船舶强度与结构课程设计

目录
一、课程设计任务书 (2)
二、课程设计主要内容 (2)
三、船舶数据资料 (2)
四、课程设计主要步骤 (3)
（一）船舶在静水和波浪上剪力弯矩计算 (3)
（二）总纵强度计算 (20)
一、 课程设计任务书
综合应用船舶与海洋结构物强度的有关知识，完成船舶船体中剖面的结构设计，并按相关规范要求进行总纵强度的校核。

二、课程设计主要内容
（一）、根据相关规范要求完成船舶舯剖面结构设计 （二）、船体总纵强度的校核
1、船舶在静水中平衡位置的确定
2、船舶在波浪中平衡位置的确定
3、船舶重量分布曲线的确定
4、船舶浮力分布曲线的确定
5、船舶载荷分布曲线的确定
6、船舶剪力和弯矩分布曲线的确定
7、剖面特性计算
8、许用应力的确定
9、总纵弯曲应力校核 10、极限强度校核
三、船舶数据资料
船舶主尺度： 总长：m L OA 40.128
设计水线长：m L WL 04.120= 垂线间长：m L PP 50.115= 计算船长：m L 50.115= 型宽：m B 50.19= 型深：m D 20.10= 设计吃水：m d 30.8= 方型系数：653.0≈B C
四、课程设计主要步骤
（一）船舶在静水和波浪上剪力弯矩计算
主要数据：
计算船长 115.50L m = 船 宽 m B 50.19= 海水比重 31.025/t m ρ= 设计吃水 m d 30.8=
选取满载出港的装载状况作为计算基础，由设计任务书所给的参考数值可得到以下参数：
排水量 12657.91t ∆= 平均吃水 8.18m d m = 重心纵向位置 3.946g x m =- 浮心纵向坐标 0.23b x m =- 漂心纵向坐标 4f x m =-
水线面积 21803.902w A m = 纵稳心半径 121.76L BM m =
其中的水线面积w A 是由所给的厘米吃水吨数18.49TPC t =求出，公式为：100w TPC
A ρ
=。

纵稳心半径L BM 是由所给的厘米纵倾力矩 133.44/MTC t m =求出的，公式为：100PP
L MTC L BM ⋅≈
∆。

波型和波浪参数选择： 波长：115.5L m λ== 波高：6h m =
坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算：
各理论站从坦谷波波面到波轴线垂向坐标值经计算列入下表：
注：表中B y 值由波轴线向下为正，向上为负。

满载出港状态的弯矩和剪力计算： １．船舶纵倾调整
（1）船舶在静水中平衡位置的确定 第一次近似： 首吃水：
11
() 6.2952g b f m f x x d d x m R -=+
-=
尾吃水：11
()9.8202g b a m f x x d d x m
R -=-+=
排水体积：
3
12349.18V m γ
∆
=
=
第二次近似： 首吃水：112
11
() 6.5062g b f f f x x V V d d x m
A R --=++-=
尾吃水：
11211()10.0782g b a a f x x V V d d x m A R --=+
-+=
2
0.08%V V V -=- <0.1%-0.5%满足设计要求
1
0.03%
g b x x L
-= <0.05%-0.1%满足设计要求
船舶在静水中平衡位置的计算
(2)船舶在波浪上平衡位置的计算 a.用麦卡尔法计算船舶在波谷的平衡位置
取静水平衡线0 6.506f d m =,010.078a d m =作为波轴线，按照波谷在船中由邦戎曲线图上量出浸水面积i ω,再取1m ε=,即波轴线上移1m,量出各站横剖面浸水面积bi ω，列下式计算波轴线移动参数0ζ，b 。

船舶在波谷上平衡位置的计算
b.用麦卡尔法计算船舶在波峰的平衡位置
取静水平衡线0 6.49f d m =,010.07a d m =作为波轴线，按照波峰在船中由邦戎曲线图上量出浸水面积i ω,再取1m ε=-,即波轴线下移1m,量出浸水面积bi ω，列下式计算波轴线移动参数0ζ，b 。

