船体强度与结构设计复习教案资料
船舶强度与结构设计复习
1.外力计算
将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁,船体梁 在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲,称为 总纵弯曲。船体梁抵抗总纵弯曲的能力,称为总纵强 度(简称纵强度)。 作用于船体上的重力与浮力是引起船体梁总纵弯 曲的主要外力。 全船总的重力和浮力是大小相等、方向相反,并 且作用在同一铅垂线上,即全船处于静力平衡状态, 但对沿船长的任一区段它们是不平衡的。假定重力沿 船长的分布为p(x),浮力沿船长的分布为b(x),则引起 船体梁总纵弯曲的载荷为
(1)在强力甲板中作用着等于屈服极限 的拉应力 (即中拱状态); (2)在强力甲板中作用着等于骨架Байду номын сангаас临界应力 的压 应力(即中垂状态)。具体计算该临界应力时,应 考虑材料不符合胡克定律的修正。 具体计算时,假定在极限弯矩作用下,船体刚性 构件中 的应力沿型深方向按线性规律分布。 为了提高船体梁的过载能力,应尽可能降低板在 极限弯矩作用下的折减程度。在设计中应保证甲 板边板、舷顶列板及平板龙骨的临界应力达到结构 材料的屈服极限,也就是说,这些构件在极限弯矩 作用下不应当失稳。
q( x) p( x) b( x) 根据梁理论,作用在船体梁横剖面上的剪力和弯 矩为: N ( x ) x q ( x )dx
0 x x M (x ) q ( x)dxdx 0 0
剪力N(x)左下右上为正,弯矩M(x)左逆右顺为正。 在船体详细结构设计完成之后,将船长分为20 站,计算每站内的重量,可得到较为精确的船体结 构的重量分布曲线。 浮力沿船长分布状况的曲线称为浮力曲线。浮 力曲线与纵向坐标轴所围成的面积等于作用在船 体上的浮b(x),该面积的形心纵向坐标即为浮心的 纵向位置。浮力曲线可通过邦戎曲线求得。
船舶强度与结构设计_授课教案_第一章 船舶静置在波浪上的外力计算
第一章 船舶静置在波浪上的外力计算§1-1 概述一、 一、 计算模型(船体梁响应、工程梁响应、带支座的船体梁模型、不带支座的船体梁模型)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧中垂中拱坦谷波浮力压载满载重量船舶载荷)( ⎩⎨⎧中垂中拱船体梁响应船在静水中处于平衡位置时,必需满足两个条件:作用在船体上的浮力等于船的重量;重心和浮心在同一铅垂线上。
(符号与坐标的选择)。
二、 二、 求解思路q(x)=w(x)-b(x)按梁的弯曲理论ZI M=σ式中M —计算断面上的弯矩;I —船体断面相对水平中性轴的惯性矩;Z —计算应力点至中性轴的距离。
§1-2载荷与剪力、弯矩的基本关系一、平衡关系式Z I M =σ⎰=L dx x w W 0)(⎰⎰⋅=L Lgdxx w dxx w x x 0)()(⎰=Ldxx b B 0)(⎰⎰⋅=L Lbdxx b dxx b x x 0)()(⎰⎰=LLdxx b dx x w 00)()( ⎰⎰=L Ldxx xb dx x xw 0)()()()()(x b x w x q -=⎰=Ldxx q x N 0)()(⎰⎰⎰==L LL dx x q dx x N x M 02)()()(b(x)(浮力曲线)w(x)(重量曲线)二、外力求解的代数和。
2、平面任意力系的合力对作用而内任一点的矩等于力系中各力对同一点的代数和。
(合力矩定理)§1-3重量分布估算一、重量分类船体重量是由空载重量和货物重量共同组成的,因此可用空载重量曲线和货物重量曲线组成各种给定装载状态下的船体重量曲线。
二、重量曲线的绘制空载重量曲线如何绘制?货物重量曲线如何绘制?三、重量、重心的数值估算§1-4浮力分布估算一、 一、 浮力成因二、 二、 邦戎曲线与浮力曲线 三、三、 纵倾调整首吃水:R x x x Ld d b g f m f --+=)2( 尾吃水:R x x x Ld d b g f m a ---=)2(注意到实船的R 》KB ,故在上式中近似取R -KB ~R 。
船体强度与结构设计-复习
绪论一.填空1. 作用在船体结构上的载荷,按其对结构的影响可分为:总体性载荷和局部性载荷。
2. 作用在船休结构上的载荷,按载荷随时间变化的性质,可分为;不变载荷、静变载荷、动变载荷和冲击载荷。
二.概念题: 1. 静变载荷等等三.简答题:1.船体强度研究的内容有哪些?2.作用在船体结构上的载荷如何进行分类?试说明。
3.为什么要对作用在船体结构上的载荷进行分类?4.结构设计的基本任务和内容是什么?第一章:一、填空题1. 船体重量按分布情况来分可以分为:总体性重量、局部性重量。
2. 对于计算船体总纵强度的计算状态,我国《钢质海船入级和建造规范》中规定,选取满载:出港、到港;压载:出港、到港;以及装载手册中所规定的各种工况作为计算状态。
3. 计算波浪弯矩的传统标准计算方法是以二维坦谷波作为标准波形的,计算波长等于船长。
4. 计算波浪弯矩时,确定船舶在波浪上平衡位置的方法一般有逐步近似法和直接法两种,直接法又称为麦卡尔法。
5. 计及波浪水质点运动所产生的惯性力的影响,即考虑波浪动水压力影响对浮力曲线所作的修正,称为波浪浮力修正,或称史密斯修正。
