船舶强度与结构设计的复习题

船舶强度与结构设计的复习题
复习题
第一章（重点复习局部载荷分配、静水剪力弯矩的计算绘制）
1、局部载荷是如何分配的？
（2理论站法、3理论站法以及首尾理论站外的局部重力分布计算）
P P P =+2
1
a P L P P ⋅=∆+)(2
121
由此可得：
⎪
⎪⎭
⎪⎪
⎬⎫
∆-=∆+=)5.0()5.0(21L a P P L a P P
△△
分布在两个理论站距内的重力
2、浮力曲线是如何绘制的？
浮力曲线通常按邦戎曲线求得，下图表示某计算状态下水线为W-L 时，通常根据邦戎曲线来绘制浮力曲线。

为此，首先应进行静水平衡浮态计算，以确定船舶在静水中的艏、艉吃水。

E
E i
i
σ
σε=
=
故有：
E
E a a i i =
（2）即在计算时，可认为船体梁仅由一种基本材料构成，而把与基本材料弹性模量E 不同的构件剖面面积乘以两材料的弹性模量之比i E /E ，同时又不改变该构件的形心位置。

因此，对薄壁构件，相当于仅对板厚作上述变换，如果是垂直板，其自身惯性矩0i 应为：
12
2
0i i i
h E E a i =
式中i h 为垂直板的高度。

4、剖面模数？最小剖面模数？
最上层连续甲板和船底是船体剖面中离中和轴最远的构件，构成了船体梁的上下翼板。

构成船体梁上翼板的最上层连续甲板通常称为强力甲板。

中和轴至强力甲板和船底的垂直距离分别为d Z 和b Z ，则强力甲板和船底处的剖面模数分别为：
d
d Z I W =，b b Z I W =
在一般船舶中，中和轴离船底较近，即d Z >b Z ，因此b d W W <。

所以，有时
也称强力甲板处剖面模数为船体剖面的最小剖面模数。

5、计算剖面的惯性矩是如何计算的？
由于船体结构对称于纵中剖面，一般只需对半个剖面进行剖面要素的计算。

具体步骤如下：
首先，画出船体计算剖面的半剖面图，如下图所示。

然后，对纵向强力构件进行编号，并注意把所有至中和轴距离相同的构件列为一组进行编号；选
取
′
′
图 2-1 船体横剖面图
参考轴O O '-'，该轴可选在离基线0.45倍～0.50倍型深处。

最后，列表进行计算，并分别求出各组构件剖面积i A ，其形心位置至参考轴的距离i Z （按所选定的符号法则，在参考轴以上的构件i Z 取为正的），静力矩i i Z A ，惯性矩2i i Z A 。

对于高度较大的垂向构件，如舷侧板等，还要计算其自身惯性矩12/20i i h A i =（i h 为该构件的垂直高度，这种表达式也适用于倾斜板的剖面）。

则得：
∑=A
A i
∑=B
Z
A i
i
∑=+C i Z A i i )(02
剖面水平中和轴至参考轴的距离为：
)m (A
B
=
∆
由移轴定理，剖面对水平中和轴的惯性矩为：
)
(2)(222
A
B C A C I -=∆-= （cm 2
·m 2
）
任意构件至中和轴的距离为：
A
B Z Z Z i i i -
=∆-=' （m ）
6、甲板板、船底外板折减系数的计算？
对于只参加抵抗总纵弯曲的构件(如上甲板)，则：
i
σσϕcr =
式中i σ-与所计算的板在同一水平线上的刚性构件中的总纵弯曲压应力的绝对值。

折减系数应在o≤ϕ≤1的范围内，若ϕ大于1，则应取ϕ＝1。

对于同时参加抵抗总纵弯曲及板架弯曲的构件(如船底板、内底板)，则：
i
cr σσσϕ2
±=
式中2σ-相应构件的板架弯曲应力，并应考虑其正负符号(拉伸为正，压缩为负)。

11、极限弯矩的概念。

在船体强度计算时，所谓极限弯矩是指船体剖面内离开中和轴最远点的应力达到结构材料的屈服极限时，船体剖面中所对应的总纵弯矩。

第三章（重点复习分配系数的相关计算）
1.简述影响计算模型的主要因素？
（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。

