重量曲線(xiàn)和浮力曲線(xiàn)

1、項(xiàng)目二項(xiàng)目二 船體強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)船體強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí) 2-1 船體強(qiáng)度概論與船體受到的外力船體強(qiáng)度概論與船體受到的外力2-2 船體梁的受力與變形船體梁的受力與變形2-3 重量曲線(xiàn)和浮力曲線(xiàn)重量曲線(xiàn)和浮力曲線(xiàn)2-4 船體靜波浪剪力和彎矩的計(jì)算船體靜波浪剪力和彎矩的計(jì)算2-5 船體總剪力和彎矩計(jì)算實(shí)例船體總剪力和彎矩計(jì)算實(shí)例2-6 鋼質(zhì)船舶的總縱強(qiáng)度計(jì)算鋼質(zhì)船舶的總縱強(qiáng)度計(jì)算2-7 剖面幾何性質(zhì)剖面幾何性質(zhì)2-3 重量曲線(xiàn)和浮力曲線(xiàn)本次課學(xué)習(xí)目標(biāo)本次課學(xué)習(xí)目標(biāo):l 重量曲線(xiàn)的意義；重量曲線(xiàn)的意義；l 了解重量曲線(xiàn)繪制原理及方法；了解重量曲線(xiàn)繪制原理及方法；l 理解重量分布原則；理解重量分布原則；

2、l 掌握幾種局部重量的分布處理方法掌握幾種局部重量的分布處理方法 (重點(diǎn)重點(diǎn))根據(jù)前面的分析可知，為了計(jì)算剪力和彎矩，根據(jù)前面的分析可知，為了計(jì)算剪力和彎矩，必須先作出重量分布曲線(xiàn)必須先作出重量分布曲線(xiàn)w(x)和浮力分布曲線(xiàn)和浮力分布曲線(xiàn)b(x)，然后求得載荷曲線(xiàn)，然后求得載荷曲線(xiàn)q(x)，再再 。一、重量曲線(xiàn)的意義一、重量曲線(xiàn)的意義1. * 重量曲線(xiàn)重量曲線(xiàn)： 船舶在船舶在某一某一計(jì)算狀態(tài)下，描述全船重量計(jì)算狀態(tài)下，描述全船重量沿船長(zhǎng)分布狀況沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線(xiàn)，的曲線(xiàn)，稱(chēng)為重量曲線(xiàn)。稱(chēng)為重量曲線(xiàn)。2.重量曲線(xiàn)圖的意義：重量曲線(xiàn)圖的意義： 其縱坐標(biāo)表示船體梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上重量分布值其縱坐標(biāo)表示船

3、體梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上重量分布值,即作用于單位長(zhǎng)度上的即作用于單位長(zhǎng)度上的重力值。如下所示：重力值。如下所示： x(船長(zhǎng)）P(x) (重量單位）xipi表示在此處船體梁的重量為pi 3.重量曲線(xiàn)的計(jì)算與繪制：重量曲線(xiàn)的計(jì)算與繪制： 將船舶的各項(xiàng)重量按將船舶的各項(xiàng)重量按靜力等效原則靜力等效原則分布在相應(yīng)分布在相應(yīng)的船長(zhǎng)范圍內(nèi)，再按站號(hào)逐項(xiàng)迭加，即可得重量的船長(zhǎng)范圍內(nèi)，再按站號(hào)逐項(xiàng)迭加，即可得重量曲線(xiàn)。曲線(xiàn)。 什么是靜力等效什么是靜力等效？ （必須理解掌握?。ū仨毨斫庹莆眨。?* 靜力等效原則：靜力等效原則： （同理論力學(xué)相同）（同理論力學(xué)相同）保持重量的大小不變：）保持重量的大小不變： 近似分布曲線(xiàn)所