二、概念题:1. 船体梁2. 总纵弯曲3. 总纵弯曲强度4. 重量曲线5. 浮力曲线6. 荷载曲线7. 静水浮力曲线8. 静水剪力、弯矩曲线9. 波浪附加浮力10. 波浪剪力11. 波浪弯矩12. 静波浪剪力13. 静波浪弯矩14. 静置法15. 静力等效原则16. 史密斯修正二、简答题:1. 在船体总纵弯曲计算中,计算总纵剪力及弯矩的步骤和基本公式是什么?2. 在船体总纵弯曲计算中重量的分类及分布原则是什么?3. 试推导在两个及三个站距内如何分布局部重量。
4. 空船重量曲线有哪几种计算绘制方法?试推导梯形重量分布的计算公式。
5. 教材中,静水剪力、静水弯矩的计算采用的是什么方法?静波浪剪力、静波浪弯矩的计算采用的是什么方法?两种方法可以通用吗(计算方法唯一吗)?6. 波浪浮力曲线需要史密斯修正吗?为什么?第二章:一、填空题1. 纵向连续并能有效传递总纵弯曲应力的构件称为纵向强力构件。
船舶结构强度与设计复习题
船舶结构强度与设计复习题船舶结构强度与设计复习题船舶结构强度与设计是船舶工程中非常重要的一部分,它涉及到船舶的安全性和可靠性。
在进行船舶结构设计时,需要考虑到各种力学和材料力学的知识。
下面将提供一些船舶结构强度与设计的复习题,帮助读者回顾相关知识。
1. 什么是船舶结构强度?船舶结构强度是指船舶结构在各种外力作用下的抗力能力。
它包括静态强度、动态强度和疲劳强度等方面。
船舶结构的设计应该能够满足船舶使用寿命内的各种工况和负荷要求。
2. 船舶结构设计中常用的材料有哪些?船舶结构设计中常用的材料包括钢材、铝合金和玻璃钢等。
钢材具有高强度和良好的可塑性,广泛应用于船舶建造。
铝合金具有较低的密度和良好的耐腐蚀性能,适用于船舶的轻量化设计。
玻璃钢具有优良的抗腐蚀性能,适用于船舶的特殊部位。
3. 船舶结构设计中常见的荷载有哪些?船舶结构设计中常见的荷载包括静荷载和动荷载。
静荷载包括自重、货物重量、燃油重量等,它们是静态荷载。
动荷载包括波浪荷载、风荷载、船员和乘客的荷载等,它们是动态荷载。
4. 什么是船舶结构的疲劳强度?船舶结构的疲劳强度是指船舶结构在循环荷载作用下的抗疲劳能力。
船舶在航行过程中会受到波浪的作用,波浪荷载会引起船体的振动和变形,从而产生疲劳损伤。
船舶结构的疲劳强度设计要考虑到船舶使用寿命内的循环荷载。
5. 船舶结构设计中常用的强度计算方法有哪些?船舶结构设计中常用的强度计算方法包括解析法和数值模拟法。
解析法是指通过解析公式和理论计算船舶结构的强度。
数值模拟法是指通过有限元分析等数值方法计算船舶结构的强度。
这两种方法在船舶结构设计中都有广泛应用。
6. 船舶结构设计中需要考虑的安全系数有哪些?船舶结构设计中需要考虑的安全系数包括材料强度安全系数、结构强度安全系数和疲劳强度安全系数等。
材料强度安全系数是指材料的实际强度与设计强度之间的比值,用来保证材料的可靠性。
结构强度安全系数是指结构的实际强度与设计强度之间的比值,用来保证结构的可靠性。
船体强度与结构设计概念总结
11、端点不封闭的修正
三要素:波形,波长和波高 ①在实际计算时, 取波长等于船长, 并且规定按波峰在船舯和波谷在船舯两种典型状态进行 计算。 ②波长λ和波高 h 之间没有固定的关系。 波高可以按有关规范或强度标准选取 (一般随船长 而变化)。
13、坦谷波曲线形状的特点
波峰陡峭,波谷平坦,波浪轴线上下的剖面积不相等 当波峰或波谷在船舯时,波浪中的浮力相对于静水中的浮力的变化最为明显,因此在船 舯剖面会产生最大的波浪弯矩。 但是,其它剖面的最大弯矩并不发生在波峰或波谷在船舯时。 计算分析表明,当船舶静置在波浪上时,在波长稍大于船长时(1.05~1.1 倍船长)才得到 最大的波浪弯矩,但此时的波浪弯矩与波长等于船长时的波浪弯矩相差不大。 所以,在实际计算时,取波长等于船长,并且规定按波峰在船舯和波谷在船舯两种典型状 态进行计算。
由于计算误差,艏、艉端点处剪力和弯矩为零的条件一般很难满足。
12、波浪的三要素
修正方法:用一根直线把剪力曲线和弯矩曲线封闭起来,并对 各理论站的剪力、 弯矩按线性比例关系进行修正。 比如, 第 i 站剪力和弯矩的修正值分别是: i i N s (i ) N s (20) M s (i ) M s (20) 20 20
L x g xb d f 1 dm x f 2 R L x g xb d a1 d m x f 2 R
艏、艉吃水确定后,每一站的吃水通过线性插值得到,利用邦戎曲线求出对应于该吃水的浮 力分布,同时计算出总浮力 B1 及浮心纵向坐标 xb1。 如果求得的这两个数值不满足下述精 度要求,则应作第二次近似计算。
船体强度与结构设计知识点
船体强度与结构设计知识点《船体结构与强度设计》知识点1.掌握船体强度概念,并理解其含义。
2.掌握船体强度计算所包括的内容。
3.掌握船体强度的划分及其各自的含义。
4.掌握作用在船体上载荷种类的划分及各自含义。
5.掌握总纵弯曲外力的产生与船体梁的弯曲变形原因及相关概念。
6.掌握重量曲线、浮力曲线、载荷曲线、剪力曲线、弯矩曲线的含义。
7.了解重量曲线的计算与绘制步骤与方法。
8.了解静水浮力曲线的计算与绘制。
9.掌握载荷、剪力、弯矩的基本公式及计算步骤。
10.掌握影响静水弯矩的主要因素。
11.掌握影响波浪弯矩的主要因素。
12.掌握总纵强度外力计算。
13.掌握计算状态选取原则。
14.掌握船体扰度及货物分布对静水弯矩的影响。
15.掌握波浪三要素含义及标准计算方法。
16.掌握Smith修正的含义及原因。
17.掌握剖面模数的概念及含义。
