《船舶結(jié)構(gòu)力學》word版

1、.第一章：緒論1由于船舶經(jīng)常在航行狀態(tài)下工作，它所受到的外力是相當復雜的。這些外力包括船的各種載重靜載荷、水壓力、沖擊力、以及運動所產(chǎn)生的慣性力動載荷等。為了保證船舶在各種受力下都能正常工作，船舶具有一定的強度。所謂具有一定的強度是指船體構(gòu)造在正常使用的過程中和一定的年限內(nèi)具有不破壞或不發(fā)生過大變形的才能。2船體強度包括中拱狀態(tài)、總縱強度、部分強度、改變強度問題、應力集中問題、低周期疲勞。3把船舶整體當做空心薄壁梁計算出來的強度就成為船體的總縱強度。 部分強度是指船體的橫向構(gòu)件如橫梁、肋骨、及肋板等一集船體的部分構(gòu)建如船底板、底縱衍等在部分載荷作用下的強度。4船體強度所研究的問題通常包括外力，

2、構(gòu)造在外力作用下的響應，及內(nèi)力與變形，以及許用應力確實定等一系列問題。船舶構(gòu)造力學只研究船體構(gòu)造的靜力響應，及內(nèi)力與變形，以及受壓構(gòu)造的穩(wěn)定性問題，因此，船舶構(gòu)造力學的首要任務是說明構(gòu)造力學的根本原理與方法，即說明經(jīng)典的方法、位移法及能量原理。5船舶設(shè)計與制造是一個綜合性很強的行業(yè)。學習本課程不要僅僅滿足于會計算船體構(gòu)造中一些典型構(gòu)件如連續(xù)梁、鋼架、板架、板還應學會解決一般工程構(gòu)造的計算問題。6船體構(gòu)造是由板和骨架等構(gòu)件組成的空間復雜構(gòu)造，在進展構(gòu)造計算之前需要對實際的船體構(gòu)造加以簡化。簡化后的構(gòu)造圖形稱為實際構(gòu)造的理想化圖形或計算圖形又稱計算模型或力學模型等7構(gòu)造的計算圖形是根據(jù)實際構(gòu)造的受

3、力特征，構(gòu)建之間的互相影響，計算精度的要求以及所采用的計算方法，計算工具等因素確定的。因此，對于同一個實際構(gòu)造，基于不同的考慮就會得出不同的計算圖形，對于同一個實際構(gòu)造，其計算圖形不是唯一的，一成不變的。8首先是船體構(gòu)造中的板，板是船體的縱、橫骨架相連接的，且通常被縱、橫骨架劃分成許多矩形的板格。9其次是船體構(gòu)造中的骨架，船體構(gòu)造中的骨架無外乎是橫向構(gòu)件橫梁、肋骨、肋板和縱向構(gòu)件縱桁、縱骨等，它們大都是細長的型鋼或組合型材，故稱為“桿件或簡稱為“桿。連的那一部分板叫做骨架的“帶板。骨架的帶板寬度取骨架間距和骨架跨距15這兩者中的小者。船體的骨架系統(tǒng)是一個復雜的空間桿系構(gòu)造。在實際計算時，尤其是

4、采用經(jīng)典方法計算時，常常把桿件系統(tǒng)簡化成一些形狀比較規(guī)那么的計算圖形。10桿系在垂直于桿系平面的載荷作用下發(fā)生彎曲，這種桿系稱為“穿插梁系或稱“板架船體構(gòu)造中的板架應該是指由板與縱、橫骨架所組成的板、梁組合構(gòu)造。 11再次是處于船體橫剖面內(nèi)的橫梁、肋骨及船體肋板。它們共同組成一個桿系，是保證船體橫向強度的主要構(gòu)件。由于桿系中各桿互相鋼性連接并受到桿系平面內(nèi)的載荷作用，guard稱這種桿系為“鋼架或“肋骨框架。12以上介紹的矩形板、連續(xù)梁、板架和鋼架是船體構(gòu)造中比較典型而且比較簡單的計算圖形。但應該注意到這些圖形具有一定的近似性。第2章 單跨梁的彎曲理論1外荷重作用而發(fā)生彎曲的桿件叫做梁。僅在梁

