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1、會計學1船舶結構船舶結構(jigu)與強設計與強設計 第一頁，共33頁。零件編號尺寸mm剖面積cm2距參考軸距離cm對參考軸一次矩cm3對參考軸二次矩cm4自身慣性矩cm411802036136361224201667.2231545.635548.89878.438002016045720032400053.3求和263.2-8781.6369528.5ABC總面積：A=263.2cm2對參考軸一次矩：B=8781.6cm3對參考軸二次矩：C=369463.2+65.3=369528.5cm4中性軸距參考軸：E=B/A=33.4cm對中性軸慣性矩：I=CA*E2=76532.7cm4對面板(
2、minbn)上表面剖面模數(shù)：W=I/E=2294cm3第1頁/共33頁第二頁，共33頁。如果不考慮面板和帶板自身(zshn)慣性矩65.3cm3，則C1=369463.2cm4I1=C1A*E2=76467.4cm4對面板上表面剖面模數(shù)：W1=I1/E=2292cm3中國規(guī)范公式：fsAaAfsadwW221610fsAaAfsadwW221610W=2287cm3，誤差(wch)7/2294=0.3%第2頁/共33頁第三頁，共33頁。3 應力計算(j sun)如果梁彎矩M=275kNm, 剪力Q=380kN。最大彎曲應力： 223120/12000229227500000mmNcmNcmNm
3、WM中和軸處腹板剪應力最大。中和軸以上(yshng)剖面對中和軸靜矩：S=33.41.633.4/2+36(33.4+1)=892.4+1238.4=2130.8cm3中和軸處腹板剪應力22/66/66126 . 17 .765328 .2130380000mmNcmNtISQ第3頁/共33頁第四頁，共33頁。作 業(yè) ： 梁 剖 面 如 圖 ， 梁 作 用 ( z u y n g ) 彎 矩M=150000Nm,列表計算剖面模數(shù)，計算面板上表面和帶板下表面彎曲應力。第4頁/共33頁第五頁，共33頁。1.計算船體總強度(qingd)理論基礎 船舶航行在海上，重力和海水作用力沿船長分布不一致，船體
4、將發(fā)生總縱彎曲變形。 由于總強度(qingd)計算把船體可看作一根梁，因此可采用梁理論，即船體剖面上彎曲應力： WM 船體總強度理論很簡單，關鍵(gunjin)要確定出作用在船體梁上的彎矩和船體梁的剖面模數(shù)。 第5頁/共33頁第六頁，共33頁。作用在船體梁上的彎矩： M = Ms + Mw 式中 M總彎矩； Ms靜水彎矩，與重力及其船長分布有關 Mw波浪(blng)彎矩，與波形范圍內的船外形和波浪(blng)要素有關。船體剖面上的剪力： N = Ns + Nw Ns 靜水剪力 Nw波浪(blng)剪力第6頁/共33頁第七頁，共33頁。2.靜水剪力和彎矩計算(j sun) 船舶漂浮在靜水中，總體
5、上重力與浮力平衡(pnghng)，但二者分布不一致。 （1）載荷分布重力分布w(x)，浮力(fl)分布b(x)載荷分布：q(x)=w(x)b(x)載荷重力浮力(fl)（分布不是合力）船舶的重力分布和浮力(fl)分布如何計算？第7頁/共33頁第八頁，共33頁。（2）剪力曲線(qxin) dxxqxNx0（3）彎矩曲線(qxin) dxdxxqdxxNxMx xx0 00第8頁/共33頁第九頁，共33頁。靜水剪力和彎矩算例方駁長80米，寬10米，深6米，空船在淡水中吃水3米。沿船長(chunzhng)等分四個艙，中間兩艙各均勻裝載貨物400噸。畫出該裝載情況下載荷、剪力和彎矩曲線?？沾亓?zhn
