64船舶强度与结构设计_多媒体课件_第二章

浙江省精品课程浙江省精品课程船舶强度与结构设计船舶强度与结构设计船舶强度与结构设计第二章第二章船舶总纵强度计算船舶总纵强度计算ExitNextPre§§22--11第一次近似计算第一次近似计算„„根据梁弯曲理论：根据梁弯曲理论：„„σσ＝＝MZMZ//II„„对于一定计算状态，可求出作用于船体剖面上的弯矩对于一定计算状态，可求出作用于船体剖面上的弯矩MM值。值。为了计算剖面弯曲应力为了计算剖面弯曲应力σσ，还必须先计算剖面对水平中和，还必须先计算剖面对水平中和轴的惯性矩轴的惯性矩II，以及剖面任意构件至水平中和轴的距离，以及剖面任意构件至水平中和轴的距离ZZ等等剖面要素。剖面要素。一、计算前的准备一、计算前的准备11、危险剖面的选择、危险剖面的选择危险剖面的选择原则：危险剖面的选择原则：11）可能出现最大弯曲应力的剖面）可能出现最大弯曲应力的剖面，由总纵弯曲力矩曲，由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中线可知，最大弯矩一般在船中0.40.4倍船长范围的，所以计算倍船长范围的，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面剖面一般应是此范围内的最弱剖面——既有最大的船口或其它既有最大的船口或其它开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。22）船体骨架改变处剖面）船体骨架改变处剖面，上层建筑端壁处剖面，主体，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。大的弯矩值的某些剖面。ExitNextPre22、纵向强力构件、纵向强力构件纵向连续并能有效纵向连续并能有效的传递总纵弯曲应力的的传递总纵弯曲应力的构件。构件。11））船中船中0.40.4～～0.50.5倍船长倍船长区域内连续的纵向构区域内连续的纵向构件，上甲板板、外板、件，上甲板板、外板、内底板、纵桁、中内龙内底板、纵桁、中内龙骨等都是纵向强力构件。骨等都是纵向强力构件。ExitNextPre′′船中非连续构件参加总纵弯曲的有效性取决于本身的长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。度及与主体的连续情况。（（11）构件连续长度≥）构件连续长度≥33hh计算剖面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。中，但除外机座纵桁和其它加强纵桁不应计入。（（22）上层建筑中纵向构件）上层建筑中纵向构件（（33）不少于三个横舱壁或类似结构支柱的长甲板室）不少于三个横舱壁或类似结构支柱的长甲板室ExitNextPre33、间断构件、间断构件（1）中部区域只占部分船长的非连续构件，例如上层建筑甲板和侧壁等，它们参加抵抗总纵弯曲的程度取决于它们本身的构造和长度。根据上层建筑强度理论分析，一般规定，凡长度超过船长的15％，且不小于本身高度6倍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，可以认为其中有部分完全有效地抵抗总纵弯曲的。（2）纵桁板上的h20%H的开口，应扣除开口部分面积。Hh%20ExitNextPre二、剖面要素计算二、剖面要素计算１、不同材料剖面面积折算１、不同材料剖面面积折算„„根据变形相等的条件，承受相同的力根据变形相等的条件，承受相同的力ＰＰ即在计算时，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横量ＥＥ不同和构件剖面面积乘以两材料的弹性横量之比不同和构件剖面面积乘以两材料的弹性横量之比Ei/E，，同时又不改形心位置。因此，对薄壁构件，相当于只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。