5、的兩端有支座的梁稱為單跨梁。懸臂梁是單跨梁的一種特殊情形。2在大多數(shù)情況下，骨架在外做用下將發(fā)生彎曲變形，因此組成骨架的各桿都可看作梁。3粱彎曲時x軸上點的垂向位移r叫做梁的撓度。梁的彎曲變形過程中，梁的橫截面對其原來位置所轉(zhuǎn)過的角度，稱為該橫截面的轉(zhuǎn)角。4在橫力彎曲情形下，彎曲和剪力都將一起梁的彎曲變形，但假設(shè)梁的彎曲變形的跨度大于橫截面的高度的10倍時，剪力引起的梁的彎曲變形很小。在小變形下，梁的撓曲線是一平坦的平面曲線。5把梁的彎矩M,剪力N,橫截面轉(zhuǎn)角及撓度v稱之為梁的彎曲要素。在梁左端x0處的彎曲要素v.,.,M.,及N.稱為初彎曲要素，或簡稱為初參數(shù)。6梁端的邊界條件就是梁端彎曲要

6、素的特定值或彎曲要素之間的特定關(guān)系式，它們?nèi)Q于梁端的支座情況，因不同的支座對梁有不同的約束。從而就有不同的邊界條件。7所謂的彈性支座它受梁的作用力R后將產(chǎn)生一個正比于力R的撓度v8彈性固定端受梁端力矩M作用后產(chǎn)生一個正比于力矩M的轉(zhuǎn)角9假設(shè)彈性固定端的剛性系數(shù)K=亦即柔性系數(shù)A=0那么固定端的轉(zhuǎn)角為零，這是彈性固定端即為彈性固定端。假設(shè)彈性固定端的轉(zhuǎn)角為零，這時彈性固定端即為剛性固定端。假設(shè)彈性固定端的鋼性系數(shù)K=0亦即柔性系數(shù)A=那么M=0，而0，這表示沒有限制梁端轉(zhuǎn)角的固定端存在，這種情況就是自由支持在剛性支座的情況。10應用梁的撓曲線通用方程式及邊界條件可以確定各種單跨梁的撓曲線方程，

7、從而可進一步確定梁的彎曲要素。11由于目前梁的彎曲公式是在小變形及材料符合虎克定律的前提下導出的，所以梁的彎曲要素與梁上的外力成線性關(guān)系，從而可以用疊加原理來計算梁上同時受到幾種不同外力作用時的彎曲要素。12作用在梁上的外力除了橫向力外，還有軸向拉壓力。假設(shè)梁的抗彎剛度EI不打或那么軸向力很大，那么軸向力所引起的彎曲要素就不能忽略。同時考慮橫向和軸向這兩種載荷作用的梁的萬毒，就稱為梁的復雜彎曲。13在梁的任一橫截面上除了有彎矩，剪力外，還有軸向力。第3章 力法 1靜定構(gòu)造是幾何不變而又沒有多余聯(lián)絡的體系，其反力和內(nèi)力只需根據(jù)靜力平衡方程即可求得。而超靜定構(gòu)造那么是幾何不變但卻存在多余聯(lián)絡體系。

8、 多余聯(lián)絡中所產(chǎn)生的力稱為多余約束力。 超靜定構(gòu)造的幾何組成特征是具有多余聯(lián)絡，而其靜力特征是具有多余約束力。2超靜定次數(shù)確實定撤去一個活動鉸支座或在支座處切斷一根梁支座仍保存，相當于去掉一個聯(lián)絡，切斷一根鏈桿也相當于取去掉一個聯(lián)絡撤去一個固定鉸支座或一個單鉸，相當于去掉兩個聯(lián)絡。斷一根梁式桿或撤去一個剛性固定端，相當于去掉三個聯(lián)絡。4將一個鋼性連接改為單鉸連接或?qū)撔怨潭ǘ烁臑楣潭ㄣq支座，相當于去掉一個聯(lián)絡。 應當注意，對于同一構(gòu)造，可用不同的方法去掉多余聯(lián)絡而得到不同的靜定構(gòu)造。3假設(shè)將多余聯(lián)絡代之以相應的多余約束力，那么超靜定構(gòu)造就可轉(zhuǎn)化為靜定構(gòu)造。4力法的根本原理是：把去掉原構(gòu)造上的多

9、余聯(lián)絡后所得靜定構(gòu)造作為根本構(gòu)造，以多余約束力作為根本為質(zhì)量，根據(jù)原構(gòu)造在多余聯(lián)絡處的變形條件列力法方程，解之得多余約束力；而以后的計算與靜定構(gòu)造一樣。必須指出，根本構(gòu)造的選取雖然可以不同，但它必須是幾何不變的。否那么它不能用作計算超靜定構(gòu)造的計算圖形。5方程組中主對角線上的系數(shù)稱為主系數(shù)，其值恒為正。這是因為主系數(shù)代表單位力在其本身方向上產(chǎn)生的位移。在主對角線兩側(cè)的系數(shù)稱為副系數(shù)，其值可正可負，也可為零。事實上假設(shè)根本構(gòu)造選取恰當，大部分副系數(shù)將變成零。6假設(shè)鋼架中匯交于任何一個節(jié)點的杠桿都只有兩根，那么這種鋼架就叫做簡單鋼架，例如單甲板船的肋骨鋼架，假設(shè)鋼架中會教育節(jié)點的杠桿有多于兩根，那

