第十四讲 型材剖面设计

h f2h f 2 h1 f1 f 2 f
…… （1）移轴定律
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船体强度与结构设计
2)剖面对中和轴的惯性矩为：
2 h fh I f 2h2 f ( f1 f 2 f )h12 ……（2） 12 2 2
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利用表格计算型材剖面模数
构 件 及 剖 面 积 至参考 静矩 惯性矩 自身惯性 至中和轴 2 编号 矩 距 离 （cm ） 距 离 （m） （ cm2. （ cm2 （ cm2m2 （m） m） m2 ） ）
剖面中和轴至参考轴的距离： e B A 对中和轴的惯性矩：I C Ae2 C eB Δ = ###### I= #DIV/0! 剖面模数： W I ， W I
1 2
构 件 及 剖 面 积 至参考 e1 静矩 惯性矩 h e1自身惯性 至中和轴 船体教研室吴春芳编 编号 距 离 （cm2） 距 离 （ cm2. （ cm2 矩 Email:qiuyuan_cat@163.com
h
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其实际的剖面模数为
1 3 lh I 12 1 2 W1 lh 1 Z 6 h 2 所以，矩形的剖面利用系数
1 2 lh W1 1 6 0.33 W W0 1 2 3 lh 2
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第十四讲 型材剖面设计
型材剖面的利用和比面积、型材的 强度要求及剖面要素计算
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船体结构中的型材 1、按照所起的作用可以分为: 1)仅承受接伸或压缩荷重的作用的干件 2)主要承受弯曲作用的梁 ２、船体结构中常用的骨架梁有： 型钢、组合梁 Ｔ型材最合理地使用材料而得到最高的强度， 且能使结构具有良好的对称性，在船体结构 中使用范围很广。
1 2lh
W0 “理想”剖面模数为
则
1 W0 hF 2
1 2lh
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h
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剖面利用系数
实际所用的各种型材其最小剖面模数仅为W0 的一部分，即
1 W1 W0 hF 2
式中η称为剖面的利用系数，表明材料在 剖面中分布的合理程度
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一、衡量型材剖面材料利用的指标 1、型材剖面设计应符合的要求：
１）具有足够的强度、刚度和稳定性；
２）应尽可能符合生产与工艺方面的要求，如制造 简单、施工质量高； ３）满足特殊结构与营运使用的要求，例如：为保 证货舱容积而对型材剖面高度的限制、因腐蚀磨损而
W1 I Z
max
Z
F
2
dF
Z
max
Z dF Z max F Z max
2
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式中，
I Z dF
2 F
——型材剖面积对其中和轴的惯性矩
Z —— 微面积dF至中和轴的距离
式中
2 h fh ——— 对参考轴的惯性矩 f2h2 f 12 2
2
翼板对自己中和轴的惯性矩不计（太小） 将（1）代入（2）得
f f2 f1 f 2 ( f1 f 2 ) 3 12 I h2 f1 f 2 f
……（3）
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3)剖面模数
f f f2 f1 f 2 f1 f 2 I 3 3 12 W h 1 h1 f2 f 2
则
小翼板的剖面模数为 f 4 f 2 2 f1 f h( f 1 ) 6 2 f2 f
大翼板的剖面模数为
I f 4 f1 2 f 2 f W h( f 2 ) h2 6 2 f1 f
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已知某实心矩形如图例4.1.1所示，长为l，宽为h， 求该矩形ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ剖面利用系数η。
解 如图所示，理想剖面 得到的“理想”剖面模数为：
h
l
1 2 W0 lh 2
1 2lh
1 2lh
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M W1
及
NS It
则首先要建立型材剖面要素与剖面几何尺寸之间 的关系式。
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1.以焊接于船体钢板上的T型材为例
1）参考轴的选取：以小翼板厚度中点的轴线О'—О'为参考轴，则剖面 中和轴至参考轴的距离为：
对最小板厚的要求；
４）剖面内材料分布合理，使得结构重量最轻，这 是船体结构工程师的重要目标之一。
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2、衡量型材剖面积内材料分布合理程度的指 标有： 剖面利用系数、比面积 梁材受横荷作用时其抵抗弯矩的能力由剖 面的最小剖面模数保证，最小剖面模数W1
—— 剖面上最远纤维至中和轴的距离 Z max
因而，在给定剖面积F时，若
Z Z max
则上左式具有最大值，即
W1 Z max F
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理想剖面模数
取两个离中和轴的距离为 Z max 、 面积各为0.5F的翼板组成的剖面，即理 想剖面
在剖面积F和高度h相同的情况下,剖面利用系数的 大小表明了材料在剖面中分布的合理程度.
比面积: 1.剖面模数比面积 2.剖面惯性矩比面积 意义:产生单位剖面模数所需的剖面积.
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二、型材的强度要求及剖面要素计算
为保证型材有足够 强度，必须使翼板的最大正 应力和腹板上的最大剪应力小于许用应力，即