風力及纜繩計算

風力及纜繩計算、風力計算<1>船舶操縱中風動力估算公式:F=l/2pCV2(Acos6+BsinS)aaaaaa式中:F:水線以上船體所受風動壓力,Nap:空氣密度，1?226kg/m3aC:風動力系數(shù)aV:相對風速,m/sa0:風舷角，即相對風舷角，0A:水線上船體下面積,m2aB:水線上船體側(cè)面積,m2a<2>建筑:W二BXUXUXWKZSZO其中:W:風荷載標準值KW/M2K0:Z高度處風振系數(shù)ZU:風荷載體型系數(shù)SU:風壓高度變化系數(shù)ZW:基本風壓值O<3>空氣密度標準狀態(tài)下：15oC，氣壓1013hpa(標準大氣壓)，相對溫度65%時，空氣密度為1.225kg/m3基準狀態(tài)：0oC,氣壓1013hpa狀態(tài)下干空風的密度為p=1.293kg/m0空氣密度計算公式:干空氣:p=p273/(273+t)Xp/0.10130P:在溫度t和壓力p狀態(tài)下干空氣的密度kg/m3p:0oC,壓力為0.1013mpa狀態(tài)下干空氣的密度，p=1.293kg/m00P:絕對壓力(mpa) (273+1):熱力學(xué)溫度(k)含水蒸汽的濕空氣p=p273/(273+t)X(p-0.0377$XP)/0.10130b其中:P:濕空氣的全壓力(mpa)P:溫度t時飽和空氣中水蒸汽的分壓力(mpa)be:空氣的相對濕度(%)3.1:大連冬季板端天氣:t=-180 P:1026hpa以干空氣計P=P(273/(273-18))X(0.1026/0.1013)0=PX1.08430=1.4020kg/m33.2臺風來時空氣密度A:設(shè)氣溫25oC,氣壓970,濕度100%P'=P273/(273+t)X(P-0.0378eP)/0.10130b查表可得:P=31.6X102(P)baP'=PX0.9161X{0.097-0.0378X100%X(31.6X0102/百萬)/0.1013}=PX0.8760=1.1328kg/m3由此可以看出冬季空氣密度明顯大于夏季的空氣密度，以上兩種情況空氣密度相差1.2376倍，對風力計算有明顯的影響，這也是我們覺得冬季風“硬”的原因。B:氣溫25oC,氣壓970,干空氣密度P'=p{273/(273+1)} X{P/0.1013}二1?293X0{273/(273+25)}X{0.097/0.1013}二1?1342kg/m3(4)重力加速度g=9.7803(1+0.0053024sin2$-0.000005sin22$)m/se:為緯度

00度時(赤道)g為9.7803m/s①90度時(兩極)g為9.83m/s①45。時 g為9.80618m/s連云港①~350g=9.7803(1+0.0017444-0.0000044)=9.7973m/s緯度較低時，應(yīng)考慮重力加速度的變化，據(jù)說我國在海南文昌設(shè)立衛(wèi)星發(fā)射基地，其中一個重要原因就是重力加速度相對較小。<5>風速:蒲氏風速等級表所列風速是指平地上離地10M處的風速風值.風速是指氣流在單位時間內(nèi)移動的距離,用米/秒或千米/小時表示.風速與高度的關(guān)系:實測表明,風速沿高度呈指數(shù)函數(shù)變化V=V(h/h)ah00h1520304050h152030405060708090100V/V——h——0 11.0581.1021.1661.2141.2531.2851.3131.3381.3601.380地區(qū)，海岸，a取0.14V=V(h/10)0.14h0<6>風力估算6.1：巴拿馬型225mX32.2mX19m,尾樓型普通散系貨船，吃水以尾吃水4.2m,首吃水2m計水線上正,側(cè)面受風面積估算A=CXB2a1B=CXL2a2設(shè)滿載吃水為13m,(4?2+2)/24-13=23.8%,查表得C=1.01,C=0.08212A=32.2X32.2X1.01=1047?1050aB=225X225X0.082=4151?4200a風速41.4m/s(13級上限、風力高度系數(shù)不計)F=1/2XPXV2XC(Acos20+Bsin20)aaa=0.0992XCX(Acos?0+Bsin20)噸aaa設(shè)海平面與碼頭相平,不計落潮0(00)04090140180F(t)75.537946839091a/L0.35?0.450.45?0.550.58?0.8a。70?8287-95100-115從上表可以看出，首來風時受風力最小，只有橫風的0.161倍，即16.1%，只有橫風的六分之一，拋錨首迎風，因此防臺時船舶應(yīng)盡最大可能到錨地拋錨防臺。a:風力中心至船首的距離L為船長ao:風力方向與船尾方向的夾角取平均值:0=1400,a/L=0.69a0=107.50開風:sin72.50X390=372(t)首尾方向:cos72.5X390=117(t)開風分解到首尾:尾0.69X372t=257t首0.31X372t=115t若倒纜不吃水,尾纜水平面受力J —282噸~300噸，同時滿足分力要求.11701170290T0.69290T0.69若出纜角度為300,則尾纜受力為326噸.最高潮,尾部出纜孔距纜樁高度:19-4.2-1=13?8m,纜長=13.8/sin30o=27?6m,即尾部纜繩長度不得低27.6m6.2190X32.2X19,尾樓型普通散雜貨船，吃水以尾吃水4.2m,首吃水加計A=CXB2=1.01X32.2X32.2=1047?1050a1B=CXL2=0.082X190X190=2960.2a2F=(1/2)PV2XC(Acos20+Bsin20)aaa根據(jù)6.1計算可看出0=1400時,尾部受風最大F=1/2X1.1342X41.42X1.675X(1050cos21400+2960.2Xsin2140)=2994170=305噸得：開風二sin72.5oX305?290T首尾方向二cos72.5oX305=91.7T?92T開風分角到首尾：尾：0.69X290=200.1T?200T首：0.31X290=89.9T?90T若倒纜不受力,尾纜水平面合力F=220.15T?220T0設(shè)纜繩仰角為300,則F=F/cos300=254T0同時滿足橫分水平力不少于200T使用6根尾纜,每根尾纜受力42.33T,水平橫向分力33.33T最高潮尾部導(dǎo)纜孔高度13.8m,仰角300,纜繩長度為27.6m