10、么這種鋼架就叫做復雜鋼架。7大多數(shù)鋼架受力變形后節(jié)點線位移可以不計，于是計算強度是在節(jié)點處可加上固定較支座，故稱為不可動節(jié)點鋼架。8為計算彈性固定端的柔性系數(shù)A，只需把受外荷重桿與不收外荷重桿在它們相連處切開并加上互相作用的位置彎矩M，計算不受外載荷桿在彎矩M作用處的轉(zhuǎn)角，與M的比值就是柔性系數(shù)A。事實上，由于M，所以，只需假定M=1，求出轉(zhuǎn)角，該轉(zhuǎn)角就是柔性系數(shù)A的值。9在桿系構(gòu)造計算中，假設(shè)要計算受外載荷的杠桿，那么可以只考慮相連的不受外載荷的杠桿對他的影響，而無需考慮不與它直接相連的不受外載荷的杠桿對它的影響。當然，這樣來計算受外載荷的杠桿式近似的做法。10船體構(gòu)造中，互相穿插的梁系叫做

11、板架。 船體構(gòu)造中的板架，為雙向正交梁系。并且雙向梁的數(shù)目一般是不相等的。其中數(shù)目較多的一組梁叫做主向梁，與其正交的數(shù)目較少的梁叫做穿插構(gòu)件。 數(shù)目較少的，并且主向梁與穿插構(gòu)件都是等截面的板架，即簡單板架。第4章 矩陣位移法1位移法的根本原理：通過再借點處增加約束來獲得由一系列超靜定單跨梁組成的根本構(gòu)造，以節(jié)點位移作為根本未知量，由節(jié)點靜力平衡條件列位移法方程，求解節(jié)點位移，而后再根據(jù)節(jié)點位移求出構(gòu)造內(nèi)力。2矩陣位移法是以節(jié)點位移作為根本未知量，吧位移法分析桿系構(gòu)造的全過程一矩陣形式來表示。3對于不同類型的桿元，其剛度方程顯然是不同的。4矩陣位移法主要包括以下內(nèi)容：桿元分析；編號約定與桿元定位

12、向量；坐標轉(zhuǎn)換；整體裝配；彈性約束和強迫位移處理；求解位移法方程組；桿元內(nèi)力計算等。5拉壓桿元：只發(fā)生拉伸或壓縮變形的桿元為拉壓桿元。 彎曲桿元：只發(fā)生彎曲變形的桿元為彎曲桿元。 改變桿元：只發(fā)生改變變形的桿元為改變桿元。6剛度矩陣有如下性質(zhì)：桿元剛度矩陣式對稱矩陣。桿元剛度矩陣的主對角線上的元素均為正數(shù)。桿元剛度矩陣式奇異矩陣，因為剛度矩陣的行列式等于零。這是因為桿元的剛度方程包含了描繪桿元發(fā)生剛體運動的情形。7平面鋼架桿元：對于平面鋼架桿元，假設(shè)其彎曲變形和拉壓變形均很小，那么可認為桿端彎矩和剪力與桿端軸向位移無關(guān)；桿端軸力與桿端轉(zhuǎn)角和豎向位移無關(guān)。8對于連續(xù)梁，因為總可以使得各彎曲桿元的

13、部分坐標系oxyz與總坐標系oxyz的方向完全一致，所以不存在坐標轉(zhuǎn)換問題。 但對于剛架，桁架和板架等構(gòu)造，就無法使各桿元的部分坐標系都與總坐標系方向一致，因此存在坐標轉(zhuǎn)換問題。9構(gòu)造剛度矩陣的性質(zhì)：K一定是對稱矩陣。K的主元素Ki=1,2,3，n一定是正數(shù)。K一定是正定矩陣。K的稀疏性、帶狀性 所謂稀疏是指矩陣元素中非零的元素僅占少數(shù)、大量的是零元素。所謂帶狀是指矩陣的非零元素都分布在矩陣主對角線兩旁10矩陣位移法計算桿系構(gòu)造的一般步驟歸納如下：剪力計算圖形，設(shè)立總坐標系及各桿元的部分坐標系，并按約定編號。桿元分析及坐標轉(zhuǎn)換。整體裝配。彈性約束、強迫位移處理。求解位移法方程。計算各桿元的內(nèi)力