6、gling)：801032400t貨物重量(zhngling)：4002800t總重量：2400+8003200t浮力分布b(x):3200/8040t/m(0 x80)空船重量(zhngling)分布w1(x):2400/8030t/m(0 x80)貨物重量(zhngling)分布w2(x):400/2020t/m(20 x60)x-軸原點在船尾第9頁/共33頁第十頁，共33頁。剪力曲線(qxin) dxxqxNx0任一剖面剪力 = 端面(dunmin)到該斷面所有載荷之和 0m斷面(dunmin)：N(0)=0t20m斷面(dunmin)：N(20)=-1020=-200t40m斷面(du
7、nmin)：N(40)=-200+200=0t60m斷面(dunmin)：N(60)=0+200=200t80m斷面(dunmin)：N(80)=200200=0t載荷曲線 q(x)= w(x)b(x)每一計算站內重力與浮力相減第10頁/共33頁第十一頁，共33頁。彎矩曲線(qxin) dxdxxqdxxNxMx xx0 00斷面彎矩 = 端面到該斷面所有(suyu)力矩之和（力矩符號規(guī)定:順時針為正,彎矩中拱為正，從右端算起） 第11頁/共33頁第十二頁，共33頁。0m斷面(dunmin)：M(0)=0t.m10m斷面(dunmin)：M(10)=500t.m20m斷面(dunmin)：M(
8、20)=2000t.m30m斷面(dunmin)：M(30)=3500t.m40m斷面(dunmin)：M(40)=4000t.m50m斷面(dunmin)：M(50)=3500t.m60m斷面(dunmin)：M(60)=2000t.m70m斷面(dunmin)：M(70)=500t.m80m斷面(dunmin)：M(80)=0t.m第12頁/共33頁第十三頁，共33頁。3. 3. 實際實際(shj)(shj)重量曲線計算重量曲線計算 重量曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，全船重量沿船長的分重量曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，全船重量沿船長的分布曲線。布曲線。 通常將船舶重量按通常將船舶重量按2020
9、站分布，按每站內均布重量做出階站分布，按每站內均布重量做出階梯形重量曲線。梯形重量曲線。 （見教材圖（見教材圖1-31-3，P6P6） 船舶重量由許多項組成。船舶重量由許多項組成。繪制重量曲線原則：繪制重量曲線原則： 每一項重量的重心在船長方向坐標不變，其分布范圍與每一項重量的重心在船長方向坐標不變，其分布范圍與實際實際(shj)(shj)大體相符，每站內重量均布。把每一站內所有重大體相符，每站內重量均布。把每一站內所有重量相加，得到全船重量曲線。量相加，得到全船重量曲線。 全船重量曲線所代表的重量等于全船重量，重心坐標與全船重量曲線所代表的重量等于全船重量，重心坐標與實際實際(shj)(sh
10、j)重心坐標相符。重心坐標相符。第13頁/共33頁第十四頁，共33頁。 重量曲線舉例梯形法近似表示船體(chun t)和舾裝重量 已知總重量W, 重心據(jù)船中xg，假定梯形分布，梯形面積等于W, 梯形面積形心縱坐標與重心一致，并且b=1.195，解出a和c。 第14頁/共33頁第十五頁，共33頁。 分布(fnb)在兩站內重量 P1 + P2 = P 0.5 (P1P2)L = P*a第15頁/共33頁第十六頁，共33頁。分布在三站內重量只有兩個(lin)平衡條件，假定兩站重量分不相同。把所有(suyu)重量分配完后，在相應站內向加，得全船重量曲線。 最終重量曲線所代表的重量等于全船重量，重心坐標