4、圍的面積等于該項(xiàng)實(shí)際重量；近似分布曲線(xiàn)所圍的面積等于該項(xiàng)實(shí)際重量；）保持重心的縱向坐標(biāo)不變：）保持重心的縱向坐標(biāo)不變： 即使近似分布曲線(xiàn)所圍的面積形心縱坐標(biāo)與該項(xiàng)即使近似分布曲線(xiàn)所圍的面積形心縱坐標(biāo)與該項(xiàng)重量的重心縱坐標(biāo)相等，通過(guò)合力矩不變?cè)瓌t來(lái)實(shí)重量的重心縱坐標(biāo)相等，通過(guò)合力矩不變?cè)瓌t來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)。）假定的分布范圍及近似分布曲線(xiàn)形狀與該重量的實(shí)）假定的分布范圍及近似分布曲線(xiàn)形狀與該重量的實(shí)際分布盡量相似。際分布盡量相似。l 手工計(jì)算時(shí)，列表進(jìn)行；根據(jù)個(gè)理論站距分布的重量來(lái)進(jìn)行手工計(jì)算時(shí)，列表進(jìn)行；根據(jù)個(gè)理論站距分布的重量來(lái)進(jìn)行計(jì)算；計(jì)算；l常把真實(shí)的重量分布假定為常把真實(shí)的重量分布假定為梯形梯

5、形分布，如下圖所示：分布，如下圖所示：l由上圖可以看出，要計(jì)算繪制該圖形，必須的資料有：由上圖可以看出，要計(jì)算繪制該圖形，必須的資料有：（）（）重量、重心明細(xì)表：重量、重心明細(xì)表：表明船上各項(xiàng)集中重量及其表明船上各項(xiàng)集中重量及其重心位置。重心位置。（）各項(xiàng)分布重量沿縱向的分布情況，見(jiàn)船體（）各項(xiàng)分布重量沿縱向的分布情況，見(jiàn)船體縱中剖縱中剖面圖面圖等重量重心資料（等重量重心資料（比較直觀比較直觀）。）。二、重量的分類(lèi)及其分布原則二、重量的分類(lèi)及其分布原則重量應(yīng)分類(lèi)計(jì)算重量應(yīng)分類(lèi)計(jì)算）按）按變動(dòng)情況變動(dòng)情況來(lái)來(lái)）按）按分布情況分布情況來(lái)分來(lái)分 2分布原則：分布原則： 靜力等效原則靜力等效原則不變重

6、量:指空船重量變動(dòng)重量：指裝載重量總體性重量：全長(zhǎng)范圍內(nèi)有分布局部性重量：局部范圍內(nèi)有分布 三、三、* 局部性重量分布的各種情況及處理：局部性重量分布的各種情況及處理：（一）分布在（一）分布在兩個(gè)理論站距內(nèi)兩個(gè)理論站距內(nèi)的重量的重量 如圖所示，某項(xiàng)以任意規(guī)律分布在兩個(gè)站距如圖所示，某項(xiàng)以任意規(guī)律分布在兩個(gè)站距內(nèi)的重量為內(nèi)的重量為P，重心距重心距i站的距離為站的距離為a。求分布在兩個(gè)站距內(nèi)的重量分別為多。求分布在兩個(gè)站距內(nèi)的重量分別為多少？少？分析：分析： ）要求的將此重量分別分布到兩個(gè)站距上去。）要求的將此重量分別分布到兩個(gè)站距上去。）重量的簡(jiǎn)化圖形：）重量的簡(jiǎn)化圖形：認(rèn)為是階梯形分布。認(rèn)為是

7、階梯形分布。）分布原則：）分布原則：靜力等效原則。靜力等效原則。i-1ii+1a 1. 按分布原則按分布原則(3)，用，用(i-1)i及及i(i+1)兩個(gè)理論站距內(nèi)的階梯形曲線(xiàn)代替兩個(gè)理論站距內(nèi)的階梯形曲線(xiàn)代替真實(shí)分布。真實(shí)分布。 從上圖可以看見(jiàn)，此時(shí)實(shí)際上就是將以前的用階梯形分布到了兩個(gè)站從上圖可以看見(jiàn)，此時(shí)實(shí)際上就是將以前的用階梯形分布到了兩個(gè)站距內(nèi)。距內(nèi)。 2.根據(jù)靜力等效原則：根據(jù)靜力等效原則：（）分布前后重量不變，即：（）分布前后重量不變，即：PP這里的這里的P和和P分別表示什么？分別表示什么？i-1ii+1pPP和P表示分布后的重量，是矩形的面積。 則應(yīng)有等式（）則應(yīng)有等式（） ：

