船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計第一章

船舶強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章船舶靜置在波浪上的外力計算

本節(jié)內(nèi)容概述1靜水彎矩計算2波浪附加彎矩計算3剪力和彎矩計算實例4CompanyLogo概述船舶在波浪上的變形特征于受力

靜置：1）船舶與波浪相對速度為零；2）船體重力和浮力處于平衡狀態(tài)。

1、船舶在波浪上的受力與變形特征

2、計算工況：滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓載到港（10%消耗品）

3、船體產(chǎn)生彎矩和剪力的原因

4、船體斷面彎矩的組成：靜水彎矩+波浪附加彎矩CompanyLogo中垂變形(sagging)中拱變形(hogging)

船體受負(fù)彎矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受壓，船底受拉，發(fā)生中部下垂的變形。

船體受正彎矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受壓，發(fā)生中部上拱的變形。CompanyLogodM¤>dM：中垂變形dM¤<dM：中拱變形dM¤

＝dM：無拱垂變形首尾平均吃水：拱垂判定：拱垂值：利用吃水判定船舶的拱垂CompanyLogo概述計算原理總縱彎曲應(yīng)力計算的基本原理:根據(jù)材料力學(xué)中的柏努利梁理論,計算船體梁的總縱彎曲應(yīng)力。根據(jù)材料力學(xué)的理論，受彎曲梁中應(yīng)力按下式計算：

式中：M計算剖面的總縱彎矩

I剖面慣性矩

Z距離中和軸的距離CompanyLogo概述本書介紹的船體強(qiáng)度計算方法是標(biāo)準(zhǔn)計算方法，也是一種比較強(qiáng)度計算方法。為什么說是比較強(qiáng)度，不是真實強(qiáng)度？

比較強(qiáng)度與概率方法的比較。CompanyLogo靜水彎矩計算計算原理總縱彎曲應(yīng)力計算的基本原理:根據(jù)材料力學(xué)中的柏努利梁理論,計算船體梁的總縱彎曲應(yīng)力。根據(jù)材料力學(xué)的理論，受彎曲梁中應(yīng)力按下式計算：

式中：M計算剖面的總縱彎矩

I剖面慣性矩

Z距離中和軸的距離CompanyLogo靜水彎矩計算計算原理靜水彎矩：顧名思義，船舶靜置在靜水中產(chǎn)生的彎矩。

船舶正浮條件：1）重力浮力相等；2）重心浮心在同一鉛垂線上。

所以，彎矩計算可以進(jìn)一步分為兩部分：重力引起和浮力引起的。

CompanyLogo靜水彎矩計算計算原理基本計算公式

CompanyLogo

3、負(fù)荷曲線（Loadcurve）

5、彎矩曲線（Bendingmomentcurve）4、剪力曲線（Shearcurve）1、重量曲線（Weightcurve）

2、浮力曲線（Buoyancycurve）示例實例CompanyLogo結(jié)論CompanyLogo5t5tdXXOBACDOBACDOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m結(jié)論CompanyLogo剪力最大值Nmax：彎矩最大值Mmax

：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m

位于距首尾L/4剖面的中和軸處；

位于船中剖面的上甲板處。

位于距首尾L/4的剖面處；

位于船中剖面處。剪應(yīng)力最大值τmax：彎曲應(yīng)力最大值σmax

： CompanyLogo靜水彎矩計算重量分布

重量分布曲線：表示船長方向單位長度上重量大小的曲線。 重量曲線的物理意義：面積等于全船重量，形心為船舶重心。 1、船舶重量的分類

2、重量的分配原則 重量不變，重心不變，范圍不變，站距均布CompanyLogo靜水彎矩計算主體鋼料及舾裝分配（全船性重量分配）

1）梯形分布方法單位長度重量，均布為W/L，平行舯體部分構(gòu)件強(qiáng)大，重量集度大，因此，重量分布沿船長方向應(yīng)該為中間集度大，向首尾逐漸減小。圖1、重量沿船長方向的分布

CompanyLogo靜水彎矩計算系數(shù)a，b，c的確定

方程的建立原則：面積=重量面積形心=重心

提供兩個方程，根據(jù)船舶的外形，豐滿程度，補(bǔ)充第三

個條件確定系數(shù)b，則可確定系數(shù)a和c。重量等于面積

和形心等于重心得

CompanyLogo靜水彎矩計算

對于瘦形船舶，b=1.195,對于豐滿的船舶，b=1.174。得到如下確定a和c的公式

對肥型船舶，b=1.174，則CompanyLogo靜水彎矩計算局部性重量分配

1）分布在兩個站距內(nèi)的重量

CompanyLogo靜水彎矩計算2）分布在三個站距內(nèi)的重量

課后大家推導(dǎo)一下。CompanyLogo靜水彎矩計算分布在站外的重量處理各站間重量疊加，得到各個站間的重量，如下圖所示：CompanyLogo靜水彎矩計算浮力曲線

