船舶結(jié)構(gòu)與強(qiáng)設(shè)計(jì)

會(huì)計(jì)學(xué)1船舶結(jié)構(gòu)與強(qiáng)設(shè)計(jì)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cm41180×203613636122420×1667.2231545.635548.89878.43800×2016045720032400053.3求和263.2---8781.6369528.5

A

BC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=C－A*E2=76532.7cm4對(duì)面板上表面剖面模數(shù)：W=I/E=2294cm3第1頁(yè)/共33頁(yè)如果不考慮面板和帶板自身慣性矩65.3cm3，則

C1=369463.2cm4I1=C1－A*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：W=2287cm3，誤差7/2294=0.3%第2頁(yè)/共33頁(yè)3應(yīng)力計(jì)算如果梁彎矩M=275kNm,剪力Q=380kN。最大彎曲應(yīng)力：

中和軸處腹板剪應(yīng)力最大。中和軸以上剖面對(duì)中和軸靜矩：S=[33.4×1.6×33.4/2+36×(33.4+1)]=892.4+1238.4=2130.8cm3中和軸處腹板剪應(yīng)力

第3頁(yè)/共33頁(yè)作業(yè)：梁剖面如圖，梁作用彎矩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2節(jié)

船體彎矩和剪力計(jì)算

1.計(jì)算船體總強(qiáng)度理論基礎(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，船體將發(fā)生總縱彎曲變形。由于總強(qiáng)度計(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：

船體總強(qiáng)度理論很簡(jiǎn)單，關(guān)鍵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)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——波浪彎矩，與波形范圍內(nèi)的船外形和波浪要素有關(guān)。船體剖面上的剪力：

N=Ns+NwNs——靜水剪力

Nw——波浪剪力第6頁(yè)/共33頁(yè)2.靜水剪力和彎矩計(jì)算

船舶漂浮在靜水中，總體上重力與浮力平衡，但二者分布不一致。

（1）

載荷分布重力分布w(x)，浮力分布b(x)

載荷分布：q(x)=w(x)－b(x)

載荷＝重力―浮力（分布不是合力）船舶的重力分布和浮力分布如何計(jì)算？

第7頁(yè)/共33頁(yè)（2）剪力曲線（3）彎矩曲線第8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)等分四個(gè)艙，中間兩艙各均勻裝載貨物400噸。畫(huà)出該裝載情況下載荷、剪力和彎矩曲線。

空船重量：80×10×3＝2400t貨物重量：400×2＝800t總重量：2400+800＝3200t浮力分布b(x):3200/80＝40t/m(0≤x≤80)

空船重量分布w1(x):2400/80＝30t/m(0≤x≤80)

貨物重量分布w2(x):400/20＝20t/m(20≤x≤60)

x-軸原點(diǎn)在船尾第9頁(yè)/共33頁(yè)剪力曲線任一剖面剪力

=端面到該斷面所有載荷之和

0m斷面：N(0)=0t20m斷面：N(20)=-10×20=-200t40m斷面：N(40)=-200+200=0t60m斷面：N(60)=0+200=200t80m斷面：N(80)=200―200=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)彎矩曲線斷面彎矩

=端面到該斷面所有力矩之和（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)0m斷面：M(0)=0t.m10m斷面：M(10)=―500t.m20m斷面：M(20)=―2000t.m30m斷面：M(30)=―3500t.m40m斷面：M(40)=―4000t.m50m斷面：M(50)=―3500t.m60m斷面：M(60)=―2000t.m70m斷面：M(70)=―500t.m80m斷面：M(80)=0t.m第12頁(yè)/共33頁(yè)3.實(shí)際重量曲線計(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)的分布曲線。通常將船舶重量按20站分布，按每站內(nèi)均布重量做出階梯形重量曲線。（見(jiàn)教材圖1-3，P6）船舶重量由許多項(xiàng)組成。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，其分布范圍與實(shí)際大體相符，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。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)際重心坐標(biāo)相符。第13頁(yè)/共33頁(yè)

重量曲線舉例①梯形法近似表示船體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)②

分布在兩站內(nèi)重量

P1+P2=P0.5(P1－P2)ΔL=P*a第15頁(yè)/共33頁(yè)③分布在三站內(nèi)重量

只有兩個(gè)平衡條件，假定兩站重量分不相同。把所有重量分配完后，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)與實(shí)際重心坐標(biāo)相符。第16頁(yè)/共33頁(yè)4.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)分布狀況的曲線。如何計(jì)算浮力沿船長(zhǎng)分布？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)站橫剖面浸水面積，進(jìn)而求出浮力。第17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)使浮力等于船舶總重量，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)5.實(shí)際載荷曲線計(jì)算

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)w(x)＞b(x)時(shí)，q(x)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零，面積對(duì)縱軸上任一點(diǎn)力矩等于零。第19頁(yè)/共33頁(yè)6.剪力彎矩曲線計(jì)算

載荷曲線一次積分的剪力曲線，二次計(jì)分得彎矩曲線：

實(shí)際計(jì)算采用梯形積分法，利用表格計(jì)算。見(jiàn)表1-2。

第20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)7.靜水剪力和彎矩計(jì)算步驟①指定裝載狀態(tài):民船滿載、壓載等②重量曲線將各項(xiàng)重量按其范圍分布在20站或更小間距內(nèi)。③浮力曲線給定裝載狀態(tài)確定船舶浮態(tài)——水線位置根據(jù)邦戎曲線確定浮力在20站或更小間距內(nèi)分布

（重量和浮力分布間距必須一致）④剪力和彎矩計(jì)算——梯形積分靜水剪力和彎矩計(jì)算需要資料：空船重量及重心位置、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、靜水力曲線。第22頁(yè)/共33頁(yè)8.靜水剪力和彎矩分布特點(diǎn)①首尾端剪力和彎矩為零；②彎矩最大值一般在船中；③剪力最大值一般在距首尾端1/4船長(zhǎng)；④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。重力分布沿船長(zhǎng)分布越均勻，剪力和彎矩值小。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一致（沿船長(zhǎng)方向）。第23頁(yè)/共33頁(yè)第3節(jié)

波浪附加彎矩

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)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。第24頁(yè)/共33頁(yè)1.規(guī)范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》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）波浪彎矩中拱波浪彎矩

kN.m

中垂波浪彎矩

kN.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),C＝0.0412L＋4L＜90mC＝10.75－(3－0.01L)1.590≤L≤300m第25頁(yè)/共33頁(yè)第26頁(yè)/共33頁(yè)(2)船體梁切力(剪力)中拱波浪切力中垂波浪切力

kNkN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)2.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)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。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)水面不是平面，而是具有波形的曲面。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。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。第28頁(yè)/共33頁(yè)2.靜置波浪法計(jì)算波浪彎矩（1）波形——坦谷波

波形為坦谷波，波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)（設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)），波高隨船長(zhǎng)變化。比如，L=130m，h=6.5m,一般波高約為船長(zhǎng)二十分之一。

第29頁(yè)/共33頁(yè)（2）船與波浪相對(duì)位置波峰在船中波谷在船中這兩種情況分別有可能在船中產(chǎn)生最大中拱和中垂彎矩。第30頁(yè)/共33頁(yè)（3）波浪彎矩計(jì)算