船舶结构强度设计第一章.

Logo船舶强度与结构设计第一章船舶静置在波浪上的外力计算Logo概述船舶在波浪上的变形特征于受力静置：1）船舶与波浪相对速度为零；2）船体重力和浮力处于平衡状态。1、船舶在波浪上的受力与变形特征2、计算工况：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港（10%消耗品）3、船体产生弯矩和剪力的原因4、船体断面弯矩的组成：静水弯矩+波浪附加弯矩Logo中垂变形(sagging)中拱变形(hogging)船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。船体受正弯矩作用，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，船底受压，发生中部上拱的变形。LogodM¤dM：中垂变形dM¤dM：中拱变形dM¤＝dM：无拱垂变形Mdd－)dd(21dAFM首尾平均吃水：拱垂判定：拱垂值：利用吃水判定船舶的拱垂Logo概述计算原理总纵弯曲应力计算的基本原理:根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力。根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算：式中：M计算剖面的总纵弯矩I剖面惯性矩Z距离中和轴的距离iizIMjjWMjjzIWLogo概述本书介绍的船体强度计算方法是标准计算方法，也是一种比较强度计算方法。为什么说是比较强度，不是真实强度？比较强度与概率方法的比较。Logo静水弯矩计算计算原理总纵弯曲应力计算的基本原理:根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力。根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算：式中：M计算剖面的总纵弯矩I剖面惯性矩Z距离中和轴的距离iizIMjjWMjjzIWLogo静水弯矩计算计算原理静水弯矩：顾名思义，船舶静置在静水中产生的弯矩。船舶正浮条件：1）重力浮力相等；2）重心浮心在同一铅垂线上。所以，弯矩计算可以进一步分为两部分：重力引起和浮力引起的。Logo静水弯矩计算计算原理基本计算公式)]x(b[)]x(b)x(p[xbxpxqsxxsxdx)]x(b[dx)]x(b)x(p[dx)x(qxN000)x(N)x(NwswsxwxxsMMdxxNdxxNdxxNxM000)()()(Logo、负荷曲线（Loadcurve）5、弯矩曲线（Bendingmomentcurve）4、剪力曲线（Shearcurve）1、重量曲线（Weightcurve）)(xW2、浮力曲线（Buoyancycurve）)x()x()x()x(Wqx0)x()x(dxqNx0x0)x(x0)x()x(dxqdxNM示例实例Logo)x(W1、)x(2、)x()x()x(Wq3、x0)x()x(dxqN4、x0x0)x(x0)x()x(dxqdxNM5、结论Logox0)x()x(dxqNx0)x()x(dxNM5t5tdXXOBACDOBACDOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m)x(W)x()x()x()x(Wqm20L,t10W0结论Logo：弯矩最大值Mmax：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m位于距首尾L/4剖面的中和轴处；位于船中剖面的上甲板处。位于距首尾L/4的剖面处；位于船中剖面处。剪应力最大值τmax：弯曲应力最大值σmax：Logo静水弯矩计算重量分布重量分布曲线：表示船长方向单位长度上重量大小的曲线。重量曲线的物理意义：面积等于全船重量，形心为船舶重心。1、船舶重量的分类2、重量的分配原则重量不变，重心不变，范围不变，站距均布Logo静水弯矩计算主体钢料及舾装分配（全船性重量分配）1）梯形分布方法单位长度重量，均布为W/L，平行舯体部分构件强大，重量集度大，因此，重量分布沿船长方向应该为中间集度大，向首尾逐渐减小。图1、重量沿船长方向的分布Logo静水弯矩计算系数a，b，c的确定方程的建立原则：面积=重量面积形心=重心提供两个方程，根据船舶的外形，丰满程度，补充第三个条件确定系数b，则可确定系数a和c。