14、和支反力。第5章 能量原理1虛位移原理：設(shè)構(gòu)造在外力作用下處于平衡狀態(tài)，假設(shè)從平衡位置算起給構(gòu)造一個可能發(fā)生的微小位移，即滿足構(gòu)造位移邊界條件和變形連續(xù)條件的微小位移，稱之為虛位移，那么外力對虛位移所做的功稱為虛功比等于構(gòu)造因虛變形而獲得的虛應變能。2在虛位移原理表述中沒有涉及到構(gòu)造材料的性質(zhì)，也沒有涉及構(gòu)造在外力作用下實際變形的過程和大小，因此，虛位移原理既不限定用于彈性問題，也不限定用于線性問題判斷題。 虛位移原理是構(gòu)造在外力作用下處于平衡狀態(tài)的必要和充分條件。3位能駐值原理：在所有滿足構(gòu)造的位移邊界條件和變形協(xié)調(diào)條件的位移中，真實的位移即滿足構(gòu)造平衡的方程的位移使總位能獲得駐值此即位能駐

15、值原理。 進一步分析可以證明，對于一個處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)的構(gòu)造，總位能的駐值是最小值，因此位能駐值原理又稱為最小位能原理。4應變能原理或卡式第一定理：假設(shè)構(gòu)造的應變能表示成廣義位移i的函數(shù)，那么對于任一廣義位移i的一階偏導數(shù)等于相應的廣義力Pi。 卡式第一定理既適用于線性彈性體，又適用于非線性彈性體。5虛力原理：設(shè)構(gòu)造在外力作用下處于平衡狀態(tài)，假設(shè)給外力一個滿足靜力平衡條件及靜力邊界條件的虛變化，即虛力，那么虛力對外力引起的位移所做的功稱為虛余功必等于構(gòu)造的虛余功，這就是虛力原理。 虛力原理既不設(shè)定用于彈性問題，也不限定于線性問題。 虛力原理是構(gòu)造變形協(xié)調(diào)的必要和充分條件。6余位能駐值原理：在所

16、有滿足平衡條件和靜力邊界條件的支座反力中，真實的支座反力，即滿足構(gòu)造變形協(xié)調(diào)條件和位移邊界條件的支座反力，使總余位能獲得駐值，可以證明對穩(wěn)定平衡來說，真實的支座反力，是總余位能獲得極小值P124式子7應力能原理或恩格塞爾定理：假設(shè)將靜定構(gòu)造的余能V表示成廣義外力P1,P2,P3的函數(shù)那么V對任一廣義外力Pi的一階偏導數(shù)等于相應的廣義位移i。 該定理既適用于線性彈性構(gòu)造，又適用于非線性彈性構(gòu)造。 P125式子卡式第二定理為計算靜定線性彈性構(gòu)造的位移提供了一個非常簡便的方法。8P126式子最小余能定理，它說明：在穩(wěn)定的超靜定構(gòu)造中，真實的多余約束力使構(gòu)造的余能取極小值，該定理對于線性彈性構(gòu)造和非線

17、性彈性構(gòu)造都是非常有效的。P126式子卡式最小功定理，它說明：沱江r次超靜定線性彈性構(gòu)造的應變能V表示成廣義外力和r個廣義多余約束力的函數(shù)，那么V對于每一個廣義多余約束力的一階偏導數(shù)都等于零。9李茲法是一種應用普遍的基于位能駐值院里的近似解法。10nxn=1,2,是滿足梁端位移邊界條件的連續(xù)可微的函數(shù)，之所以要求函數(shù)連續(xù)可微是為了不破壞梁變形的連續(xù)性，即位移和轉(zhuǎn)角的連續(xù)性。 判斷是非題第6章 平面應力問題的有限單元法1平面應力問題：舍友一很波的等厚度板，在板邊上受有平行于板面，并且沿厚度均勻分布的面力，體力也是這樣，平行于板面且沿厚度均勻分布。 板中任一點的九個應力分量是剩下平行于xy平面的三

18、個應力分量，即x、y、xy=yx。2根本方程式包括平衡微分方程式、幾何方程式、邊界條件方程式。多項選擇3按照邊界條件的不同，平面應力問題分為位移邊界問題、應力邊界問題、和混合邊界問題。4常應變?nèi)切螁卧諗繙誓敲矗簽楸ＷC解答的收斂性，要求位移函數(shù)滿足以下三個條件位移函數(shù)必須包括單元的剛體位移。位移函數(shù)必須包括單元的常應變。位移函數(shù)要在單元內(nèi)連續(xù)并使相鄰單元間的位移協(xié)調(diào)。第7章 薄板的彎曲理論1所謂薄板是指板的厚度t與板中面的最小尺寸b的比值在以下范圍內(nèi)1/801/100<t/b<1/51/8。2在薄板彎曲理論中有三條假定板變形前垂直于中面的法線在板變形后仍然是直線，且是變形后中面稱