200/254=x/27.6X=21.73（導(dǎo)纜孔（出纜孔）距碼頭橫向中心距）參考7（圖1）計算：F-48T1F=100若F=33.33TF為69.43噸?70噸1可使用部分少100防臺纜低潮受風力〈l〉225mX32.2X19,dA=4.2mdf=2m,設(shè)潮差4m高潮:A=32.2X32.2X1.01=1047aB=225X225X0.082=4151a低潮：A'=1050-4X32.2=918.2?920aB'=4151-4X225=3251?3300aF=1/2XPXv2XC(A'COS20+B'sim0)aaa設(shè)0=1400,C取1.675aF=0.0992X1.675(540+1363.5)F=316噸分解為: 吹開風:sin72.50X316=301t首尾方向： cos72.50X316=94.8?95t吹開風分解:首部受力301X0.31=93t尾部受力301X0.69=208t置另附圖）13.8m37.6m(設(shè)受力F=100噸)置另附圖）13.8m37.6m(設(shè)受力F=100噸)F30m218MF1開風:20817、帶纜分析（13級風，三條船防臺帶纜以7、帶纜分析（13級風，三條船防臺帶纜以69#三檔尾部帶纜為例18/L=F/F010L/37.6=F/F0018/37.6=F/F1

F=18/37?6XF=47.87?48噸1F=30/37F=18/37?6XF=47.87?48噸1F=30/37?6XF=79.79?80噸2257/48=5.35噸,即同角度纜繩至少為6根該角度現(xiàn)為3根,3X48噸=144噸另三根纜繩如圖2,得F'1F2F1=23/56.74XF'=40.53?40噸=50/56.74XF'=88.12?88噸X3=120噸(圖2)F+F'=144+120=264噸,稍大于257噸,基本符合要求.11經(jīng)計算,如防臺三條船面布置,各船首尾纜受力均符合要求,69#首部領(lǐng)水纜需受力,設(shè)纜繩均受力100噸\高潮（潮高6m）出纜長、度橫向分力（t）縱向距離縱向分力（t）低潮（潮位4m）纜繩長度變化高潮漂5m纜繩長度變化低潮漂6m纜繩長度變化67號頭40.15m18m30m(-)1.77m2.48m6.2%1.35m3.4%纜45X3X274X3X267號尾33.75m18m25m(-)1.42m2.92m8.7%2.26m6%纜（內(nèi)）53X374X367號尾52.39m23m45m(-)0.9m2.38m4.5%2.03m3.9%纜（外）44X385X368號頭40.1518m30m(-)1.77m2.48m6.2%1.35m3.4%纜45X3X274X3X268號尾33.75m18m25m(-)1.42m2.92m8.7%2.26m6%纜（內(nèi)）53X374X368號尾52.39m23m45m(-)0.9m2.38m4.5%2.03m3.9%纜（外）44X385X369號尾37.61m18m30m(-)1.28m2.63m7%2.04m5.4%纜（內(nèi)）47X380X369號尾56.74m23m50m(-)0.84m2.2m3.9%1.89m3.3%纜（外）40X388X369號頭98.65m88m40m(-)0.73m4.49m4.6%4.714.8%纜89X440X4首橫倒57.56m45m30m(-)1.24m3.99m7%3.66m6.4%纜78X3-52X3首領(lǐng)水纜43.5m5X492X4(-)1.4m若按平均高度15m計,根據(jù)風力與高度變化的公式得：41.4X(15/10)0.14=43.818m/sF=43.8182/41.42X390=436.8(T)=1.12X390F=416噸F=131噸yxFX0.69=287噸,比257噸多30噸,纜繩受力將增加。