18.掌握计算剖面的选取原则及相关概念。
19.掌握危险剖面及剖面中和轴概念含义。
20.掌握强力甲板含义、纵向强力构件的含义及划分。
21.了解船体结构稳定性要求原因及检验公式。
22.掌握剖面折减的概念,了解折减系数计算公式及方法。
23.掌握构件多重作用含义,四类构件的划分及应力合成。
24.了解船体扰度计算公式及方法。
25.掌握极限弯矩含义了解其计算方法。
26.掌握船体梁的特点及载荷曲线、剪力曲线、弯矩曲线的特点。
27.掌握需用应力及名义应力的含义。
28.掌握局部强度及计算模型的含义。
29.了解计算模型的原则及结构处理模型化。
30.掌握强度带板及稳定性带板含义。
31.掌握衡量型材剖面材料利用指标:剖面利用系数和比面积。
32.掌握型材剖面几何要素的计算。
33.掌握船体梁剖面几何要素计算。
34.掌握型材总稳定性影响因素及型材侧向失稳的含义。
35.掌握微分法计算相当厚度原理。
36.了解规范发设计对船体强度,刚度,稳定性要求。
37.掌握应力集中原因及减少措施。
38.掌握强力上层建筑含义。
船体强度与结构设计复习
绪论1.总纵强度:在船体总纵强度计算中,通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁,简称船体梁。
船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲,称为总纵弯曲。
船体梁抵抗总纵弯曲的能力,称为总纵强度.2.船体总纵强度计算的传统方法:将船舶静置在波浪上,求船体梁横剖面上的剪力和弯曲力矩以及相应的应力,并将它与许用应力相比较以判断船体强度。
3.评价结构设计的质量标准:安全性,营运合适性,船舶的整体配合性,耐久性,工艺性,经济性。
4.按照静置法所确定的载荷来校核船体的总纵强度,是否反映船体的真实强度,为什么?答:按照静置法所确定的载荷来校核船体总强度,不反映船体的真实强度,因为海浪是随机的,载荷是动态的,而且当L较大时载荷被夸大,但具有相互比较的意义。
第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算5.总纵弯曲:船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲.(中拱:船体梁中部向上拱起,首、尾两端向下垂。
中垂:船中部下垂,首、尾两端向上翘起。
)6.重量曲线:船舶在某一计算状态下,描述全船重量沿船长分布状况的曲线。
绘制重量曲线的方法:静力等效原则。
7.浮力曲线:船舶在某一装载情况下,描述浮力沿船长分布状况的曲线8.载荷曲线:在某一计算状态下,描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线.9.静水剪力:船体梁在静水中所受到的剪力沿船长分布状况的曲线。
10.弯矩曲线:船体梁在静水中所受到的弯矩沿船长分布状况的曲线。
(重量的分类:按变动情况来分:①不变重量,即空船重量,包括:船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量。
②变动重量,即装载重量,包括货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重量。
按分布情况来分:①总体性重量,即沿船体梁全长分布的重量,通常包括:主体结构、油漆、锁具等各项重量。
②局部性重量,即沿船长某一区段分布的重量.)11.局部重量的分配原则(P12):重量的分布原则:静力等效原则。
①保持重量的大小不变,这就是说要使近似分布曲线所围成的面积等于该项实际重量。
船舶强度与结构设计复习
船舶强度与结构设计复习船舶的强度设计主要涉及到船体的结构强度、结构稳定性和结构可靠性等方面。
结构强度是指船舶在正常服役条件下承受荷载所需的强度。
结构稳定性是指船舶在遇到外界力矩时,保持稳定的能力。
结构可靠性是指船舶结构在各种不确定因素下,如船舶老化、材料损伤、机械疲劳等情况下的可靠性。
在船舶强度设计中,需要进行强度计算和结构分析。
强度计算主要包括刚度计算、应力计算、挠度计算和疲劳寿命计算。
刚度计算是为了确定船体结构的整体刚性,保证船舶在载货和受力的情况下不会发生过度变形。
应力计算是为了确定材料的承载能力,保证船体结构不会发生断裂或损坏。
挠度计算是为了确定船体结构的变形程度,保证船舶在航行时的稳定性和舒适性。
疲劳寿命计算是为了确定船舶结构在疲劳荷载下的寿命,保证船舶在长期使用中不会因疲劳而发生结构破坏。
在船舶结构设计中,需要考虑船体的整体布局和结构形式。
船体的整体布局包括船长、船宽、船高、船舱排列等参数的确定,以及船体的分割和船体连接部分的设计。
船体的结构形式包括船体壳体结构、船舱结构、甲板结构、船尾螺旋桨结构等。
在设计过程中,需要根据船舶用途和航行条件,选择合适的结构形式和材料。
此外,船舶结构设计还需要考虑到各种外界因素的影响,如船体的浸水、船舶碰撞等。
在设计中,需要合理设置各种舱门、舱盖、船舶设备等,保证船体的密封性和船舶的整体安全性。
总之,船舶强度与结构设计是保证船舶在航行中安全可靠的重要环节,涉及到船体的结构强度、结构稳定性和结构可靠性等方面。
在设计过程中,需要进行强度计算和结构分析,并根据船舶用途和航行条件选择合适的结构形式和材料。
同时,还需要考虑外界因素的影响,并合理设置各种舱门、舱盖、船舶设备等,以确保船舶在航行中的安全性和可靠性。