对板厚作上述变换。ExitNextPre„„若被换算构建的剖面积为若被换算构建的剖面积为aaii，应力为，应力为σσii，弹性模量，弹性模量EEii，与其等效的基本材料的，与其等效的基本材料的剖面积为剖面积为aa，应力为，应力为σσ，弹，弹性模量性模量EE。则根据变形相。则根据变形相等，承受同样的力等，承受同样的力PP可得左可得左式。式。„„问题：构件的断面惯性矩如问题：构件的断面惯性矩如何折算？何折算？EEaaaEPEaPEEiiiiii=====εσσε２、剖面要素的计算步骤２、剖面要素的计算步骤（（11）画出船体计算剖面的剖面图并编号（）画出船体计算剖面的剖面图并编号（ii））（（22））选定参数轴选定参数轴——离基线（离基线（0.450.45～～0.50.5）型深处。确定形心至参）型深处。确定形心至参数轴距离（数轴距离（ZZii））（（33））计算剖面积（计算剖面积（AA））静力矩（静力矩（BB））惯性矩（惯性矩（CC））∑∑∑+===)(02iZACZABAAiiiiiExitNextPre（（44）求中和轴至参考轴的距离（）求中和轴至参考轴的距离（εε）、任意）、任意构件构件至中和轴至中和轴的距离（的距离（zz’’ii））（（55）求对中和轴的惯性矩（）求对中和轴的惯性矩（II））'iZExitNextPre)(2)(222'ABCACIZZABii−=−=−==εεε（（66）若甲板和船底距中和轴最远的距离分别为）若甲板和船底距中和轴最远的距离分别为ZZjj和和ZZdd，则甲，则甲板和船底的剖面模数分别为板和船底的剖面模数分别为WWjj与与WWdd。。通常甲板的剖面模数比船底的剖面模数通常甲板的剖面模数比船底的剖面模数WWjjWWdd，所以，所以有时也称有时也称WWjj为船体的为船体的WWminmin。在我国。在我国““钢质海船建造规范钢质海船建造规范””中规中规定以定以WWjj作为最船体结构总强度的要求。作为最船体结构总强度的要求。ddjjZIWZIW==minWjWExitNextPre3、总纵弯曲应力计算'iiZIM=σExitNextPre§§22--33船体梁构件稳定性检验及失稳折减船体梁构件稳定性检验及失稳折减„„船体构件在总纵弯曲船体构件在总纵弯曲压应力作用下可能丧失其压应力作用下可能丧失其稳定性。为了对失稳构件稳定性。为了对失稳构件进行折减，必须确定船体进行折减，必须确定船体外板、甲板板、内底板和外板、甲板板、内底板和作为龙骨、纵桁及其它纵作为龙骨、纵桁及其它纵向构件的腹板、翼板的所向构件的腹板、翼板的所有板、纵向骨材以及板架有板、纵向骨材以及板架的临界应力的临界应力σσcrcr..„„一、纵骨的稳定性一、纵骨的稳定性„„在检验纵骨的稳定性时，将其视为自由支持在相应的横在检验纵骨的稳定性时，将其视为自由支持在相应的横向构件（强横梁、强肋骨、肋板等）上的单跨梁向构件（强横梁、强肋骨、肋板等）上的单跨梁..在强度计算中，纵向骨材的理论欧拉应力，按两端自由在强度计算中，纵向骨材的理论欧拉应力，按两端自由支持的单跨压杆的欧拉公式计算：支持的单跨压杆的欧拉公式计算：)(22tbfaEieE+=πσ式中式中ii--包括带板的纵骨剖面惯性矩，此时带板宽度按梁弯曲问包括带板的纵骨剖面惯性矩，此时带板宽度按梁弯曲问题带板宽度选取：题带板宽度选取：aa--横向构件间距；横向构件间距；ff--不包括带板的纵骨剖不包括带板的纵骨剖面积；面积；bbee--纵骨的带板宽度；纵骨的带板宽度；tt--带板厚度；带板厚度；EE--材料弹性模量。材料弹性模量。