船舶在波峰上平衡位置的计算
求出平衡位置后，即可以从邦戎曲线上得到船舶处于平衡位置时的横剖面浸水面积，计算结果见下表。

2．重量的分布计算
由于重力曲线拟合的不可知性，在综合梯形法，阶梯型曲线，以及局部性重量的基础上得到以下重力曲线。

求出的各理论站重量分布如下表：
3．剪力弯矩结果
静水时剪力和弯矩计算
15/27
波峰时剪力和弯矩计算
16/27
波谷时剪力和弯矩计算
17/27
浮力、载荷分布图及剪力弯矩分布图如下：
重力曲线
18/27
19/27
（二）总纵强度计算
一、计算依据
1.参考图纸和计算书
（1）基本结构图
（2）典型剖面图
（3）肋骨型线图
（4）剪力弯矩计算书
（5）船底板架局部强度计算书
2.计算载荷（由于计算时波峰大于波谷，取波峰进行计算）
计算弯矩：波峰M(中拱)=38436tf·m
计算剪力：波峰M(中拱)=1195.7tf
3.船体材料
计算剖面的所有构件采用低碳钢材，屈服极限2352kgf/cm2。

4.许用应力
（1）总纵弯曲许用应力=0.5[σ]=1176kgf/cm2
（2）总纵弯曲与板架局部弯曲和应力的许用应力
a)在板架跨中[σ]=（kg/cm2）1528.8kgf/cm2
b)在舱壁处[σ]=σs（kg/cm2）2352kgf/cm2
二、总纵弯曲正应
1.总纵弯曲正应力的第一次近似计算
计算中取比较轴距基线5处。

中和轴距比较轴距离
13533.33
0.4258318297.48
m ε-=
=-
中和轴距基线为4.58m 。

剖面对水平中和轴的惯性矩
()2
22
3533.33214257442188297.48290576I cm m ⎛⎫-=+- ⎪ ⎪⎝⎭=⋅ 剖面上的应力 3210/i i i
M
Z kgf cm I σ=⋅（各构件应力见下列计算）
2．欧拉应力计算
1)板的欧拉应力计算
a)纵骨架式板格 (四边自由支持)按下式计算
2
)100(
800b
t E =σ 计算见下表。

b)横骨架式板格(四边自由支持)按下式计算
2
222)1()100(200b
s s t E +=σ
计算见下表。

2)纵骨的稳定性计算
在强度计算中，纵向骨材的理论欧拉应力，按两端自由支持的单跨梁，其欧拉应力按下式计算
)
(2
2t b f a Ei
e E +=
πσ
i---包括带板的骨材剖面惯性矩 a---骨材跨距
f---骨材本身的剖面积 b e ---带板有效宽度 t---带板厚度
E---材料的弹性模量
计算纵骨稳定性的带板，当其受到的压应力大于临界应力时候应作折减。

此时带板宽度按下式计算
(1)2
e b
b ϕ=+
b e ---带板有效宽度 b---骨材间距
E
r
c σσϕ=
---折减系数，大于1不折减
当E σ超过材料的比例极限时，骨材的临界应力按下式计算
当,2
1s E σσ≤,E cr σσ= 当,2
1s E σσ>)41(
s
s cr σσσσ-
=
由于是实船，且没有失稳构件，所以不需要进行折减。

三、船体中剖面极限弯矩计算
1．极限弯矩作用下构件内的应力计算见下表。

极限弯矩作用下的应力计算
2．剖面模数s W 计算
由于构件极限弯矩下发生失稳，各构件距离中和轴的距离将发生变化，
中和轴变化 A
A B
A B ∆-∆-=∆-
=122ε 惯性矩变化 222122)2(εA C I I -∆-=。

船底受压时最小剖面模数W 计算见下表。

甲板受压时最小剖面模数W计算见下表。