船舶强度与结构设计复习
第2章 船体外载荷
• 波谷在船中:船舶下沉,增加排水量,真实波面 应该位于参考波面以上。
• 真实波面C-C就是待求的。
第2章 船体外载荷
第1章 船体结构基础
第1章 船体结构基础
• 船体结构各构件的作用 ②总纵强度
表示船体梁抵抗弯曲、剪切和扭转变形的能力。 在抵抗总纵弯曲时,所有的纵向构件都是有效的, 包括船底板、舷侧板、甲板板、纵舱壁以及纵骨。横 向构件如横舱壁以及其上的加强筋,肋板,肋骨,甲 板横梁等横向构件是不参与抵抗总纵弯曲的。 ③横向强度 狭义上:横向强度是表示抵抗横向变形的能力; 广义上:在研究横向变形能力时,考虑力的传递 机理以及相应的结构变形。
长上的差值产生分布载荷。
每单位船长上的差额就构成作用在船体梁上的 分布载荷。船体梁在这个载荷作用下将发生总纵弯 曲变形,并在船体梁断面上产生剪力和弯矩。
第2章 船体外载荷
N
x
x
0
q(
x)dx
剪力载荷曲线的一次积分
M
x
x
0
N
(
x)dx
x
0
x
0
qxdxdx
弯矩载荷曲线的二次积分
应。 • 弯矩曲线在两端的斜率为零,弯矩曲线在两端与x
轴相切。
第2章 船体外载荷
精度要求:
第2章 船体外载荷
• 对于端点不封闭的情况,线性内插修正实际上就 是按线性比例修正。
• 各用一条直线把剪力曲线和弯矩曲线封闭起来, 也就是用此直线作为 x 轴,则在右端点处分别有
N(L) =0,M(L) =0。
第2章 船体外载荷
4、载荷曲线 ①载荷曲线性质 ②载荷曲线与剪力、弯矩曲线的关系※ 5、调整平衡位置的方法 ①逐步近似法 ②直接法 6、规范波浪弯矩、剪力计算公式
船舶强度与结构设计授课教案第三章船体局部强度校核计算方法
第三章船体局部强度校核计算方法船体各部分结构抵抗局部载荷直接作用而不产生破坏和超过允许限度的变形的能力称为船体结构局部强度。
船体结构主要组成部分为船底结构、甲板结构、舷侧结构和舱壁结构。
在局部强度校核计算中,首先要将船体空间立体结构简化为板、梁、板架和框架来进行计算,在确定局部结构受到最大载荷(设计载荷)后,建立数学模型计算局部结构的内力与变形。
最后要确定局部结构的强度校核衡准。
3.1 局部强度计算的力学模型*局部强度概念:船体在外力作用下除发生总纵弯曲变形外,各局部结构,如船底、甲板、船侧和舱壁板架以及横向肋骨框架也会因局部载作用而发生变形、失稳或破坏。
研究它们的强度问题称为局部强度。
*局部强度的主要研究内容:板架、框架、各种骨材以及壳板的强度计算。
*局部强度研究方法:(1)传统的局部强度计算方法:即把船体结构划分成各种板架、刚架、连续梁和板等进行计算;(2)有限元法:可以扩展成各种结构的整体计算,如立体舱段计算等。
一、建立计算模型的原则结构模型化是计算的前提和结构分析成败的关键,影响计算模型的主要因素有下列几点:(1)结构的重要性:对重要结构应采用比较精确的计算模型;(2)设计阶段:在初步设计阶段可用较粗糙的模型,在详细设计阶段则需要较精确的计算模型;(3)计算问题的性质:对于结构静力分析,一般可用较复杂的计算模型,对于结构动力和稳定性分析,由于问题比较复杂,可用较简单的计算模型。
二、构件几何尺寸的简化1、板架计算时:其长度、宽度取相应的支持构件间距离。
例如,船底板架和甲板板架的长度取横舱壁之间的距离,宽度取组成肋骨框架梁中和轴的跨距,或简单地取为船宽。
2、肋骨刚架计算时:其长度、宽度取组成肋骨框架梁的中和轴线交点间距离,用中和轴线代替实际构件。
3、构件剖面要素计算时应包括带板(附连翼板)三、骨架支承条件简化1、骨架支座形式:(1)自由支持在刚性支座上;(2)刚性固定;(3)弹性支座和弹性固定。
船舶强度与结构设计_授课教案_第二章 总纵强度计算
第二章 总纵强度计算§2-1船体总纵弯曲应力第一次近似计算一、危险剖面的选择危险剖面:可能出现最大弯曲应力的剖面,由总纵弯曲力矩曲线可知,最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围的,所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—既有最大的船口或其电开口的剖面,如机舱、货舱开口剖面。
除此之外,一般还要对船体骨架改变处剖面,上层建筑端壁处剖面,主体材料分布变化处剖面,以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。
二、纵向强力构件 1、 1、 纵向强力构件纵向连续并能有效的传递总纵弯曲应力的构件。
船中0.4~0.5倍船长区域内连续的纵向构件,上甲板板、外板、内底板、纵桁、中内龙骨等都是纵向强力构件。
船中非连续构件参加总纵弯曲的有效性取决于本身的长度及与主体的连续情况。
(1)、构件连续长度≥3h 计算剖面船口纵围板、纵桁等纵向构件可计入船体梁剖面计算中,但除外机座纵桁和其它加强纵桁不应计入。
(2)、构件长度L %15 的上层建筑。
(3)、不少于三个横舱壁或类似结构支柱的长甲板室。
2、 2、 间断构件(1)、相临舱口甲板。
(2)、纵桁板上的H h %20 的开口。
三、剖面模数及剖面要素计算 1、 1、 不同材料剖面面积折算根据变形相等的条件,承受相同的力P 即在计算时,可以船体梁仅由一种基本材料构件,而把与基本材料弹性横量E 不同和构件剖面面积乘以两材料的弹性横量之比E E i,同时又不改形心位置。
因此,对薄壁构件,相当于只对板厚作上述变换。
