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Slide1BasicHullStrength船体强度基础知识船体强度基础知识船体强度基础知识船体强度基础知识Slide2BasicHullStrength目标目标目标目标完成学习本章内容后完成学习本章内容后完成学习本章内容后完成学习本章内容后，，，，应该理解应该理解应该理解应该理解:在载荷作用下，简单梁的变形以及相应的剪切力和弯矩。船体梁上的局部载荷和全局载荷，以及相应的剪切力和弯矩。Slide3BasicHullStrength集中载荷简简简简单单单单梁属性梁属性梁属性梁属性拉应力压应力剪切力剪切面剪切面剪切面剪切面:梁必须有足够的横剖面承担外部载荷并将它们传递到支座上。。。。弯曲弯曲弯曲弯曲:梁在载荷作用下将产生弯曲变形，变形受梁的加强方式和边界固定条件影响。梁上端的集中载荷在梁的上部分产生压应力，在梁的下部分产生拉应力。AA剖面A-A弯矩Slide4BasicHullStrength简支梁简支梁简支梁简支梁-集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷F简单梁集中载荷F简支固定剪切力Q分布弯矩M分布F/2F/2M=QxℓQ=F/2Q=F/2ℓFL/2L/2Slide5BasicHullStrength简支梁简支梁简支梁简支梁–分布载荷分布载荷分布载荷分布载荷pL简单梁分布载荷简支固定弯矩分布剪切力分布Q=pL/2pL/2pL/2Q=pL2M=pL2/8Slide6BasicHullStrength简单梁简单梁简单梁简单梁/固定支座固定支座固定支座固定支座/分布载荷分布载荷分布载荷分布载荷L剪切力分布弯矩弯矩简单梁分布载荷固定支座pM=pL2/24M=pL2/12pL/2pL/2Q=pL/2Q=pL/2没有角位移Slide7BasicHullStrength简单梁简单梁简单梁简单梁/弹性支座弹性支座弹性支座弹性支座p剪切力和弯矩分布根据支座的刚性而变化。支座刚性=0弹性弹性kk支左刚性=1简单支撑固定支撑Slide8BasicHullStrength对称载荷下–刚性支撑固定端固定端固定端固定端结构节点–弹性支撑Slide9BasicHullStrength•结构上的载荷决定梁端固定类型•船底纵骨与横舱壁的联结梁端固定方式梁端固定方式梁端固定方式梁端固定方式非对称载荷下为弹性支撑对称载荷下为刚性支撑LoadedEmptyEmptyEmptyEmptySlide10BasicHullStrength轴向应力轴向应力轴向应力轴向应力截面力应力应力应力应力=力力力力截面截面截面截面σ=εxE(Hook’sLaw)ε:相对延长E:Youngsmodulus(2,06E5N/mm²-steel)Slide11BasicHullStrength弹性和非弹性区间弹性和非弹性区间弹性和非弹性区间弹性和非弹性区间弹性区间:σσσσσσσσyield-在此区间的应力作用下，在撤销载荷后，梁将返回原状。这个区间，简单梁的理论适用σσσσεεεε(延长系数延长系数延长系数延长系数)屈服屈服屈服屈服断裂断裂断裂断裂非弹性阶段非弹性区间:σ=σ=σ=σ=σσσσyield-受此区间应力作用下，梁会产生永久变形，即使撤销载荷后。