扶強(qiáng)材通常是焊接在艙壁板上的壁板上的T型材，如圖所示。它在艙內(nèi)水壓力的型材，如圖所示。它在艙內(nèi)水壓力的作用下，可能因側(cè)向失穩(wěn)而破壞。作用下，可能因側(cè)向失穩(wěn)而破壞。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算由于艙壁板在其平面內(nèi)的剛性很大，所以扶強(qiáng)材由于艙壁板在其平面內(nèi)的剛性很大，所以扶強(qiáng)材與艙壁板的連接軸線與艙壁板的連接軸線BB，在扶強(qiáng)材發(fā)生側(cè)向變形，在扶強(qiáng)材發(fā)生側(cè)向變形時(shí)將不發(fā)生位移。因此，扶強(qiáng)材的側(cè)向穩(wěn)定性可時(shí)將不發(fā)生位移。因此，扶強(qiáng)材的側(cè)向穩(wěn)定性可以看作是扭轉(zhuǎn)軸線固定的開口薄壁桿件的側(cè)向穩(wěn)以看作是

48、扭轉(zhuǎn)軸線固定的開口薄壁桿件的側(cè)向穩(wěn)定性問題。定性問題。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)于兩端為自由支持的艙壁扶強(qiáng)材，如圖所示。對(duì)于兩端為自由支持的艙壁扶強(qiáng)材，如圖所示。 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算為了不發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)，其橫向臨界載荷是為了不發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)，其橫向臨界載荷是 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算2311*121hbtI

49、 ),(|214*1*, 0lEIqcrE式中：式中： ：彈性模量；：彈性模量； ：扶強(qiáng)材剖面扇形慣性矩，：扶強(qiáng)材剖面扇形慣性矩，cm6； ，cm；Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算),(|214*1*, 0lEIqcryFFxbdFyxdFyI2123*1 ：剖面對(duì)：剖面對(duì) 軸的慣性矩，軸的慣性矩，cm4；xIxShip Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算),(21),(|214*1*, 0lEIqcr ： 和和 的函數(shù)，的函數(shù)，

50、， ，由下圖查得；由下圖查得； 12*21IlI*42EIlkShip Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算),(|214*1*, 0lEIqcr ：扶強(qiáng)材的扭轉(zhuǎn)慣性矩，：扶強(qiáng)材的扭轉(zhuǎn)慣性矩，cm4； ：扶強(qiáng)材單位寬度帶板的抗扭剛性：扶強(qiáng)材單位寬度帶板的抗扭剛性系數(shù)；系數(shù)； ：扶強(qiáng)材帶板的厚度，：扶強(qiáng)材帶板的厚度，cm； ：扶強(qiáng)材的間距，：扶強(qiáng)材的間距，cm。 33113131httbI)1 (32232bEtk2t2b*21IlI*42EIlkShip Strength and Structural Design 4.

51、3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算cm8 . 01t例：設(shè)有一艙壁扶強(qiáng)材，腹板的高度例：設(shè)有一艙壁扶強(qiáng)材，腹板的高度 ，腹板的厚度腹板的厚度 ，面板的寬度，面板的寬度 ，面，面板的厚度板的厚度 ，艙壁板的厚度，艙壁板的厚度 ，扶強(qiáng)材的間距扶強(qiáng)材的間距 ，跨長，跨長 。 cm602bcm35hcm6 . 0tcm6 . 02tcm101bcm600l解：對(duì)于此剖面，根據(jù)上述公式可以算得：解：對(duì)于此剖面，根據(jù)上述公式可以算得： EkII3*16*41032. 1cm1 .41cm82100cm23. 4于是于是 cmN308. 06001 .41821001027 .2083821006

52、001032. 155.188210060023. 4474*1*43*422*21lEIEIlkIlIShip Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算查圖得到查圖得到 1120),(21cmN96.3441120308. 0, 0crq所以所以 ),(|214*1*, 0lEIqcrShip Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算材料超過彈性范圍時(shí)臨界載荷的計(jì)算材料超過彈性范圍時(shí)臨界載荷的計(jì)算 如果扶強(qiáng)材在喪失穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)力超過彈性極限，如果扶強(qiáng)材在

53、喪失穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)力超過彈性極限，上述臨界載荷的計(jì)算公式必須進(jìn)行修正。由于扶上述臨界載荷的計(jì)算公式必須進(jìn)行修正。由于扶強(qiáng)材失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)力沿著桿長和剖面高度都是變化強(qiáng)材失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)力沿著桿長和剖面高度都是變化的，這給修正帶來麻煩。這里采用切線模量理論，的，這給修正帶來麻煩。這里采用切線模量理論，即用即用 來代替彈性范圍公式中的彈性模量來代替彈性范圍公式中的彈性模量 ， 是桿剖面的最小切線模量。是桿剖面的最小切線模量。只用最小切線模量代只用最小切線模量代替受壓最大的面板的彈性模量替受壓最大的面板的彈性模量。 min, tEEmin, tEShip Strength and Structural Desi

54、gn 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算如果令如果令 為修正系數(shù)，則為修正系數(shù)，則 應(yīng)該用應(yīng)該用 代替，因此材料超過彈性范圍時(shí)扶強(qiáng)材不發(fā)生側(cè)代替，因此材料超過彈性范圍時(shí)扶強(qiáng)材不發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)的橫向臨界載荷是向失穩(wěn)的橫向臨界載荷是 式中式中*EIEEt min,*EI),(|214*1*, 0lEIqcr腹板純扭轉(zhuǎn)慣性矩面板純扭轉(zhuǎn)慣性矩3 311*42*2 13131htItbIEIlkIlIIShip Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算21,),(|214*1*, 0lEIqcr),(|214*1*, 0l