2、 2、 剖面要素的计算步骤(1)、画出船体计算剖面的剖面图并编号(i )(2)、选定参数轴—离基线(0.45~0.5)型深处。
确定形心至参数轴距离(i Z )。
(3)、计算剖面积(A )、静力矩(B )、惯性矩(C )。
∑=i A A ∑=i i Z A B ∑+=)(02i Z A C i i(4)、求中和轴至参考轴的距离(ε)、任意构件至中和轴的距离('i Z )A B=εε-=i i Z Z '(5)、求对中和轴的惯性矩(I ))(2)(222A B C A C I -=-=ε(6)、若甲板和船底距中和轴最远的距离分别为j Z 和d Z ,则甲板和船底的剖面模数分别为j j Z IW =d d Z I W =通常甲板的剖面模数比船底的剖面模数(d j W W <),所以有时也称j W 为船体的min W 。
船体结构与强度设计讲义
船体强度与结构设计2020/10/91课程简介⏹课程内容:本课程主要包括船体结构力学、船体强度与船体结构设计等三方面的内容,通过本课程的学习希望同学能够掌握船舶结构力学的基本理论与相应分析方法,理解船体总纵强度计算的基本理论和计算方法,能够初步掌握依据规范进行船体结构设计计算的方法。
⏹课程安排:绪论简介4课时船体结构力学24课时船体强度8课时船体结构设计24课时2020/10/92成绩评定⏹(1)出勤与课堂表现10%⏹(2)作业10%⏹(3)PPT规范演讲15%4人一组,以PPT形式展现,每组15-20分钟第3周确定分组名单,第12周汇总上报演讲题目⏹(4)期末考试65%严守课堂纪律及时完成作业积极迎接考试!2020/10/9314.7万立方米LNG船——大鹏星号2020/10/95超级豪华游轮——玛丽皇后号2020/10/962020/10/99海监撞船海难事故2020/10/9安全的船体结构和可靠的船体强度是船舶稳定运行的基础,合理的船体结构设计能够保证船舶拥有优良的航行性能。
学好《船体结构与强度设计》相当重要!2020/10/911第一章1-1.11-1.2结构物的强度确定⏹结构物的强度:作用于结构物上的外力(包括主动力和约束反力),按照一定的计算方法和程序,确定出结构物中危险截面处的应力值σ,然后将此应力与许用应力[σ]比较。
如果σ≤[σ],则结构物的强度是足够的;如果σ≥[σ],则结构物的强度是不足的。
⏹许用应力[σ]的确定:外载荷的可靠性、计算方法的合理性、结构物的使用年限、结构物的均匀性等。
2020/10/9141-1.3船体受力船体受力:(1)载重力和自身重力(2)水作用于船体的力(水的压力、冲击力、船在水中的惯性力等)除非船舶静止于水中,否则船舶上受到的力总是动力,取决于海面的情况,波浪的大小等环境因素,且是随机性,使得船体外力的确定相当复杂。
2020/10/9151-1.4船体强度校核⏹总纵强度⏹局部强度⏹稳定性⏹船体扭转⏹应力集中2020/10/916⏹总纵强度⏹把整个船体当做一根梁来进行研究,将船体梁静止于静水或者波浪,计算沿船长方向分布的重力与浮力作用下的弯曲变形与应力。
船体强度与结构设计第3章资料
座的刚性系数。
v
R
A
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型
骨材支承条件的简化
(4)弹性固定端 如果固定端发生有一个正比于端部弯矩的转角, 则此固定端称作弹性固定端,如图所示。
M
M
Ship Strength and Structural Design
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型 船体局部强度和总纵强度一样,也是一种相对强 度。外力、内力和许用应力的一致性是相对强度 的基本出发点。 既然力学模型是结构计算中用以代替实际结构的 一个模型,它必须满足下列要求: (1)反映实际结构的工作性能; (2)便于计算。
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型
构件几何尺寸的简化
(2)肋骨刚架 肋骨刚架计算时,其长度、宽度取组成肋骨刚架 的梁的中和轴线的交点之间的距离,用中和轴线 代替实际构件。一般不考虑梁拱和舭部的弯曲, 由于肘板和开孔的存在而引起的构件剖面的变化 一般也不考虑,即在内力计算时把每个构件看作 是等值梁。但在计算梁的剖面模数时必须考虑肘 板的影响。如图所示。
Ship Strength and Structural Design
3.1 局部强度计算的力学模型
构件几何尺寸的简化
构件几何尺寸的简化 为了便于计算,在建立力学模型时,需要对实际 结构的几何要素(如跨距、宽度、带板尺寸、剖 面模数等)作一些简化处理。 (1)板架 板架计算时,其长度、宽度取相应的支持构件之 间的距离。例如,船底板架和甲板板架的长度取 横舱壁之间的距离,宽度取为船宽。 (3)在计算构件的剖面要素时应包括带板(附 连翼板)的影响。
船体强度与结构设计复习题.doc
船体强度与结构设计复习题一.学习中掌握的内容第1章1.术语:静水弯矩波浪附加弯矩浮力曲线重量曲线载荷曲线弯矩曲线计算弯矩2.基本问题(1)载荷分类:按其对结构的影响分类一一总体性载荷,局部性载荷;按其随时间变化性质分类:不变载荷,静变载荷,动变载荷,冲击载荷。