8、（）（） 3.根據(jù)靜力等效原則，重量分布后保持重量的重心縱標(biāo)不變，根據(jù)靜力等效原則，重量分布后保持重量的重心縱標(biāo)不變，即保持力矩不變。即保持力矩不變。分布前，相對(duì)于分布前，相對(duì)于i站的力距為：站的力距為：a 分布后，在一個(gè)站距內(nèi)的力是均布的，相對(duì)于分布后，在一個(gè)站距內(nèi)的力是均布的，相對(duì)于i站來(lái)說(shuō)產(chǎn)站來(lái)說(shuō)產(chǎn)生的分矩為生的分矩為: 因此有等式（因此有等式（2）存在：）存在：（）（）2221LPLP1222LLPPP a 由上可得： 4.解得： 5. 則兩個(gè)站距內(nèi)的均布載荷q1,q2 分別為：PaLPPPPP)(212121)5 . 0()5 . 0(21LaPPLaPPLLaPLPqLLaPLPq

9、/ )5 . 0(/ )5 . 0(2211（二）（二）分布在三個(gè)理論站距內(nèi)的重量分布在三個(gè)理論站距內(nèi)的重量應(yīng)用靜力等效原則，分三種情況進(jìn)行討論：應(yīng)用靜力等效原則，分三種情況進(jìn)行討論：【根據(jù)靜力等效原則，【根據(jù)靜力等效原則，只能只能列出二個(gè)方程式，所以應(yīng)該先分到兩個(gè)最恰當(dāng)?shù)睦砹谐龆€(gè)方程式，所以應(yīng)該先分到兩個(gè)最恰當(dāng)?shù)睦碚撜揪鄡?nèi)，視具體情況再進(jìn)一步分。論站距內(nèi)，視具體情況再進(jìn)一步分?！浚ǘǘ┓植荚谌齻€(gè)理論站距內(nèi)的重量分布在三個(gè)理論站距內(nèi)的重量應(yīng)用靜力等效原則，應(yīng)分三種情況進(jìn)行討論：應(yīng)用靜力等效原則，應(yīng)分三種情況進(jìn)行討論：【根據(jù)靜力等效原則，【根據(jù)靜力等效原則，只能只能列出二個(gè)方程式，所以應(yīng)

10、該先分到兩個(gè)最恰當(dāng)?shù)睦砹谐龆€(gè)方程式，所以應(yīng)該先分到兩個(gè)最恰當(dāng)?shù)睦碚撜揪鄡?nèi)，視具體情況再進(jìn)一步分。論站距內(nèi)，視具體情況再進(jìn)一步分?！浚ㄈ┦?、尾理論站外的重量（三）首、尾理論站外的重量應(yīng)把首尾理論站之外的重量移到應(yīng)把首尾理論站之外的重量移到兩個(gè)兩個(gè)理論站距內(nèi)，見(jiàn)理論站距內(nèi)，見(jiàn)下圖：下圖：P1）在號(hào)站之外，還有一重量。）在號(hào)站之外，還有一重量。2）將號(hào)站之外的重量分布理論站之內(nèi)的兩個(gè)站）將號(hào)站之外的重量分布理論站之內(nèi)的兩個(gè)站距來(lái)。距來(lái)。PP1P2從圖中這里可以看出：21PPP為何要在坐標(biāo)軸一上一下的進(jìn)行分布？LPPaP)2123(21可得：)21()23(21LaPPLaPP4.桅桿、絞車(chē)及橫艙