2、纵骨、船底板、甲板板架、船底板架、刚架（甲板横梁、舷侧肋骨、船底肋板）的计算模型是如何构建的？
（1）船底纵骨在船底均布水压作用下产生弯曲变形。

由于实肋板刚性远大于纵骨，可视为纵骨的刚性支座。

（2）船底板
纵骨
船长方向船长方向
船底纵桁纵骨
实肋板实肋板
实肋板
实肋板
（3）甲板板架、船底板架
（4）
2、构造计算模型时，边界约束的选择原则是什么？
简化成何种支座，视相邻构件与计算构件间的相对刚度及受力后的变形特点而定。

3、带板的宽度如何确定？
国军标规定，骨架弯曲强度计算时，取带板宽度⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡=6,min l b b e ，其中b 为骨
架间距，l 为骨架跨距。

5、板架简化为单跨梁的条件。

对于舱长很短的船底板架（例如，舱长与板架计算宽度之比小于0.8时），为确定这种板架中桁材的弯曲应力，可将中桁材当作单跨梁处理。

6.局部强度校核的一般步骤：
①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， ②确定局部结构受到最大载荷(设计载荷)
③建立数学模型，计算局部结构的内力与变形。

④确定局部结构的强度校核衡准。

第五章 (重点复习应力集中系数的计算)
1.船级社主要职责？
规范监督船的建造，并允许船舶正式“入级”，给它们所登记的船办各
种国际协定所要求的证书；
此外，还对使用中的船舶作定期检查，以确定这些船是否仍保持在“级”内。

2.建造规范为航运、造船相关的制造业和保险业等行业的作用？
1）经过“入级”登记的船，符合公认的健全的建造标准，就等 于告诉运货人他并没有冒险脱离实际的风险；
2）船的入级有助于保险公司判断隐含着的危险性质。

3.结构布置的一般原则？
结构合理布置，将直接影响船体结构的强度、重量及工艺性等。

一般原则：
1）结构的整体性原则
2）受力的均匀性和有效传递原则 3）结构的连续性和减少应力集中原则 4）局部加强原则
4. 船体构件的材料级别的钢级？
由于温度的降低(甚至在常温上)，低碳钢的断裂方式也可由“正常的”
韧性转变为脆性。

大量研究确定：钢材可根据断裂的起始、扩展和止裂的性质来表征。

我国《海船规范》将一般船体结构划分为A 、B 、D 、E 等四个钢级。

为了防止断裂，全船不同部位的船体构件按其所承受的应力情况分为3个类别，即次要类、主要类和特殊类。

5.防止疲劳断裂的方法？
①当应力存在于非常局部的范围时,控制交变应力的大小，使其低于疲劳极限，便可完全防止任何疲劳损伤累积。

②对于范围较大的应力，应使船舶在整个生命期内能经受 累积的疲劳损伤，但不出现明显的断裂危险。

6、甲板开口的应力集中系数是如何计算的？采取哪些措施来降低甲板角隅的应力集中？
（1）关于孔边的应力集中，可用具有小椭圆开孔的无限宽板受位抻的情况来说明。

应用弹性理论可求得A 、B 两点的应力分别为：
开口的应力集中
⎪⎭
⎪
⎬⎫
-=+=σσρσσB A a )21(
式中：σ为无限远处的拉伸应力；a b /2=ρ为椭圆孔在A 点的曲率半径；b a 22与分别为垂直及平行于拉伸方向的椭圆主轴，负号代表压应力。

（2）采用圆弧形舱口角隅；采用抛物线或椭圆形舱口角隅；舱口边缘的甲板纵桁对降低角隅处的应力集中有一定的作用；减小开口间的甲板厚度；采用一种新型的“弹性角隅”。

7、肘板的应力集中系数如何计算？并叙述降低应力集中的方法。

应力集中系数k 可按下式近似确定：
第 11 页 共 11 页 r d k o 112.01max +==σσ 式中o σ为强骨材在圆弧半径r 终止处的弯曲应力。

由上式可知，当r/d>2时，
肘板的应力集中程度已较小。

因此，肘板尺寸的大小能保证r/d>2便已足够。

肘板的形状以圆弧形为最好。

增大圆弧半径可以降低应力集中系数，但当圆弧半径超过骨材腹板高度时，再增大圆弧半径其降低应力集中的效果就不明显了。

8、上层建筑甲板支撑结构的应力集中系数如何计算？并叙述降低应力集中的方法。

在上层建筑端部，主体结构中的应力集中系数，可以近似地由下计算： r h a 3.01+= 式中： h-上层建筑高度；r-端部的圆弧半径。

为减少甲板室端部角隅处的应力集中，通常其侧壁与端壁的连接应做圆角，形成带圆角的围壁；局部增加主体结构板厚；避免上层建筑的固有频率与激振力耦合而产生的振动。