船舶結(jié)構(gòu)與強設計

會計學1船舶結(jié)構(gòu)與強設計零件編號尺寸mm剖面積cm2距參考軸距離cm對參考軸一次矩cm3對參考軸二次矩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對參考軸一次矩：B=8781.6cm3對參考軸二次矩：C=369463.2+65.3=369528.5cm4中性軸距參考軸：E=B/A=33.4cm對中性軸慣性矩：I=C－A*E2=76532.7cm4對面板上表面剖面模數(shù)：W=I/E=2294cm3第1頁/共33頁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對面板上表面剖面模數(shù)：

W1=I1/E=2292cm3中國規(guī)范公式：W=2287cm3，誤差7/2294=0.3%第2頁/共33頁3應力計算如果梁彎矩M=275kNm,剪力Q=380kN。最大彎曲應力：

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

第3頁/共33頁作業(yè)：梁剖面如圖，梁作用彎矩M=150000Nm,列表計算剖面模數(shù)，計算面板上表面和帶板下表面彎曲應力。第4頁/共33頁第2節(jié)

船體彎矩和剪力計算

1.計算船體總強度理論基礎船舶航行在海上，重力和海水作用力沿船長分布不一致，船體將發(fā)生總縱彎曲變形。由于總強度計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力：

船體總強度理論很簡單，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/共33頁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/共33頁2.靜水剪力和彎矩計算

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算？

第7頁/共33頁（2）剪力曲線（3）彎矩曲線第8頁/共33頁靜水剪力和彎矩算例

方駁長80米，寬10米，深6米，空船在淡水中吃水3米。沿船長等分四個艙，中間兩艙各均勻裝載貨物400噸。畫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-軸原點在船尾第9頁/共33頁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)每一計算站內(nèi)重力與浮力相減

第10頁/共33頁彎矩曲線斷面彎矩

=端面到該斷面所有力矩之和（力矩符號規(guī)定:順時針為正,彎矩中拱為正，從右端算起）

第11頁/共33頁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/共33頁3.實際重量曲線計算

重量曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，全船重量沿船長的分布曲線。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。（見教材圖1-3，P6）船舶重量由許多項組成。繪制重量曲線原則：每一項重量的重心在船長方向坐標不變，其分布范圍與實際大體相符，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，重心坐標與實際重心坐標相符。第13頁/共33頁

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與重心一致，并且b=1.195，解出a和c。

第14頁/共33頁②

分布在兩站內(nèi)重量

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

只有兩個平衡條件，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，重心坐標與實際重心坐標相符。第16頁/共33頁4.實際浮力曲線計算浮力曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，浮力沿船長分布狀況的曲線。如何計算浮力沿船長分布？邦戎曲線的作用：見教材圖1-9，P9知道水線位置可從邦戎曲線上查出個站橫剖面浸水面積，進而求出浮力。第17頁/共33頁

為了計算浮力，首先應確定水線位置，即首尾吃水，——縱傾調(diào)整計算。準確的水線位置應使浮力等于船舶總重量，浮心縱坐標與重心坐標一致。最后得到浮力在各站的分布（均布）——也是階梯形曲線。

第18頁/共33頁5.實際載荷曲線計算

載荷曲線：q(x)=w(x)－b(x)

實際計算是各站內(nèi)重量與浮力對應相減，當w(x)＞b(x)時，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，面積對縱軸上任一點力矩等于零。第19頁/共33頁6.剪力彎矩曲線計算

載荷曲線一次積分的剪力曲線，二次計分得彎矩曲線：

實際計算采用梯形積分法，利用表格計算。見表1-2。

第20頁/共33頁中國船級社《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》規(guī)定:

在計算靜水彎矩和靜水切力時，向下的載荷取為正值，向上的載荷取為負值，從尾端向船首沿船長積分。靜水彎矩和靜水切力的符號(正、負)規(guī)定見圖。中拱彎曲為正。第21頁/共33頁7.靜水剪力和彎矩計算步驟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剪力和彎矩計算——梯形積分靜水剪力和彎矩計算需要資料：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/共33頁8.靜水剪力和彎矩分布特點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；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分布。重力分布沿船長分布越均勻，剪力和彎矩值小。設計和使用船時，應盡可能使重力分布與浮力分布一致（沿船長方向）。第23頁/共33頁第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（或簡稱波浪彎矩）的計算最為復雜，有多種計算方法，如靜置波浪理論、動置波浪理論和隨機波浪載荷理論等。

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)范設計，規(guī)范規(guī)定了波浪彎矩和切（剪）力計算方法。第24頁/共33頁1.規(guī)范波浪彎矩和剪力公式中國船級社《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》的波浪彎矩和切力(剪力)計算公式，波浪彎矩和剪力與船長、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，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/共33頁第26頁/共33頁(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見圖。注意：按規(guī)范公式計算，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/共33頁2.靜置波浪法計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的總縱彎曲應力，并將它與許用應力進行比較以判定船體的強度，是軍船船體總縱強度計算中的主要方法。

《艦船通用規(guī)范》采用靜置波浪法計算波浪彎矩。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方向上航行，此時船體與波的相對速度為零，此時水面不是平面，而是具有波形的曲面。這樣就可以認為，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的分布規(guī)律并不一致，相對靜水彎矩和剪力產(chǎn)生附加波浪彎矩和剪力。第28頁/共33頁2.靜置波浪法計算波浪彎矩（1）波形——坦谷波

波形為坦谷波，波長等于船長（設計水線長），波高隨船長變化。比如，L=130m，h=6.5m,一般波高約為船長二十分之一。

第29頁/共33頁（2）船與波浪相對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/共33頁（3）波浪彎矩計算