EcrsEσσσσ=≤21sEscrsEσσσσσσ)41(21−=ExitNextPre在强度计算中，纵向骨材的临界应力按下式计算：在强度计算中，纵向骨材的临界应力按下式计算：二、板的稳定性二、板的稳定性一般情况下，板的稳定性计算中不考虑材料非线性修一般情况下，板的稳定性计算中不考虑材料非线性修正，因此其欧拉应力与临界应力一致正，因此其欧拉应力与临界应力一致..11、横骨架式、横骨架式(1)(1)甲板板：甲板板：2222)1()100(19caatcr+=σExitNextPre(2)(2)船底板和内底板船底板和内底板：：2222)1()100(6.19caatkcr+×=σExitNextPre对船底板和内底板，板格的纵边可作为自由支持处理，对船底板和内底板，板格的纵边可作为自由支持处理，但板格的横边由于实肋板的刚性较大，应为弹性固定，它对但板格的横边由于实肋板的刚性较大，应为弹性固定，它对板的临界应力影响较大。板的临界应力影响较大。aa--肋距；肋距；tt--板厚；板厚；cc--底纵桁间距；底纵桁间距；--考虑实肋板对板边固定程度的影响系数：每一挡肋距设一实考虑实肋板对板边固定程度的影响系数：每一挡肋距设一实肋板时肋板时kk＝＝1.51.5，每两挡肋距设一实肋板时，每两挡肋距设一实肋板时kk＝＝1.251.25，每，每33挡肋挡肋距设一实肋板时距设一实肋板时kk＝＝1.001.00。。(3)(3)舷顶列板舷顶列板：：舷顶列板的厚度较舷侧外板大很多，计算其临界应力舷顶列板的厚度较舷侧外板大很多，计算其临界应力时，把它作为三边自由支持、第四边完全自由的板处理时，把它作为三边自由支持、第四边完全自由的板处理..])4(143.0)(426.01[)100(6.192222ssscrbababaat+−+=σExitNextPre(4)(4)舷侧外板舷侧外板：：ExitNextPre2)100(6.19atcr=σ22、纵骨架式、纵骨架式用纵骨加强的甲板板、船底板等，其临界应力按下式用纵骨加强的甲板板、船底板等，其临界应力按下式计算计算..2)100(76atcr=σExitNextPre式中t-板厚；a-纵骨间距。33、舷侧外板的剪切稳定性、舷侧外板的剪切稳定性舷侧外板还承受总纵弯曲剪力的作用，所以还应检验舷侧外板还承受总纵弯曲剪力的作用，所以还应检验其剪切稳定性。其临界应力一般按纯剪条件下的四周自由其剪切稳定性。其临界应力一般按纯剪条件下的四周自由支持板计算支持板计算..2)100(102atcr=τExitNextPre44、、组合梁面板与腹板组合梁面板与腹板甲板纵桁、舷侧纵桁、龙骨、底纵桁及其它纵向构件计算自由翼板面板临界应力时，把它作为3边自由支持、第4边完全自由的无限长均匀受压矩形板处理，其临界应力按下式确定：式中t-板厚；b1-自由翼板的半宽（翼板对称于腹板的梁）或自由翼板宽度（自由翼板设在腹板一侧的梁）。21)100(2.8btcr=σ三、船体板折减系数的计算三、船体板折减系数的计算11、剖面折减的概念、剖面折减的概念当船体总纵弯曲时，纵向骨架梁在计算载荷下是不允当船体总纵弯曲时，纵向骨架梁在计算载荷下是不允许丧失稳定性的，因此在船体构件中只有板是丧失稳定性许丧失稳定性的，因此在船体构件中只有板是丧失稳定性的。的。第一次近似计算求出总纵弯曲应力之后，若所得压应第一次近似计算求出总纵弯曲应力之后，若所得压应力大于相应构件的临界应力，表明构件失稳。构件失稳后力大于相应构件的临界应力，表明构件失稳。构件失稳后构件上作用的应力发生了变化。构件上作用的应力发生了变化。ExitNextPre••刚性构件与柔性构件刚性构件与柔性构件••将纵向强力构件分为刚性构件和柔性构件两类。刚性将纵向强力构件分为刚性构件和柔性构件两类。刚性构件包括受压不失稳的刚性骨架梁、舭列板及与刚性骨架构件包括受压不失稳的刚性骨架梁、舭列板及与刚性骨架梁、舭列板等相毗连的每一侧宽度等于该板格短边长度梁、舭列板等相毗连的每一侧宽度等于该板格短边长度0.250.25倍的那一部分板，由于刚性构件的临界应力较大，因此，倍的那一部分板，由于刚性构件的临界应力较大，因此，它能承受一般船体总纵弯曲的压应力。它能承受一般船体总纵弯曲的压应力。ExitNextPre¦　¦　'AAicr⋅=⋅σσAAicr⋅=σσ'AAicr'==σσϕExitNextPre••折减系数的定义折减系数的定义22、剖面折减系数的计算、剖面折减系数的计算„„在强度计算时，最有可能丧失稳定性的部位是甲板和内、在强度计算时，最有可能