(1)局部重量分配原则和方法(2)全船性重量的分配方法(3)如何作出重量曲线如何求出静水中的浮力曲线(4)如何绘制坦谷波(5)何谓船舶静止在波浪上(6)如何进行静水中的纵倾调整(7)解释静水弯矩产生的原因(8)如何进行波浪上的纵倾调整(9)Muckle方法的适用条件是什么(10)如何计算静水弯矩如何计算波浪附加弯矩3.计算:能够计算静水弯矩和波浪附弯矩第2章1.术语:总纵强度纵向强力构件船体等值梁剖面抗弯几何特性折减系数极限弯矩构件的多重作用过载能力许用应力2.基本问题:如何选择计算断面如何进行第一次总弯曲应力计算(1)第一次计算总弯曲应力和第二次计算的区别是什么(2)如何计算折减系数,如何确定柔性构件的面积(3)为什么说总强度计算方法为相对强度计算方法(4)计算弯矩和极限弯矩的区别(5)如何计算船体的极限弯矩(6)如何判断船体的过载能力(7)为什么总弯曲应力的计算要逐步近似计算完成(8)为什么许用应力随船长增加而提高(9)总强度校核时,应该选择哪些剖面3.计算:能够考虑折减进行总弯曲应力计算第3章局部强度1.术语:局部强度力学模型边界条件水头高度2.基本问题(1)确定力学模型的原则(2)模型尺寸的确定(3)边界条件的简化(4)载荷的确定(5)横向强度计算模型(6)甲板板架计算模型(7)船底板架计算模型(8)肋骨强度计算模型(9)船底纵骨计算模型;甲板纵骨计算模型(10)模型结构化的处理:对称性的利用(11)有限元计算方法:计算步骤、奇异性的排除第4章船体扭转强度1.术语:扭转刚度、扭转强度、横摇扭矩2.基本问题(1)哪些类型船舶需要计算扭转强度(2)引起船体扭矩的原因有哪些(3)计算斜浪航行扭矩的方法步骤第5章型材剖面设计1.术语:剖面利用系数、剖面模数比面积、惯性矩比面积、理想剖面、腹板相当面积2.基本问题(1)如何提高构件剖面材料利用率(2)提高剖面惯性矩有哪些措施(3)符合什么条件的构件按照抗弯强度条件设计(4)符合什么条件的构件按照抗剪切强度条件设计(5)什么是型材的侧向失稳(6)如何确定梁的强度设计条件第6、7章结构设计(中剖面设计、结构规范法设计)1、结构设计的基本任务和内容(1)设计前提:主尺度、总布置图、线型图、船体说明书。
(完整word版)船体强度与结构设计复习材料
船体强度与构造设计复习资料绪论1.船体强度:是研究船体构造安全性的科学。
2.构造设计的基本任务:选择适合的构造资料和构造型式,决定所有建立的尺寸和连结方式,在保证拥有充分的强度和安全性等要求下,使构造拥有最正确的技术经济性能。
3.全船设计过程:分为初步设计、详尽设计、生产设计三个阶段。
4.构造设计应试虑的方面:①安全性;②运营适合性;③船舶的整体配合性;④持久性;⑤工艺性;⑥经济性。
5.极限状态:是指在一个或几个载荷的作用下,一个构造或一个构件已失掉了它应起的各样作用中任何一种作用的状态。
第一章惹起船体梁总纵曲折的外力计算1.船体梁:在船体总纵强度计算中,往常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁。
2.总纵曲折:船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的曲折。
3.总纵强度:船体梁抵挡总纵曲折的能力。
4.惹起船体梁总纵曲折的主要外力:重力与浮力。
5.船体梁所遇到的剪力和弯矩的计算步骤:①计算重量散布曲线平p(x) ;②计算静水浮力曲线bs(x) ;③计算静水载荷曲线qs(x)=p(x)-bs(x);④计算静水剪力及弯矩:对③积分、二重积分;⑤计算静波涛剪力及弯矩:⑥计算总纵剪力及弯矩:④+⑤。
6.重量的分类:①按改动状况来分:不变重量(空船重量)、改动重量(装载重量);②按散布状况来分:整体性重量(沿船体梁全场散布)、局部性重量(沿船长某一区段散布)。
7.静力等效原则:①保持重量的大小不变;②保持重心的纵向坐标不变;③近似散布曲线的范围与该项重量的实质散布范围同样或大概同样。
8.浮力曲线:船舶在某一装载状况下,描绘浮力沿船长散布状况的曲线。
9.载荷曲线:在某一计算状态下,描绘惹起船体梁总纵曲折的载荷沿船长散布状况的曲线。
10.载荷、剪力和弯矩之间的关系:①零载荷点与剪力的极值相对应、零剪力点与弯矩的极值相对应;②载荷在船中前后大概相等,故剪力曲线大概是反对成的,零点凑近船中,在首尾端约船长的 1/4 处拥有最大正、负值;③两头的剪力为零,弯矩曲线在两头的斜率为零(与坐标轴相切)。
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船体强度与结构设计复习绪论1.总纵强度:在船体总纵强度计算中,通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁,简称船体梁。
船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲,称为总纵弯曲。
船体梁抵抗总纵弯曲的能力,称为总纵强度。
2.船体总纵强度计算的传统方法:将船舶静置在波浪上,求船体梁横剖面上的剪力和弯曲力矩以及相应的应力,并将它与许用应力相比较以判断船体强度。
3.评价结构设计的质量标准:安全性,营运合适性,船舶的整体配合性,耐久性,工艺性,经济性。
4.按照静置法所确定的载荷来校核船体的总纵强度,是否反映船体的真实强度,为什么?答:按照静置法所确定的载荷来校核船体总强度,不反映船体的真实强度,因为海浪是随机的,载荷是动态的,而且当L较大时载荷被夸大,但具有相互比较的意义。