55、EIqcr),(21 根據(jù)根據(jù) 的值由圖查得。的值由圖查得。 由于修正系數(shù)由于修正系數(shù) 依賴于扶強(qiáng)材失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)依賴于扶強(qiáng)材失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力力 ，因此直接利用公式，因此直接利用公式 是求不出的是求不出的 。必須采用試算法來進(jìn)行求解。必須采用試算法來進(jìn)行求解。 crq, 0crShip Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算crq, 0),(|214*1*, 0lEIqcrEcr具體做法是首先假定一些臨界應(yīng)力具體做法是首先假定一些臨界應(yīng)力 的值，然后的值，然后計(jì)算出計(jì)算出 ，最后一方面利用公式，最后一方面利用公式 求出對(duì)應(yīng)

56、的求出對(duì)應(yīng)的 值，另一方值，另一方面再根據(jù)面再根據(jù) 與與 之間的關(guān)系反求出之間的關(guān)系反求出 ，如果，如果 和和 非常接近，就認(rèn)為得到了所需要的結(jié)果。非常接近，就認(rèn)為得到了所需要的結(jié)果。上面介紹的就是保證型材總穩(wěn)定性的橫向臨界載上面介紹的就是保證型材總穩(wěn)定性的橫向臨界載荷荷 的計(jì)算方法。當(dāng)外載荷的計(jì)算方法。當(dāng)外載荷 大于臨界載荷大于臨界載荷 時(shí)，則扶強(qiáng)材會(huì)喪失穩(wěn)定性；如果外載荷時(shí)，則扶強(qiáng)材會(huì)喪失穩(wěn)定性；如果外載荷 小于小于臨界載荷臨界載荷 時(shí)，則扶強(qiáng)材的穩(wěn)定性是能夠得到時(shí)，則扶強(qiáng)材的穩(wěn)定性是能夠得到保證的。保證的。crM0q0qcrq. 0crq. 00qcrq. 00qcrq. 0Ship S

57、trength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算crq, 02cmN30000y例：艙壁扶強(qiáng)材同上例，已知材料的屈服極例：艙壁扶強(qiáng)材同上例，已知材料的屈服極限限 ，計(jì)算應(yīng)力超過彈性極限時(shí)的，計(jì)算應(yīng)力超過彈性極限時(shí)的橫向臨界載荷橫向臨界載荷 。 ),(|214*1*, 0lEIqcr解：（解：（1）計(jì)算）計(jì)算假定一些臨界應(yīng)力假定一些臨界應(yīng)力 的值，計(jì)算的值，計(jì)算 值，值，然后根據(jù)不同的然后根據(jù)不同的 值由公式值由公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的計(jì)算對(duì)應(yīng)的 。 )(, 0, 0crcrqqEcr)(crcrq. 0Ship Strength and Str

58、uctural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算（2）對(duì)應(yīng)扶強(qiáng)材的最大應(yīng)力）對(duì)應(yīng)扶強(qiáng)材的最大應(yīng)力 ，求對(duì)應(yīng)的外載，求對(duì)應(yīng)的外載荷荷 。 maxWMyIMmaxmaxmaxcm25cm120001283. 0420maxyIyIWlqM扶強(qiáng)材剖面模數(shù)0q式中式中 Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算于是于是 3 .963 .963 .9612000256001283. 01283. 0max000220maxmaxqqqIylqyIM（3）以）以 為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)， 和和 為橫坐標(biāo)

59、作曲線，為橫坐標(biāo)作曲線，兩線相交，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的值即是扶強(qiáng)材的兩線相交，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的值即是扶強(qiáng)材的橫向臨界載荷橫向臨界載荷 ，本例結(jié)果是，本例結(jié)果是 ，如圖所示。如圖所示。 )(, 0crq0qcmN275, 0crqcrq, 0Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算Ship Strength and Structural Design 4.3 4.3 型材的穩(wěn)定性計(jì)算型材的穩(wěn)定性計(jì)算影響型材總穩(wěn)定性的主要因素是影響型材總穩(wěn)定性的主要因素是：（1）小翼板的寬度）小翼板的寬度 ，（2）腹板的高度）腹板的高

60、度 ，（3）型材的跨長）型材的跨長 。小翼板的寬度小翼板的寬度 越小越小，腹板的高度，腹板的高度 越大越大，型材，型材的跨長的跨長 越大越大，則型材越容易喪失穩(wěn)定性。，則型材越容易喪失穩(wěn)定性。 h1bl1bhl 4.4 4.4 型材剖面設(shè)計(jì)型材剖面設(shè)計(jì)Ship Strength and Structural Design承受橫向載荷的型材，在其剖面內(nèi)受到彎矩和剪力承受橫向載荷的型材，在其剖面內(nèi)受到彎矩和剪力的作用，為了抵抗這些彎矩和剪力，型材就必須要的作用，為了抵抗這些彎矩和剪力，型材就必須要有一定的有一定的剖面模數(shù)剖面模數(shù)和和腹板面積腹板面積。型材設(shè)計(jì)成上下翼。型材設(shè)計(jì)成上下翼板相等的對(duì)稱剖