第三章船舶结构强度与结构设计课件(使用

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船舶摇摆引起的扭矩
扭转轴：通过全船重心的纵轴。 1、离心力对于扭转轴的回转力矩=0 2、切向惯性力对于扭转轴的倾斜力矩
d k m r da 2 A dt
2 2
：横摇加速度引起的单位长度的倾斜力矩
i mr da
2 A
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v c
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作用在船体上的扭转外力
尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点
x x
x
T ( x ) cdx cdx v edx
0 0
首端点扭矩为零，即
T cdx 0
0
L
船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：
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船舶摇摆引起的扭矩
船舶摇摆引起的扭矩
船舶在波浪上横摇时，横摇加速度引起惯性力， 产生扭矩。
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船舶摇摆引起的扭矩
图 横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力
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1）确定扭矩产生的原因，计算扭矩； 2）根据横剖面结构的布置，确定扭转刚度严重 消弱的剖面，计算该剖面的船体抗扭惯性矩； 3）计算扭转剪应力 计算模型：船体梁模型，按照总强度第一次总弯 曲应力的计算方法，将船体简化为梁模型，计算剖 面的抗扭特性。
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大开口船舶水平力引起的扭矩
由于扭转中心离开重心G较远，扭转中心在横剖 面结构的下方，水平力：两舷压力差引起水平扭矩， 如下图
hi :微段上压力差的合力作用中心； ei ：作用中
心线到扭转中心的距离。
水平力引起的单位长度的扭矩为：ch
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hi ei
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船舶摇摆引起的扭矩
单位长度整个剖面质量对于扭转轴的质量惯性矩。 3、船舶倾斜 角时，浮力作用产生的复原力矩 船舶倾斜 角时，浮力作用产生复原力矩c和倾斜力 矩k在单位长度上是不相等的，其差值（k-c）引起单位 长度的扭矩。距离尾端x处剖面上的扭矩为：
d 2 T ( x) k c dx i k c dx 2 0 0 dt
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作用在船体上的扭转外力
图 单位长度浮力作用线偏离中纵剖面
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作用在船体上的扭转外力
单位长度的扭矩为
c v e
t .m / m
e
：单位长度船舶浮力作用线到中纵剖面的距离； ：单位长度的浮力 ：单位长度的扭矩。计算斜浪航行的波浪扭矩关 键是计算每个横剖面上的波面线,即确定波面与横剖 面的交线。
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作用在船体上的扭转外力
图4-4. 吃水不对称引起的压力差
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作用在船体上的扭转外力
单位长度的总 扭矩为垂向力单位长度扭矩和水平力单 位长度扭矩叠加，即 单位长度扭矩=
c ch
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本节内容
1
2 3
船体扭转强度计算的必要性
作用在船体上的扭转外力
船舶摇摆引起的扭矩
4
扭转强度计算的标准状态
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扭转强度计算的必要性
1、船舶大开口引起船舶抗扭刚度减小 甲板开口船舶如下图所示：
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开口后，扭转惯性矩显著降低。因此大开口船舶容易 出现扭转刚度不足发生扭转变形破坏。
2、提高扭转刚度的结构措施
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扭转强度计算的必要性
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扭转强度计算的必要性
3、船体扭转强度计算的方法与步骤
作用在船体上的扭转外力
船舶斜浪航行引起的扭转力矩
计算假定：不考虑波浪的动效应，计算结果为 静波浪扭矩。 波长与船长之间关系为：
L cos
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作用在船体上的扭转外力
图 4-1. 船舶斜浪航行受力图
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作用在船体上的扭转外力
1、垂向力引起的扭矩 前体浮心距离中纵剖面为e,排水量为V；后体浮心 距离中纵剖面为e。在船中的扭矩为:
T中 V e
V : 前体排水量。
单位长度扭矩的计算：考虑单位船长，重力作用线通过 中纵剖面，但是浮力的作用线离开中纵剖面为距离e,如 下图
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扭转强度计算的必要性
甲板面积严重损失，开口宽度b与船舶宽度B比值可达到 80%。
开口和闭口的自由扭转惯性矩按下式计算
开口惯性矩：
1 n 3 J n ti hi 3 i 1
4A Jn ds t c
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2
闭口惯性矩：
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扭转强度计算的必要性
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作用在船体上的扭转外力

船舶倾斜产生的扭矩(货物引起的扭矩)
船舶倾斜由于装载不对称引起，船舶在航行过 程中，由于风浪作用船舶发生剧烈运动，货物移动， 导致装载不对称引起船舶出现倾角，船舶在有横倾 角的状态保持平衡状态：即全船重量=排水量，横 倾力矩=复原力矩。 产生扭矩的原因：虽然总体上船舶满足平衡状 态，但是单位长度上倾斜力矩与复原力矩不相等， 其存在差额，该差额引起扭矩。
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作用在船体上的扭转外力
图 波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线
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作用在船体上的扭转外力
扭矩曲线的斜率等于分布扭矩曲线：
dT c dx
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作用在船体上的扭转外力
x x
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船舶摇摆引起的扭矩
c v e
:船舶倾斜后的复原力矩,
:船舶单位长度的排水量;