縱傾調(diào)整方法：解析法和逐步近似法。調(diào)整船舶在靜水中的縱傾時，用逐步近似法比較方便。

進(jìn)行縱傾調(diào)整時，應(yīng)具有邦戎曲線、靜水力曲線以及船舶重量重心等資料。

假定:1)縱傾調(diào)整過程中,水線面面積A不變；2）漂心位置不變；3）不計船體變形的影響。CompanyLogo靜水彎矩計算CompanyLogo如果上式不滿足，說明船舶處于不平衡狀態(tài)，需要調(diào)整首尾的吃水，調(diào)整船舶浮心的縱向位置。由型排水體積，查處dm計算排水體積、縱向坐標(biāo),漂心,、水線面面積A、縱穩(wěn)心M半徑、浮心高度和浮心縱向位置。檢查浮心的縱向位置和重心的縱向位置，精度靜水彎矩計算CompanyLogo第一次調(diào)整首尾吃水使浮心向船首移動，增大首吃水和減小尾吃水。圖第一次縱傾調(diào)整CompanyLogo假定縱傾角為，則首尾吃水為

使船首傾力矩為使船尾傾力矩為于是得船舶縱搖平衡時為小量。CompanyLogo由da和df在邦戎曲線上作出水線，邦戎曲線CompanyLogo當(dāng)上述條件不滿足時，說明船舶仍未達(dá)到受力和力矩的平衡，繼續(xù)改變首尾吃水，進(jìn)行調(diào)整。第2次調(diào)整首尾吃水比較排水體積和，比較浮心縱向位置和重心的縱向位置CompanyLogo如果V0大于V1，則船舶增加吃水，加大排水量；如果如果V0小于V1，則船舶減小吃水，減小排水量。按照上述步驟進(jìn)行，直至滿足精度要求，表示船舶已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。CompanyLogo靜水彎矩計算載荷曲線計算公式

剪力和彎矩曲線的特征

1）首尾端剪力和彎矩為零；

2）彎矩曲線上任意點的斜率，等于該剖面的剪力，因此彎矩最大剖面，剪力為零；

3）在1/4船長剖面，彎矩曲線出現(xiàn)拐點，該剖面剪力出現(xiàn)極大值。CompanyLogo波浪附加彎矩計算關(guān)鍵：確定船舶在波浪中浮力的改變量波浪附加彎矩的標(biāo)準(zhǔn)計算方法1、船舶與波浪的相對位置 兩種遭遇狀態(tài)：波峰在船中；波谷在船中。2、波浪參數(shù)的確定（1）波形：二維坦谷波（trochodalwave）。

CompanyLogo波浪附加彎矩計算特點：波峰較陡，波谷平坦，關(guān)于波軸線上下不對稱。（2）波長當(dāng)船舶長度與波長的為何比例時，船舶受力較大？這是確定波長的原則。

圖船舶遭遇不同波長的波浪CompanyLogo波浪附加彎矩計算引起較大載荷的波浪：1.1倍船長。計算中，取波長等于船長，即

波浪附加彎矩的標(biāo)準(zhǔn)計算方法：（1）船舶靜置于波浪上，船舶航向與波浪傳播方向相同；（2）取二維坦谷波為波浪模型，取波長等于船長；（3）船中分別位于波峰和波谷。 CompanyLogo波浪附加彎矩計算坦谷波形的繪制方法

在邦戎曲線上作出坦谷波形，得到各站吃水，便可以確定各個站的橫剖面浸水面積。取圓盤的半徑為R，距離圓心的點P0，并且有

圓盤滾動一周，P0點的軌跡，即為坦谷波形。坦谷波形的方程為：圖中，圓心水平移動距離為。CompanyLogo波浪附加彎矩計算

圖坦谷波形的形成CompanyLogo波浪附加彎矩計算波浪中附加剪力和彎矩的計算公式為波浪中平衡時的浮力曲線。CompanyLogo波浪附加彎矩計算 需要確定的一點是：船在波浪中平衡的位置。靜水狀態(tài)下可以確定水線的位置，波浪狀態(tài)下水線是一條曲線，船體各部分吃水不同，且船尾、船首和船中形狀不同，因此，有波浪狀態(tài)下船需要調(diào)整才能平衡。

麥卡爾方法：船側(cè)自空載水線至滿載水線間可以