11、與實際重心坐標相符。第16頁/共33頁第十七頁，共33頁。4.實際浮力曲線計算實際浮力曲線計算浮力曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，浮力沿船長浮力曲線：船舶在某一裝載狀態(tài)下，浮力沿船長分布狀況的曲線。分布狀況的曲線。如何如何(rh)計算浮力沿船長分布？計算浮力沿船長分布？邦戎曲線的作用：見教材圖邦戎曲線的作用：見教材圖1-9，P9知道水線位置可從邦戎曲線上查出個站橫剖面浸知道水線位置可從邦戎曲線上查出個站橫剖面浸水面積，進而求出浮力。水面積，進而求出浮力。第17頁/共33頁第十八頁，共33頁。 為了計算浮力，首先應確定水線位置，即首尾吃水，縱傾調整計算。 準確的水線位置應使浮力等于(dngy)船舶總
12、重量，浮心縱坐標與重心坐標一致。 最后得到浮力在各站的分布（均布）也是階梯形曲線。 第18頁/共33頁第十九頁，共33頁。5.實際載荷曲線計算實際載荷曲線計算載荷曲線：載荷曲線： q(x) = w (x)b(x) 實際計算是各站內重量與浮力對應相減，當實際計算是各站內重量與浮力對應相減，當w (x)b(x)時，時，q(x)為正值（人為規(guī)定）。為正值（人為規(guī)定）。載荷曲線性質：載荷曲線與橫軸之間包含面積之和為載荷曲線性質：載荷曲線與橫軸之間包含面積之和為零，面積對縱軸上任零，面積對縱軸上任(shng rn)一點力矩等于零。一點力矩等于零。第19頁/共33頁第二十頁，共33頁。6.剪力彎矩曲線計算
13、剪力彎矩曲線計算 載荷載荷(zi h)曲線一次積分的剪力曲線，二次計分曲線一次積分的剪力曲線，二次計分得彎矩曲線：得彎矩曲線： dxqxNx0 dxdxqdxxNxMx xx0 00 實際計算采用梯形積分法，利用(lyng)表格計算。見表1-2。 第20頁/共33頁第二十一頁，共33頁。中國船級社鋼質海船入級與建造規(guī)范規(guī)定: 在計算靜水彎矩和靜水切力時，向下的載荷取為正值，向上(xingshng)的載荷取為負值，從尾端向船首沿船長積分。靜水彎矩和靜水切力的符號( 正、負) 規(guī)定見圖。中拱彎曲為正。第21頁/共33頁第二十二頁，共33頁。7.7.靜水剪力和彎矩計算步驟靜水剪力和彎矩計算步驟 指定
14、裝載狀態(tài)指定裝載狀態(tài): :民船滿載、壓載等民船滿載、壓載等 重量曲線重量曲線(qxin)(qxin) 將各項重量按其范圍分布在將各項重量按其范圍分布在2020站或更小間距內。站或更小間距內。 浮力曲線浮力曲線(qxin)(qxin) 給定裝載狀態(tài)確定船舶浮態(tài)給定裝載狀態(tài)確定船舶浮態(tài)水線位置水線位置 根據(jù)邦戎曲線根據(jù)邦戎曲線(qxin)(qxin)確定浮力在確定浮力在2020站或更小間距站或更小間距內分布內分布 （重量和浮力分布間距必須一致）（重量和浮力分布間距必須一致） 剪力和彎矩計算剪力和彎矩計算梯形積分梯形積分 靜水剪力和彎矩計算需要資料：空船重量及重靜水剪力和彎矩計算需要資料：空船重量及
15、重心位置、貨物重量、分布及重心、油水重量及重心、分心位置、貨物重量、分布及重心、油水重量及重心、分布及重心、邦戎曲線布及重心、邦戎曲線(qxin)(qxin)、靜水力曲線、靜水力曲線(qxin)(qxin)。第22頁/共33頁第二十三頁，共33頁。8.8.靜水剪力和彎矩分布特點靜水剪力和彎矩分布特點 首尾端剪力和彎矩為零；首尾端剪力和彎矩為零； 彎矩最大值一般在船中；彎矩最大值一般在船中； 剪力最大值一般在距首尾端剪力最大值一般在距首尾端1/41/4船長；船長； 船型和吃水已定，靜水剪力和彎矩最大值取決重船型和吃水已定，靜水剪力和彎矩最大值取決重力沿船長分布。力沿船長分布。 重力分布沿船長分布
