船舶结构力学设计

課程名稱：船舶結構力學

第一部分課程性質與目標

一、課程性質與特點

本課程研究的主要對象是船體結構中的杆件、杆系和板的彎曲及穩定性,系統地闡述了結構力學中的基本理論與方法----力法、位移法及能量原理。是高等教育自學考試船舶與海洋工程專業的一門重要專業基礎課。

二、課程目標與基本要求

本課程的目標：學生通過該課程的學習，掌握結構力學的基本理論和方法，應用它們來解決船體結構中典型結構（杆系和板的彎曲及穩定性）的強度計算分析。還能處理一般工程結構中類似的力學問題。

本課程基本要求：

1．掌握建立船體結構計算圖形的基本知識

2．掌握單跨梁的彎曲理論

3．掌握力法的基本原理和應用

4．掌握位移法和矩陣位移法的基本原理和應用

5．掌握能量原理及其應用

6．瞭解有限單元法的基本概念和解題過程

7．掌握矩形薄板的彎曲理論

8．掌握杆及板的穩定性概念，解答和應用

9．瞭解薄壁杆件扭轉的基本概念

10．該課程理論性強，力學概念較難建立，涉及數學知識較多，學習和掌握有一定的困難。相比較而言，單跨梁的彎曲理論和板的彎曲理論是本課程的基本基礎。力法，矩陣位移法，能量法部分偏重於原理和方法在結構分析中的應用。自學過程中應按大綱要求仔細閱讀教材，切實掌握有關內容的基本概念、基本原理和基本方法。學習過程中遵循吃透原理、掌握計算方法、看懂教材例題，完成部分習題。不懂的地方要反復學，前、後聯繫起來學，要克服浮燥心理，欲速則不達，慢工出細活。從而達到學懂、學會、學熟，及應用它們來解決實際結構計算。

三、與本專業其他課程的關係

本課程是船舶與海洋工程專業的一門專業基礎課，該課程應在修完學科基礎課和相關的專業基礎課後進行學習。

先修課程：高等數學，理論力學，材料力學，船體結構與海洋工程製圖

後續課程：船體強度與結構設計

第二部分考核內容與考核目標

第1章緒論

一、學習目的與要求

本章是對船舶結構力學總述性的概述。通過對本章的學習，明確船舶結構力學的內容與任務，是為了解決船體強度問題，結構力學研究的是船體結構的靜力回應，即內力與變形，以及受壓結構的穩定性問題。學習和掌握結構力學的基本原理與方法，經典的力法、位移法及能量原理。對船體結構及其簡化成相應的力學計算圖形有深刻的理解。

二、考核知識點與考核目標

（一）船舶結構力學的內容與任務（重點）

識記：船體強度的內容，船舶結構力學的內容。

理解：船舶結構力學與船體強度的聯繫。

應用：分析船體強度與變形及其他問題

（二）船體結構的計算圖形（重點）

識記：計算圖形，典型的船體結構計算圖形（人工計算：四種。電腦計算：空間杆系結構和板、梁組合結構。）理解：船體結構計算圖形簡化的內涵和簡化過程。

應用：實際船體結構簡化為與計算方法相應的計算圖形。

第2章單跨梁的彎曲理論

一、學習目的與要求

本章是結構力學的理論基礎。通過對本章的學習，應掌握三類梁的彎曲微分方程的建立及其通解，著重掌握梁的支座和邊界條件，著重掌握梁的彎曲要素表和疊加原理的靈活應用。

二、考核知識點與考核目標

（一）梁的彎曲微分方程式及其通解（重點）

識記：梁，單跨梁，梁的撓曲線，符號規定，平衡條件，等截面直梁的彎曲微分方程式。梁的彎曲要素，梁端的彎曲要素，初參數法，梁的撓曲線通用方程式。

理解：梁的微段上彎曲要素間的微分關係。理解通用方程式（2-8）

應用：通用方程式（2-8）

（二）梁的支座和邊界條件（重點）

識記：邊界條件的概念，自由支持，剛性固定，彈性支座，彈性固定端，柔性係數，剛性係數的含義。

理解：不同的支座用相應的邊界條件來表達，支座和邊界條件的內涵。

應用：利用邊界條件和通用方程（2-8），來求解相應的單跨梁撓曲線方程及其他彎曲要素。

（三）梁的彎曲要素表及其應用（重點）

識記：彎曲要素表的應用，疊加原理，疊加求彎曲要素時的技巧。

理解：疊加原理解題的全過程，疊加法畫彎矩圖和剪力圖。

應用：利用彎曲要素表和疊加原理，求解各種形式的單跨梁的彎曲要素，並畫出彎矩圖和剪力圖。

（四）梁的複雜彎曲（重點）

識記：複雜彎曲的定義，複雜彎曲的微分方程式，初參數解，撓曲線通用方程式，輔助函數。

理解：複雜彎曲時剪力與撓度的微分關係與梁在橫力彎曲時是不同的。複雜彎曲時梁的彎曲要素表及疊加原理應用的條件。軸向力對梁彎曲要素的影響。

應用：求解複雜彎曲梁的彎曲要素，為板的彎曲作理論準備。

（五）彈性基礎梁的彎曲（次重點）

識記：彈性基礎梁的定義，彈性基礎的剛性係數，彎曲微分方程式，初參數解，普日列夫斯基函數，迴圈微分關係及特殊數值，撓曲線通用方程式，輔助函數。

理解：彈性基礎梁彎曲時的彎曲要素表及疊加原理應用的條件。彈性基礎對梁彎曲要素的影響。

應用：求解彈性基礎梁的彎曲要素，為某些工程結構物簡化為彈性基礎梁的彎曲作理論準備。一根舷側縱桁多根肋骨組成的舷側結構的算例。

第3章力法

一、學習目的與要求

力法是計算超靜定結構的最基本的經典方法。通過對本章的學習，應掌握超靜定結構的組成和超靜定次數的確定，力法的基本原理及典型方程。並應用力法來解決各類典型結構的計算，例如：剛性支座上連續梁與不可動節點簡單剛架的計算，對某些結構簡化出彈性支座與彈性固定端，彈性支座上連續梁的計算，簡單板架的計算等等。二、考核知識點與考核目標

（一）超靜定結構的組成與超靜定次數的確定（重點）

識記：靜定結構，超靜定結構，多餘聯繫，多餘約束力，超靜定結構的幾何組成特徵，靜力特徵。超靜定次數，確定超靜定次數的基本方法。

理解：同一超靜定結構可用不同的方法去掉多餘聯繫得到不同的靜定結構。

應用：對各種結構判定其超靜定次數。

（二）力法的基本原理及典型方程（重點）

識記：力法的基本結構，變形協調條件，力法的基本原理，力法方程組，主係數、副係數的特點和內涵。

理解：力法方程組的建立，形成力法方程組的一般規律。

應用：用力法解超靜定結構。

（三）剛性支座上連續梁與不可動節點剛架（重點）

識記：剛性支座上連續梁，三彎矩方程，剛架，簡單剛架，複雜剛架，不可動節點剛架，不可動節點簡單剛架。