第三章船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件使用

CompanyLogo本節(jié)內(nèi)容船體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的必要性1作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力2船舶搖擺引起的扭矩3扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)4CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的必要性1、船舶大開(kāi)口引起船舶抗扭剛度減小甲板開(kāi)口船舶如下圖所示：

CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的必要性

甲板面積嚴(yán)重?fù)p失，開(kāi)口寬度b與船舶寬度B比值可達(dá)到80%。開(kāi)口和閉口的自由扭轉(zhuǎn)慣性矩按下式計(jì)算開(kāi)口慣性矩：閉口慣性矩：CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的必要性

開(kāi)口后，扭轉(zhuǎn)慣性矩顯著降低。因此大開(kāi)口船舶容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)剛度不足發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形破壞。2、提高扭轉(zhuǎn)剛度的結(jié)構(gòu)措施CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的必要性

CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的必要性

3、船體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的方法與步驟

1）確定扭矩產(chǎn)生的原因，計(jì)算扭矩；

2）根據(jù)橫剖面結(jié)構(gòu)的布置，確定扭轉(zhuǎn)剛度嚴(yán)重消弱的剖面，計(jì)算該剖面的船體抗扭慣性矩；

3）計(jì)算扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力計(jì)算模型：船體梁模型，按照總強(qiáng)度第一次總彎曲應(yīng)力的計(jì)算方法，將船體簡(jiǎn)化為梁模型，計(jì)算剖面的抗扭特性。CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

船舶斜浪航行引起的扭轉(zhuǎn)力矩

計(jì)算假定：不考慮波浪的動(dòng)效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果為靜波浪扭矩。波長(zhǎng)與船長(zhǎng)之間關(guān)系為：CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

圖4-1.船舶斜浪航行受力圖CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

1、垂向力引起的扭矩前體浮心距離中縱剖面為e,排水量為V；后體浮心距離中縱剖面為e。在船中的扭矩為::前體排水量。單位長(zhǎng)度扭矩的計(jì)算：考慮單位船長(zhǎng)，重力作用線通過(guò)中縱剖面，但是浮力的作用線離開(kāi)中縱剖面為距離e,如下圖CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

圖單位長(zhǎng)度浮力作用線偏離中縱剖面CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

單位長(zhǎng)度的扭矩為：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度船舶浮力作用線到中縱剖面的距離；：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的浮力：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的扭矩。計(jì)算斜浪航行的波浪扭矩關(guān)鍵是計(jì)算每個(gè)橫剖面上的波面線,即確定波面與橫剖面的交線。CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

尾端點(diǎn)為自由端，扭矩等于零。則距離尾端點(diǎn)首端點(diǎn)扭矩為零，即船舶的扭矩曲線和分布扭矩曲線為：CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

圖

波浪扭矩曲線的和分布扭矩曲線CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

扭矩曲線的斜率等于分布扭矩曲線：CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

大開(kāi)口船舶水平力引起的扭矩

由于扭轉(zhuǎn)中心離開(kāi)重心G較遠(yuǎn)，扭轉(zhuǎn)中心在橫剖面結(jié)構(gòu)的下方，水平力：兩舷壓力差引起水平扭矩，如下圖:微段上壓力差的合力作用中心；：作用中心線到扭轉(zhuǎn)中心的距離。水平力引起的單位長(zhǎng)度的扭矩為：CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

圖4-4.吃水不對(duì)稱引起的壓力差CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

單位長(zhǎng)度的總扭矩為垂向力單位長(zhǎng)度扭矩和水平力單位長(zhǎng)度扭矩疊加，即單位長(zhǎng)度扭矩=CompanyLogo作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力

船舶傾斜產(chǎn)生的扭矩(貨物引起的扭矩)

船舶傾斜由于裝載不對(duì)稱引起，船舶在航行過(guò)程中，由于風(fēng)浪作用船舶發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，貨物移動(dòng)，導(dǎo)致裝載不對(duì)稱引起船舶出現(xiàn)傾角，船舶在有橫傾角的狀態(tài)保持平衡狀態(tài)：即全船重量=排水量，橫傾力矩=復(fù)原力矩。產(chǎn)生扭矩的原因：雖然總體上船舶滿足平衡狀態(tài)，但是單位長(zhǎng)度上傾斜力矩與復(fù)原力矩不相等，其存在差額，該差額引起扭矩。CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩 船舶搖擺引起的扭矩

船舶在波浪上橫搖時(shí)，橫搖加速度引起慣性力，產(chǎn)生扭矩。CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

圖

橫搖運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力：離心力和切向力CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

扭轉(zhuǎn)軸：通過(guò)全船重心的縱軸。1、離心力對(duì)于扭轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)力矩=02、切向慣性力對(duì)于扭轉(zhuǎn)軸的傾斜力矩：橫搖加速度引起的單位長(zhǎng)度的傾斜力矩CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

單位長(zhǎng)度整個(gè)剖面質(zhì)量對(duì)于扭轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量慣性矩。3、船舶傾斜角時(shí)，浮力作用產(chǎn)生的復(fù)原力矩船舶傾斜角時(shí)，浮力作用產(chǎn)生復(fù)原力矩c和傾斜力矩k在單位長(zhǎng)度上是不相等的，其差值（k-c）引起單位長(zhǎng)度的扭矩。距離尾端x處剖面上的扭矩為：CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

:船舶傾斜后的復(fù)原力矩,:船舶單位長(zhǎng)度的排水量;:單位長(zhǎng)度上浮力作用線到重力作用線的距離。CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

圖.船舶傾斜后重力作用線到浮力作用線的距離eCompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

4、扭矩曲線的特點(diǎn)尾端扭矩=0首端扭矩為：船舶靜水中橫搖的運(yùn)動(dòng)方程為:CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

GM為初穩(wěn)性高，M為橫穩(wěn)心；G重心；I全船的極慣性矩。傾斜力矩復(fù)原力矩CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

全船轉(zhuǎn)動(dòng)平衡條件，得：即橫搖扭矩曲線端部為零。CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

5、橫搖扭矩曲線的計(jì)算和繪制（1）計(jì)算單位長(zhǎng)度剖面的慣性矩

（3）給定橫搖角，計(jì)算浮力引起的復(fù)原力矩c：（2）積分得當(dāng)每個(gè)站段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量得曲線2：曲線1曲線2曲線3CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

曲線4：（4）積分得當(dāng)每個(gè)站段的浮力引起的復(fù)原力矩：：在曲線的右端，船首部：（5）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量曲線2擴(kuò)大，得到慣性力矩曲線CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

曲線5=曲線2CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

（6）橫搖扭矩為曲線5與曲線4之差：曲線6CompanyLogo船舶搖擺引起的扭矩

結(jié)語(yǔ)：總橫搖慣性扭矩大約為斜浪波浪扭矩的30%，因此可在得到波浪扭矩后，引入系數(shù)1.3，放大波浪扭矩作為考慮橫搖慣性力的扭矩。CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

(1)船體無(wú)橫傾;(2)航向角為45度;(3)取坦谷波,有效波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)，波高等于-有效波長(zhǎng)。（4）計(jì)算時(shí)，分別取波峰在船中和波谷在船中。CompanyLogo小結(jié)

小結(jié)：（1）引起的扭矩的因素：斜浪扭矩：斜浪航行，前體和后體浮力分布反對(duì)稱，引起扭矩；貨物扭矩：貨物移動(dòng)，引起船舶重心偏移，單位長(zhǎng)度上，重量力矩和浮力力矩不完全相同，存在差額，該差額引起貨物扭矩；CompanyLogo扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的