第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算5.总纵弯曲:船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲。
(中拱:船体梁中部向上拱起,首、尾两端向下垂。
中垂:船中部下垂,首、尾两端向上翘起。
)6.重量曲线:船舶在某一计算状态下,描述全船重量沿船长分布状况的曲线。
绘制重量曲线的方法:静力等效原则。
7.浮力曲线:船舶在某一装载情况下,描述浮力沿船长分布状况的曲线8.载荷曲线:在某一计算状态下,描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。
9.静水剪力:船体梁在静水中所受到的剪力沿船长分布状况的曲线。
10.弯矩曲线:船体梁在静水中所受到的弯矩沿船长分布状况的曲线。
(重量的分类:按变动情况来分:①不变重量,即空船重量,包括:船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量。
②变动重量,即装载重量,包括货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重量。
按分布情况来分:①总体性重量,即沿船体梁全长分布的重量,通常包括:主体结构、油漆、锁具等各项重量。
②局部性重量,即沿船长某一区段分布的重量。
)11.局部重量的分配原则(P12):重量的分布原则:静力等效原则。
①保持重量的大小不变,这就是说要使近似分布曲线所围成的面积等于该项实际重量。
②保持重量重心的纵向坐标不变,即要使近似分布曲线所围的面积的形心纵坐标与该项重量的重心坐标相等。
③近似分布曲线的范围(分配到理论站的范围)与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。
12.如何获得实际船舶重量分布曲线:答:通常将船舶重量按20个理论站距分布(民船尾-首,军船首-尾编排),用每段理论站距间的重量作出阶梯形曲线,并以此来代替重量曲线。
作梯形重量曲线时,应使每一项重量的重心在船长方向坐标不变,其重量分布范围与实际占据的范围应大致对应,而每一项理论站距内的重量则当做是均匀的。
最终,重量曲线下所包含的面积应等于船体重量,该面积的形心纵向坐标应与船体重心的纵向坐标相同。
13.静水力浮力曲线的绘制:浮力曲线的垂向坐标表示作用在船体梁上单位长度的浮力值,其与纵向坐标轴所围的面积等于作用在船体上的浮力,该面积的形心的纵向坐标即为浮心的纵向位置。
浮力曲线通常根据邦戎曲线来求得。
14.用于总纵强度计算的剪力曲线和弯矩曲线的特点:①首尾端点处的剪力和弯矩为零,亦即剪力和弯矩曲线在端点处封闭②零载荷点与剪力的极值相对应,零剪力点与弯矩的极值相对应③剪力曲线大致是反对称的,零点在靠近船中的某处,在离首尾约船长的1/4处具有最大正值或负值④弯矩曲线在两端的斜率为零,最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围内。
15.波浪剪力:完全由波浪产生的附加浮力引起的附加剪力。
16.波浪弯矩:船舶静置于波浪上,由于波面下的浮力分布相对于原静水面下的浮力分布的变化而产生的弯矩。
(船舶由静水进入波浪时,重量曲线p(x)并未改变,但水面线发生了变化,从而导致浮力的重新分布。
波浪下浮力曲线相对静水状态的浮力增量是引起静波浪剪力和弯矩的载荷。
)17.静水弯矩和波浪弯矩分别与哪些因素有关:静水弯矩是指在静水中船体在重力和浮力的总载荷作用下发生弯曲变形产生的弯矩。
与船体挠度(有利)和货物分布有关。
静波浪弯矩与船型、波浪要素以及船舶与波浪的相对位置有关。
18.坦谷波:波峰陡峭、波谷平坦,波浪轴线上下的剖面积不相等的波。
19.波浪包括哪些要素,在实际计算时各个波浪要素如何选取:波浪要素包括波形、波长与波高。
①在实际计算时,取波长等于船长,并且规定按波峰在船舯和波谷在船舯两种典型状态进行计算。
②波长λ和波高h之间没有固定的关系。
波高可以按有关规范或强度标准选取(一般随船长而变化)。
20.船舶由静水进入波浪,浮态的变化:若以静水线作为坦谷波的波轴线,①当船舯位于波谷时,由于坦谷波在波轴线以上的剖面积小于波轴线以下的剖面积,同时船体舯部又比船艏艉两端丰满,所以此时船舶的浮力要比在静水中小,因而不能处于平衡,船舶将下沉ξ值;②而当船舯位于波峰时,一般此时船舶的浮力要比在静水中大,船舶将上浮ξ值。
另外,由于船体艏艉线型不对称,船舶还将发生纵倾。
21.麦卡尔假设的含义:确定船舶在波浪上的平衡位置一般采用直接法,该方法是由麦卡尔提出的,故也称麦卡尔法。
该方法是利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位置。
因此,在计算时,1要求船舶在水线附近是直壁(即邦戎曲线在水线附近是直线)2同时船舶没有横倾发生。
22.静波浪剪力和弯矩的标准计算方法:坦谷波理论。
在实际计算时,取计算波长等于船长,并且规定按波峰在船中和波谷在船中两种典型状态进行计算。
传统标准计算方法:①将船舶静置于波浪上,即假想船舶以波速在波浪的传播方向上航行,船舶与波浪处于相对静止状态。
②以二维坦谷波作为标准波形,计算波长等于船长,计算波高按有关规范或强度标准选取。
③取波峰位于船中及波谷位于船中两种状态分别进行计算。