19、繞曲面的法線，這一假定稱為直線法假定。垂直于版面的應力分量與其他應力分量相比可以忽略不計，即假定=0。薄板中面內(nèi)的個點都沒有平行于中面的位移，即假定P183式子 這就是說，第三個假定事實上是。不計因板發(fā)生彎曲而產(chǎn)生的中面的變形，從而不計板彎曲產(chǎn)生的中面力。3筒形彎曲：但在特定條件下，矩形班的大部分區(qū)域只在一個方向發(fā)生彎曲，形成一筒形，這種彎曲稱為筒形彎曲。4發(fā)生筒形彎曲的條件是：當矩形薄板的長邊與短邊之比至少大于2.53，并且垂直于板面載荷沿板的長邊方向不變化。5板的筒形彎曲：所謂板的筒形彎曲是指板僅僅在橫向載荷作用下發(fā)生筒形彎曲。 由于板條梁的兩側(cè)受到約束，使得板條梁變形后的橫截面的形狀仍然

20、是矩形，而普通梁彎曲變形后的橫截面變形后的橫截面不再保持矩形，受壓部分擴大。受拉部分縮小。因此對已板條梁有y=0，對于普通梁y0。6板的筒形復雜彎曲：所謂板的筒形復雜彎曲是指半載橫向載荷和板中面力共同作用下發(fā)生的筒形彎曲。7在梁的復雜彎曲中曾經(jīng)指出：軸向拉力使梁的彎曲要素減小，軸向壓力使梁的彎曲要素增大，而且軸向力對彎曲要素的影響終究有多大，取決于參數(shù)的值，不單獨取決于軸向力的大小。當0.5時，軸向力對彎曲要素的影響很小，可以忽略不計。由于船體骨架梁的EI較大，故參數(shù)的值一般很小0.5，這就是說，在船體骨架計算中可以不考慮軸向力對彎曲要素的影響。但是，對船體板來說。因板厚不打，彎曲要素D較小，

21、致使參數(shù)的值相當大，遠遠超過0.5，因此，中面力對板的彎曲要素的影響不可不計。當板收到中面拉力時，將減小板的彎曲應力，這是有利的。相反，當板收到中面壓力時，將增大板的彎曲應力，這是不利的。8為什么研究板的大繞度問題：假設(shè)板條梁梁端完全不能趨近，那么板條梁彎曲時，板面拉應力對板的承載才能要起很大作用，因此要研究板條梁的大繞度問題9當連孤單自由支持的板條梁僅受載荷時的最大繞度小于板厚的1/5時，就可以不考慮彎曲而產(chǎn)生的中面力。說明題10中面力對彎曲要素的影響可以忽略不計的板被稱為鋼性板；中面力對彎曲要求的影響不能忽略的板被稱為柔性板。名詞解釋第8章 桿及板的穩(wěn)定性1假設(shè)當T小于某一極限值時Te時，

22、對桿件作用任一微小側(cè)向干擾力使桿件發(fā)生彎曲，在去掉干擾力后，桿件將恢復到原來的直線平衡狀態(tài)，那么這種直線平衡狀態(tài)稱為穩(wěn)定平衡；假設(shè)當T到達某一極限值Te時，桿件發(fā)生彎曲，在使其發(fā)生的彎曲干擾力消失后，桿件不能回到原來的直線平衡位置，而在微小彎曲的狀態(tài)下，保持新的曲線形狀的平衡，那么這種平衡狀態(tài)稱為中性平衡；假設(shè)當壓力T到達Te時，壓桿喪失其直線形狀的平衡，而過渡到曲線形狀的平衡，那么這現(xiàn)象稱為壓桿喪失了穩(wěn)定性或簡稱失穩(wěn)，又稱屈曲。壓力的極限值T稱為臨界壓力。2研究構(gòu)造的穩(wěn)定性就是要求出構(gòu)造的臨界壓力或臨界載荷。3確定構(gòu)造臨界載荷方法有：解析法，能量法，實驗法。4壓桿的邊界約束條件分為：壓桿長度，截面尺度，材料。5壓桿長度，截面尺度即材料均一樣的條件下，桿端的約束越大，即兩端的固定程度越大