重量等于面积和形心等于重心得Lxcacabg710864Logo静水弯矩计算对于瘦形船舶，b=1.195,对于丰满的船舶，b=1.174。得到如下确定a和c的公式LxcLxagg75461.075461.0对肥型船舶，b=1.174，则LxcLxagg754652.0754652.0Logo静水弯矩计算局部性重量分配1）分布在两个站距内的重量Logo）分布在三个站距内的重量课后大家推导一下。Logo静水弯矩计算分布在站外的重量处理各站间重量叠加，得到各个站间的重量，如下图所示：Logo静水弯矩计算浮力曲线纵倾调整方法：解析法和逐步近似法。调整船舶在静水中的纵倾时，用逐步近似法比较方便。进行纵倾调整时，应具有邦戎曲线、静水力曲线以及船舶重量重心等资料。假定:1)纵倾调整过程中,水线面面积A不变；2）漂心位置不变；3）不计船体变形的影响。Logo如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置。L%.xxbg10由型排水体积，查处dm计算排水体积、纵向坐标,漂心,、水线面面积A、纵稳心M半径、浮心高度和浮心纵向位置。检查浮心的纵向位置和重心的纵向位置，精度bxfx静水弯矩计算Logo第一次调整首尾吃水使浮心向船首移动，增大首吃水和减小尾吃水。图第一次纵倾调整adfdLogo)2/(fmfxLdd)2/(fmaxLdd假定纵倾角为，则首尾吃水为使船首倾力矩为使船尾倾力矩为MGH0GCHR00HR于是得sinBR船舶纵摇平衡时sin)(BRxxWbgRxxbg为小量。)xx(Wbgsin0BHLogo)x/L(ddbgfmf2Rxx)x/L(ddbgfma2由da和df在邦戎曲线上作出水线，邦戎曲线Logo当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡，继续改变首尾吃水，进行调整。第2次调整首尾吃水00150V%.VVL%.xxbg101比较排水体积和，比较浮心纵向位置和重心的纵向位置0Vgx1bxLogo)x/L(AVVddbgfmf210Rxx)x/L(AVVddbgfma210如果V0大于V1，则船舶增加吃水，加大排水量；如果如果V0小于V1，则船舶减小吃水，减小排水量。按照上述步骤进行，直至满足精度要求，表示船舶已经达到平衡状态。Logo）首尾端剪力和弯矩为零；2）弯矩曲线上任意点的斜率，等于该剖面的剪力，因此弯矩最大剖面，剪力为零；3）在1/4船长剖面，弯矩曲线出现拐点，该剖面剪力出现极大值。xbxpxqsLogo波浪附加弯矩计算关键：确定船舶在波浪中浮力的改变量波浪附加弯矩的标准计算方法1、船舶与波浪的相对位置两种遭遇状态：波峰在船中；波谷在船中。2、波浪参数的确定（1）波形：二维坦谷波（trochodalwave）。Logo波浪附加弯矩计算特点：波峰较陡，波谷平坦，关于波轴线上下不对称。（2）波长当船舶长度与波长的为何比例时，船舶受力较大？这是确定波长的原则。图船舶遭遇不同波长的波浪Logo波浪附加弯矩计算引起较大载荷的波浪：1.1倍船长。计算中，取波长等于船长，即波浪附加弯矩的标准计算方法：（1）船舶静置于波浪上，船舶航向与波浪传播方向相同；（2）取二维坦谷波为波浪模型，取波长等于船长；（3）船中分别位于波峰和波谷。LLogo波浪附加弯矩计算坦谷波形的绘制方法在邦戎曲线上作出坦谷波形，得到各站吃水，便可以确定各个站的横剖面浸水面积。取圆盘的半径为R，距离圆心的点P0，并且有2R002Phr圆盘滚动一周，P0点的轨迹，即为坦谷波形。cosrysinrx2坦谷波形的方程为：图中，圆心水平移动距离为。210OOLogo波浪附加弯矩计算波浪中附加剪力和弯矩的计算公式xwswdx)]x(b)x(b[)x(N0xwwdxxNxM0)()x(bw为波浪中平衡时的浮力曲线。Logo波浪附加弯矩计算需要确定的一点是：船在波浪中平衡的位置。静水状态下可以确定水线的位置，波浪状态下水线是一条曲线，船体各部分吃水不同，且船尾、船首和船中形状不同，因此，有波浪状态下船需要调整才能平衡。麦卡尔方法：船侧自空载水线至满载水线间可以近似地当做直壁。适用条件：大型运输船舶，对于小船或军舰结果欠佳。解释？Logo波浪附加弯矩计算史密斯修正原因：波面下的水压力不等于波浪表面下的静水压力。波峰附近小，波谷附近大。定义：对波浪浮力分布曲线的修正Logo剪力和弯矩计算实例主要数据参考资料计算状态波形和波浪参数的选择弯矩剪力计算计算机进行编程计算