11、壁等集中重量：桅桿、絞車(chē)及橫艙壁等集中重量： l應(yīng)在所在的相應(yīng)適當(dāng)站距內(nèi)分布。應(yīng)在所在的相應(yīng)適當(dāng)站距內(nèi)分布。l如果該項(xiàng)重量不超過(guò)船舶重量的如果該項(xiàng)重量不超過(guò)船舶重量的1%，則可認(rèn)為其均勻分，則可認(rèn)為其均勻分布在相應(yīng)理論站距內(nèi)。布在相應(yīng)理論站距內(nèi)。（一）（一）估算法：估算法：1.梯形法：梯形法：適用的船舶：中部具有適用的船舶：中部具有平行中體平行中體，且，且中部豐滿(mǎn)、中部豐滿(mǎn)、兩端尖瘦兩端尖瘦；假定的重量分布為：假定的重量分布為： 將整個(gè)船體均分為三部分將整個(gè)船體均分為三部分 3*（L/3）1.平行中體部分為均勻分布；平行中體部分為均勻分布；2.兩端尖瘦部分為兩端尖瘦部分為梯形分布梯形分布表示。

12、表示。3.再根據(jù)靜力等效原則求出梯形形狀參數(shù)再根據(jù)靜力等效原則求出梯形形狀參數(shù)a b c四、總體性重量分布的計(jì)算：四、總體性重量分布的計(jì)算：梯形法梯形法例例設(shè)某船船長(zhǎng)為L(zhǎng)，船體部分的重量為W，其重心位于船舯后處。認(rèn)為該船體重量分布可由圖所示梯形曲線(xiàn)表示，其中艏、舯和艉處三剖面的重量集度分別為cW/L，bW/L和aW/L，試證明： Lxcacbag710864圖2.2.2尾首bWLcWLaWLxgL9解：如圖所示作輔助線(xiàn)依力矩平衡可得gxWLLLLWca)692(3)(21gxcaL6)6192)(ggxxcaL71087186)(gxca7108最后化簡(jiǎn)為：又由靜力平衡可得：WLbLWLcbL

13、WLbaLW33)(213)(2113)(61)(61bcbba62 bcbba所以有： 64cba因此得證。2.圍長(zhǎng)法： 假設(shè)船體結(jié)構(gòu)單位長(zhǎng)度的重量與該橫剖面圍假設(shè)船體結(jié)構(gòu)單位長(zhǎng)度的重量與該橫剖面圍長(zhǎng)成比例：長(zhǎng)成比例： 2( )( )(/)kN( )mAmkkwl xxkN mAwl x為船舶主體結(jié)構(gòu)總重量，為x剖面處含甲板的圍長(zhǎng)，為全船表面積，顯然 就為x剖面處的重量分布。( )x共有共有4個(gè)步驟：個(gè)步驟：1.確定確定K2.求求、 L3.求求 g、g0、g1 （由（由 ）4.求求 0、1 （由（由 g、g0 及及 g、g1 ） 則則7個(gè)參數(shù)個(gè)參數(shù)均已求出。均已求出。 3.庫(kù)爾求莫夫法【略】

14、（注： 對(duì)上層建筑縱向發(fā)達(dá)的大、中型客船，上層建筑結(jié)構(gòu)重量亦可包括在內(nèi)進(jìn)行分布。） (要在結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)后進(jìn)行要在結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)后進(jìn)行) 需要精確對(duì)各種重量根據(jù)重量重心表進(jìn)行需要精確對(duì)各種重量根據(jù)重量重心表進(jìn)行分布，最后疊加即可。分布，最后疊加即可。（二）精確算法：五、浮力曲線(xiàn)的計(jì)算五、浮力曲線(xiàn)的計(jì)算.浮力曲線(xiàn)：浮力曲線(xiàn)：是船舶在是船舶在一定裝載情況下，一定裝載情況下，描述浮力沿船長(zhǎng)分布狀況的曲描述浮力沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線(xiàn)。浮力曲線(xiàn)是針對(duì)某種確定浮態(tài)的浮力曲線(xiàn)。線(xiàn)。浮力曲線(xiàn)是針對(duì)某種確定浮態(tài)的浮力曲線(xiàn)。 2.浮力曲線(xiàn)常按浮力曲線(xiàn)常按邦戎曲線(xiàn)邦戎曲線(xiàn)及靜水力曲線(xiàn)求得：及靜水力曲線(xiàn)求得：當(dāng)船舶的浮態(tài)確