（屈服/失稳/车/折断）弹性阶段σ=εεεε*ESlide12BasicHullStrength高强度钢高强度钢高强度钢高强度钢-HighTensileSteel(HTS)材料等级材料等级材料等级材料等级NVA-NVE•表示材料塑性性能(防止脆性破坏)•根据结构的位置和板厚决定材料等级NVANVBNVDNVEMSHT28HT32HT36HT40Slide13BasicHullStrength弯曲应力弯曲应力弯曲应力弯曲应力–载荷作用下的梁载荷作用下的梁载荷作用下的梁载荷作用下的梁R1R2AAAA剖面剖面剖面剖面A-A承受弯矩的区域承受弯矩的区域承受弯矩的区域承受弯矩的区域弯曲应力的分布弯曲应力的分布弯曲应力的分布弯曲应力的分布面板上最大面板上最大面板上最大面板上最大中性轴中性轴中性轴中性轴n.a上为上为上为上为0:Fn.aSlide14BasicHullStrength剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力–简单梁简单梁简单梁简单梁R1R2AAAA承担载荷并传递承担载荷并传递承担载荷并传递承担载荷并传递到支座的区域到支座的区域到支座的区域到支座的区域应力分布应力分布应力分布应力分布最大的应力在中性轴上最大的应力在中性轴上最大的应力在中性轴上最大的应力在中性轴上：：：：SectionA-AFSlide15BasicHullStrength弯曲和剪切应力流弯曲和剪切应力流弯曲和剪切应力流弯曲和剪切应力流R1R2AAAAF剖面剖面剖面剖面A-A剪切应力在腹板上剪切应力在腹板上剪切应力在腹板上剪切应力在腹板上,τ压应力压应力压应力压应力弯曲应力在面板弯曲应力在面板弯曲应力在面板弯曲应力在面板上上上上，，，，σ拉应力拉应力拉应力拉应力Slide16BasicHullStrength梁的刚性与剖面模数梁的刚性与剖面模数梁的刚性与剖面模数梁的刚性与剖面模数因为轴向应力由面板传递，面板的面积对梁的刚性影响最大。n.axy1yIZxx=剖面模数:剖面模数代表梁的抗弯能力。y1Aflange2132121yAblIflangex+=惯性矩:lbXZM=σ弯曲应力:Slide17BasicHullStrength剪切应力与剪切面积剪切应力与剪切面积剪切应力与剪切面积剪切应力与剪切面积腹板将剪切载荷传递到支撑端n.axythAs⋅=剪切面积:sAQ=τ剪切应力:thQ剪切力:Slide18BasicHullStrength扁钢扁钢扁钢扁钢(平板平板平板平板)容易生产，但抗失稳性能不好，具有很小的剖面模数。最常用于甲板和船侧的上部分。常见船舶结构常见船舶结构常见船舶结构常见船舶结构角钢角钢角钢角钢(轧成或者焊接轧成或者焊接轧成或者焊接轧成或者焊接)角钢在垂向载荷下会产生扭转，这就带来了额外的应力。角钢更倾向于产生疲劳裂纹，相对于对称形状的结构来讲。(Ref.sketchnextpage)由于斜弯曲在腹板上产生弯矩，因此也容易在焊缝附近发生腐蚀。Slide19BasicHullStrength由于非对称形状，角钢在垂向载荷的作用下将产生扭曲。腹板产生额外弯曲应力POSTFEM5.6-025SEP2SESAMXYZMODEL:T1-1DEF=2034:LINEARANALYSISNODALDISPLACEALLMAX=1.46MIN=0.696E-1.139.209.278.348.418.487.557.626.696.766.835.905.9741.041.111.181.251.321.39船侧纵骨内应力角钢角钢角钢角钢(轧成轧成轧成轧成/焊接焊接焊接焊接)Slide20BasicHullStrength球扁钢球扁钢球扁钢球扁钢(单面单面单面单面/双面双面双面双面)球扁钢方便于上防锈漆。最常见的是单面球扁钢，在垂向载荷下将产生一点斜弯曲（和L角钢相似）。T型材型材型材型材T型材是对称的，不容易产生斜弯曲。有利于提高抗疲劳能力。这种形状具有较大的剖面模数。在单壳VLCC发现一些T型材失稳，由于腹板又高又薄，而且面板偏小。常见船舶结构形式常见船舶结构形式常见船舶结构形式常见船舶结构形式Slide21BasicHullStrength船体结构支撑层次船体结构支撑层次船体结构支撑层次船体结构支撑层次板板板板–强力纵骨强力纵骨强力纵骨强力纵骨–纵桁纵桁纵桁纵桁–板架板架板架板架–船体船体船体船体由于海水压力在船体板上产生的应力，通过上面层次传递到总船体。