y8、13級防臺三條船纜繩少120(及少100)防臺纜69#:4+3+4+6=1768 #:6+2+6=1467 #:6+2+6=14合計45根二、纜繩伸長率及拉應(yīng)力9.1纜繩伸長率及拉應(yīng)力￡=o/EE=o/E=(F/A)/(△L/L)00E:纜繩伸長率E:楊氏模量(MPQ)o:纜繩承受正應(yīng)力o:應(yīng)力E:纜繩的彈性模量o二P/F￡:應(yīng)變率P:外力A:計算截面積0F:纜繩橫截面積L:試樣原始長度0△L:伸長長度纜繩的彈性模量由纜繩本身決定，在購買纜繩時應(yīng)要求廠家提供，拉應(yīng)力與伸長率的關(guān)系曲線圖，現(xiàn)使用的滌丙綸高強度防臺纜未有相應(yīng)參數(shù)，以大連海事大學(xué)劉旗江老師《船用纜繩強度的計算》滌綸拉應(yīng)力與伸長率的關(guān)系圖為參考，得(1)拉應(yīng)力8.846kg/mm2,對應(yīng)伸長率約16%少120防臺纜繩受力:8.846Xn口=8.846X3.14X60X60=99995kg?100噸⑵伸長率為10%時的拉力，查圖得O=5.6kg/mm2P=oXF=5.6X3.14X602=63.3噸3120纜繩伸長10%后的直徑：理想狀態(tài)nr2XL=nr2XL00aar2=(L/L)Xr2=602/1.1a0a0r=57.2 D=114.4aa屮120纜繩拉伸16%后的直徑：nr2XL二nr2XLTOC\o"1-5"\h\z0 0 a ar2=r2X1.160 ar=55.71D=111.4a a屮120纜繩拉伸26%后的直徑：nr2XL二nr2XL0 0 a ar2=r2X1.260 ar=53.45D=106.9a a9.2現(xiàn)部分纜繩直徑（實測）：紅色部分纜繩需進一步確認是磨損所致還是拉伸所致屮120受力在用103.5103.5103.5105105舊纜未使用的116114.5112.5109113屮100受力在用100.599.594.595.595舊纜未使用100101.5103.5105105屮120很少使用124121.5123.5126.5120.5新纜113116.5113104.5114.59.3:0120纜繩伸長率和直徑￡(%)5101516202625D(mm)117.11114.42111.90111.42109.54106.90107.333100纜繩伸長率和直徑￡(%)5101516202625

D(mm)97.5995.3593.2592.8591.2989.0989.449.4纜繩伸長率與拉力公式估算F=oXA0°滌綸=°?3167X_248 9120F=3.14X602X0.3167s1.248(kg)=3580￡1.248=3.58￡1.248噸￡(%)5101516202625F(T)26.6863.37105.11113.93150.51208.81200廠家數(shù)據(jù):滌綸9120,破斷力196000daN約200噸,按上述公式計算破斷伸長率為:25滌綸9100,破斷力149000daN約15噸,按上述公式計算破斷伸長率為:25滌綸996,破斷力129000daN約132噸,按上述公式計算破斷伸長率為:26滌綸9128,破斷力222000daN約227噸,按上述公式計算破斷伸長率為:259.5船舶漂移后的纜繩的變化高潮漂5m（后）纜繩長（m）伸長率（％）纜繩受力（T）M住)m橫<水平橫向分力（T）縱距（m）水平縱向分力（T）67#頭纜42.636.2+10115.72362.4X3X23081.4尾纜內(nèi)36.678.7+10138.42386.8X32594.3尾纜外54.774.5+10100.82851.5X34582.868#頭纜42.636.2+10115.72362.4X3X23081.4尾纜內(nèi)36.768.7+10138.42386.8X32594.3尾纜外54.774.5+10100.82851.5X34582.869#尾纜內(nèi)40.247+10122.92370.2X33091.6尾纜外58.943.9+1095.62845.4X35081.1頭纜103.144.6+10101.69391.6X44039.4

首橫倒纜61.556.9+101225099.1X330-59.46首領(lǐng)水纜67#：首370T尾415 高潮257(T)高度修正