23.计算状态:通常是指在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型的装载状态,一般包括满载、压载、空载和按装载方案可能出现的最不利以及其它正常营运时可能出现的更为不利的装载状态(针对以上方法↑)当波峰位于船舯时,此时船舯部浮力较大,艏艉处浮力较小,船舶处于中拱状态;当波谷位于船舯时,此时船舯部浮力较小,艏艉处浮力较大,船舶处于中垂状态,如图所示。
静水面波面中拱静水面波面中垂24.船体挠度对静水弯矩的影响:前面介绍浮力曲线的绘制时,假定船体梁没有任何变形。
实际上,船体梁在载荷的作用下会产生总纵弯曲变形。
因此,当船体梁处于中拱状态时,其中部浮力减小,而艏艉两端浮力增大(相对于不考虑船体变形而言),于是中拱弯曲程度减弱;反之,当船体梁处于中垂状态时,其中部浮力增加,而艏艉两端浮力减小,于是中垂弯曲趋于平缓。
因此,船体挠度对静水弯矩的影响是有利的。
第二章船体总纵强度计算25.船体总纵强度校核时,计算剖面的选取:为了进行总纵强度校核,必须首先确定对哪些剖面进行计算。
显然,仅仅需要对可能出现最大弯曲应力的剖面进行计算,这些剖面称为危险剖面或计算剖面。
计算剖面的选择原则:1)由总纵弯曲力矩曲线可知,最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围内,所以计算剖面一般应选择此范围内的最弱剖面,即有最大的舱口或其它开口的剖面,如机舱、货舱开口剖面。
2)船体骨架改变处的剖面,上层建筑端壁处的剖面,主体材料分布变化处的剖面,以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。
26. 纵向强力构件:纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件。
27. 间断构件:长度较短不能完全有效的传递总纵弯曲应力的构件.28. 上层建筑参与船体总纵弯曲的程度取决于哪些因素:长度超过15% 船长,且长度大于6倍自身高度的上层建筑以及同时受到不少于3个横舱壁或类似结构支持的长甲板室,可以认为其中部能完全有效的参加抵抗总纵弯曲,但是其端部参加抵抗总纵弯曲的程度较小,需要扣除不参加抵抗总纵弯曲的构件面积。
29. 最小剖面模数:在一般船舶中,中和轴离船底比较近,一般称强力甲板处的剖面模数为船体剖面的最小剖面模数。
30. 总纵弯曲应力的第一次近似计算:①画出船体半剖面图;②对纵向强力构件进行编号;选取参考轴;③进行表格计算;④确定剖面中和轴;⑤计算构件i 的总纵弯曲应力。
构件中的总纵弯曲应力是'i i Z IM =σ,按上式求得的应力称为总纵弯曲应力的第一次近似计算值。
总纵弯曲应力的第一次近似计算,仅仅是一种强度方面的计算,其前提就是剖面上的构件没有失稳。
31. 折减系数:icr σσϕ=,板的临界应力与该板所受到的总纵弯曲的压应力之比来确定该板的折减系数。
(1≤ϕ)32. 刚性构件:受压不失稳的刚性骨架梁、舭列板等相毗连的每一侧宽度等于该板格短边长度0.25倍的那一部分板。
33. 柔性构件:板格的其余部分在受压后可能失稳,称为柔性构件。
只能承受等于临界应力的压应力。
34. 折减面积i A :构件i 需要折减的剖面积。
该值等于板的剖面总面积减去属于刚性构件部分的剖面积。
35. 在计算船体总纵弯曲的过程中,逐步近似的原因:从折减系数的计算公式可以看到,折减系数的大小与总纵弯曲应力有关,而计算总纵弯曲应力时又假定构件的折减系数已知,因此总纵弯曲应力的计算必定是个逐步近似的过程。
当然,如果总纵弯曲的压应力均未超过板的临界应力,则不必进行折减计算,因而第一次近似计算求得的总纵弯曲应力,就是进行强度校核的计算应力。
36. 按照纵向构件在传递载荷的过程中产生的应力种类和数目,可将纵向构件分为哪几类:①只承受总纵弯曲1σ的纵向构件称为第一类构件,如不计甲板横向载荷的上甲板;②同时承受总纵弯曲1σ和板架弯曲2σ的纵向构件称为第二类构件,如船底纵桁、内底板;③同时承受总纵弯曲1σ、板架弯曲2σ以及纵骨弯曲3σ的纵向构件;或者同时承受总纵弯曲1σ、板架弯曲2σ以及板的弯曲4σ(横骨架式)的纵向构件称为第三类构件,如纵骨架式中的纵骨和横骨架式中的船底板;④同时承受总纵弯曲1σ、板架弯曲2σ、纵骨弯曲3σ以及板的弯曲4σ的纵向构件称为第四类构件,如纵骨架式中的船底外板。
以上各种弯曲,除总纵弯曲外均称为局部弯曲。
37. 开式剖面弯曲剪应力的计算:由于船体中心线处甲板没有与其它构件相连接,故该处剪应力等于零,这种结构相当于开式剖面结构,因此按公式ItNS =τ即可求得剖面上各点的剪应力。
38. 许用应力标准是如何确定的:许用应力就是在船体结构设计时预计的各种工况下,结构构件所容许承受的最大应力值。
在理论上,材料的极限应力除以安全系数即得到许用应力值。
在实际上,许用应力标准是根据舰船设计、建造和营运的经验,以及积累的实船静载测量和航行试验结果,根据安全和经济的原则而确定的。
39. 极限弯矩:j j j W M σ=是指船体剖面内离开中和轴最远点的刚性构件中的应力达到结构材料的屈服极限时(在受拉伸时)或构件的临界应力时(在受压缩时),船体剖面中所对应的总纵弯矩。
j σ:船体结构材料的屈服极限γσ,或距中和轴最远点的构件的临界应力cr σ;j W :距中和轴最远点的构件中的拉应力等于材料的屈服极限时的船体最小剖面模数,或距中和轴最远点的构件中的压应力等于该构件的临界应力时的船体最小剖面模数。