Slide22BasicHullStrength第一层第一层第一层第一层:板材板材板材板材–简单梁简单梁简单梁简单梁海水压力海水压力海水压力海水压力纵骨纵骨纵骨纵骨板材板材板材板材两纵骨之间的板可以两纵骨之间的板可以两纵骨之间的板可以两纵骨之间的板可以认为是两端固定并承认为是两端固定并承认为是两端固定并承认为是两端固定并承受分布载荷的简单梁受分布载荷的简单梁受分布载荷的简单梁受分布载荷的简单梁。。。。将板简化成梁将板简化成梁将板简化成梁将板简化成梁没有转动Slide23BasicHullStrength第第第第2层层层层：：：：纵骨纵骨纵骨纵骨–简单梁简单梁简单梁简单梁横框架之间的纵骨对称载荷不产生转动可认为完全固定最大的剪切力和弯矩在结合处Slide24BasicHullStrength第第第第3层层层层:横框架横框架横框架横框架–简单梁简单梁简单梁简单梁固定支撑船底纵骨的集中载荷BMSF最大的剪切力和弯矩在支撑端点。(船侧&纵舱壁.)Slide25BasicHullStrength第第第第3层层层层纵桁纵桁纵桁纵桁-横框架横框架横框架横框架两横舱壁之间的纵桁最大的剪切力和弯矩传递给横舱壁横框架的集中载荷传递给纵桁，最大的剪切力和弯矩在端点。Slide26BasicHullStrength梁系梁系梁系梁系,力的传递力的传递力的传递力的传递双层底结构中纵桁实肋板旁纵桁船底纵骨由实肋板船底板承受的海水压力通过结构层次被传递到船体梁上Slide27BasicHullStrength单壳结构CLgirder横框架纵舱壁船底纵骨支撑船底板船底海水压力通过结构层次传递到船体梁上梁系梁系梁系梁系,力的传递力的传递力的传递力的传递Slide28BasicHullStrength结构受损过程结构受损过程结构受损过程结构受损过程•层次1纵骨支撑板材•层次2横框架支撑纵骨•层次3板架支撑横框架•层次4板架组成船体Slide29BasicHullStrength简单梁简单梁简单梁简单梁VS船体梁船体梁船体梁船体梁船体有很多属性与简单梁一样，因此简单梁理论适用于船体梁强度分析。术语“船体梁”就是把船体当成简单梁考虑。简单梁船体Slide30BasicHullStrength船体梁弯曲船体梁弯曲船体梁弯曲船体梁弯曲在载荷作用下，船舶将和简单梁一样弯曲Slide31BasicHullStrength简单梁简单梁简单梁简单梁VS船体梁船体梁船体梁船体梁SectionA-A剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力τ弯曲应力弯曲应力弯曲应力弯曲应力,σ压应力压应力压应力压应力拉应力拉应力拉应力拉应力AAAAF甲板和船底作为面板甲板和船底作为面板甲板和船底作为面板甲板和船底作为面板，，，，船侧作为腹板船侧作为腹板船侧作为腹板船侧作为腹板。Slide32BasicHullStrength应力传递应力传递应力传递应力传递局部应力:板材/纵骨梁应力:横框架/纵桁/实肋板船体应力:甲板船底/船侧/纵舱壁Slide33BasicHullStrength案例案例案例案例1:梁梁梁梁-讨论讨论讨论讨论•对于刚性支撑的梁，在均匀载荷的情况下：例如海水压力。下列正确的是–在某个地方弯矩为0–两端的反作用力相等–端点没有转动–跨中一面板弯矩应力为正，一面为负–跨中剪切应力最大–剪切力由腹板承受Slide34BasicHullStrength案例案例案例案例2:讨论讨论讨论讨论•横桁才由纵骨支撑（对）（错）。•横框架之间的纵骨为简单支撑还是固定支撑Slide35BasicHullStrength小结小结小结小结:梁梁梁梁•弯矩和剪切力•轴向应力/弯曲/剪切•剖面模数/惯性矩/剪切面积•应力分布弯曲和剪切•因载荷方式和支撑方式不同而分布也不同•型材类型和属性•结构层次：板才-纵骨-桁才-板架