15、定后當(dāng)船舶的浮態(tài)確定后，便能在邦戎曲線(xiàn)上得到各站在確定，便能在邦戎曲線(xiàn)上得到各站在確定浮態(tài)下的橫剖面面積，從而繪出沿船長(zhǎng)分布的橫剖面面積曲浮態(tài)下的橫剖面面積，從而繪出沿船長(zhǎng)分布的橫剖面面積曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)的縱坐標(biāo)值乘以水的相對(duì)密度便得到了浮力曲線(xiàn)。線(xiàn)，該曲線(xiàn)的縱坐標(biāo)值乘以水的相對(duì)密度便得到了浮力曲線(xiàn)。 邦戎曲線(xiàn)表示船舶各橫剖面在不同吃水狀態(tài)下的面積所邦戎曲線(xiàn)表示船舶各橫剖面在不同吃水狀態(tài)下的面積所圍成的曲線(xiàn)，圍成的曲線(xiàn)，邦戎曲線(xiàn)ll比如，計(jì)算站船體的浮力值：2)(86)86(LgFgFb顯然這是一種梯形法；然后可以求出全船在浮力。、計(jì)算浮態(tài)、計(jì)算浮態(tài)靜水平衡計(jì)算的靜水平衡計(jì)算的3個(gè)個(gè)步驟步驟1）查

16、數(shù)據(jù)：）查數(shù)據(jù)： 根據(jù)給定計(jì)算狀態(tài)的根據(jù)給定計(jì)算狀態(tài)的船舶排水量船舶排水量M，從靜水力曲線(xiàn)圖上查得如下數(shù)，從靜水力曲線(xiàn)圖上查得如下數(shù)據(jù)：據(jù)：平均吃水平均吃水dm(m)、浮心距船中的距離、浮心距船中的距離xb、（中前為正，、（中前為正，m）、縱穩(wěn)心）、縱穩(wěn)心半徑半徑R(m)、水線(xiàn)面面積、水線(xiàn)面面積A(m2)、漂心距船中的距離、漂心距船中的距離xf（中前為正，（中前為正，m）確定船舶浮態(tài)）確定船舶浮態(tài)（靜水平衡計(jì)算），（靜水平衡計(jì)算），必要時(shí)需要必要時(shí)需要縱傾調(diào)整：縱傾調(diào)整：判斷標(biāo)準(zhǔn)：判斷標(biāo)準(zhǔn)：如不滿(mǎn)足上式標(biāo)準(zhǔn)，則需要進(jìn)行縱傾調(diào)整。如不滿(mǎn)足上式標(biāo)準(zhǔn)，則需要進(jìn)行縱傾調(diào)整。 %1 . 0%05. 0Lxbxg縱傾調(diào)整的步驟：縱傾調(diào)整的步驟：1.設(shè)縱傾角為設(shè)縱傾角為，由于實(shí)船的縱穩(wěn)性半徑由于實(shí)船的縱穩(wěn)性半徑R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于KC，則有，則有 RxxtgbgRxxxLddbgfmf21RxxxLddbgfma21首吃水尾吃水2. 計(jì)算首、尾吃水（第一次近似計(jì)算）縱傾調(diào)整的步驟：縱傾調(diào)整的步驟：3. 根據(jù)計(jì)算出的首、尾吃水（根據(jù)計(jì)算出的首、尾吃水（浮態(tài)浮態(tài)），利用），利用邦戎曲線(xiàn)求出該浮態(tài)時(shí)的浮力分布，邦戎曲線(xiàn)求出該浮態(tài)時(shí)的浮力分布，計(jì)算出計(jì)算出新的新的總浮力總浮力B1及其浮心及其浮心xb1。4.