16、越均勻重力分布沿船長分布越均勻(jnyn)(jnyn)，剪力和彎矩，剪力和彎矩值小。值小。 設計和使用船時，應盡可能使重力分布與浮力分布設計和使用船時，應盡可能使重力分布與浮力分布一致（沿船長方向）。一致（沿船長方向）。第23頁/共33頁第二十四頁，共33頁。船舶在海上航行，總彎矩為：M=Ms+Mw波浪附加彎矩（或簡稱波浪彎矩）的計算最為復雜，有多種計算方法，如靜置波浪理論、動置波浪理論和隨機波浪載荷理論等。靜置波浪法：假定船舶靜置在波浪上或波速與船速相同，根據(jù)(gnj)船舶重力和靜置在波浪上的浮力分布確定船舶所受的載荷、剪力和彎矩。船舶一般按規(guī)范設計，規(guī)范規(guī)定了波浪彎矩和切（剪）力計算方法。
17、第24頁/共33頁第二十五頁，共33頁。1. 規(guī)范(gufn)波浪彎矩和剪力公式 中 國 船 級 社 鋼 質 海 船 入 級 與 建 造 規(guī) 范(gufn)的波浪彎矩和切力(剪力)計算公式，波浪彎矩和剪力與船長、船寬方型系數(shù)有關。（1）波浪彎矩 3210190bWBCMCLM中拱波浪(blng)彎矩kN.m中垂波浪(blng)彎矩 10)7 . 0(1102bWCBMCLMkN.m式中：M彎矩分布系數(shù)；L船長，m；B船寬，m；Cb方形系數(shù);C系數(shù),C0.0412L4L90mC10.75(30.01L)1.590L300m第25頁/共33頁第二十六頁，共33頁。第26頁/共33頁第二十七頁，共3
18、3頁。(2)船體(chunt)梁切力(剪力)中拱波浪(blng)切力 2110)7 . 0(30bWCCLBFF中垂波浪(blng)切力 2210)7 . 0(30bWCCLBFFkNkN切力分布系數(shù)F1和F2見圖。注意：按規(guī)范公式計算，單位一定要與規(guī)范規(guī)定一致，結果才能是規(guī)范規(guī)定的單位，如，彎矩是kN.m，切力是kN。 第27頁/共33頁第二十八頁，共33頁。2. 2. 靜置波浪法計算波浪彎矩靜置波浪法計算波浪彎矩 將船舶靜置在波浪上，求出總縱彎曲力矩以及相應將船舶靜置在波浪上，求出總縱彎曲力矩以及相應的總縱彎曲應力，并將它與許用應力進行比較以判定船體的總縱彎曲應力，并將它與許用應力進行比較
19、以判定船體的強度，是軍船船體總縱強度計算中的主要方法。的強度，是軍船船體總縱強度計算中的主要方法。 艦船通用規(guī)范采用靜置波浪法計算波浪彎矩。艦船通用規(guī)范采用靜置波浪法計算波浪彎矩。所謂將船靜置在波浪上，就是假想船舶以波速在波浪的前所謂將船靜置在波浪上，就是假想船舶以波速在波浪的前進方向上航行，此時船體與波的相對速度為零，此時水面進方向上航行，此時船體與波的相對速度為零，此時水面不是平面，而是具有不是平面，而是具有(jyu)(jyu)波形的曲面。這樣就可以認波形的曲面。這樣就可以認為，船體是在重力和浮力作用下靜平衡于波浪上的一根梁為，船體是在重力和浮力作用下靜平衡于波浪上的一根梁。由于重力和浮力
20、沿船長的分布規(guī)律并不一致，相對靜水。由于重力和浮力沿船長的分布規(guī)律并不一致，相對靜水彎矩和剪力產生附加波浪彎矩和剪力。彎矩和剪力產生附加波浪彎矩和剪力。 第28頁/共33頁第二十九頁，共33頁。2. 靜置波浪靜置波浪(blng)法計算法計算波浪波浪(blng)彎矩彎矩（1）波形）波形坦谷波坦谷波波形為坦谷波，波長(bchng)等于船長（設計水線長），波高隨船長變化。比如(br)，L=130m，h=6.5m, 一般波高約為船長二十分之一。 10030. 010094. 375. 1LLh第29頁/共33頁第三十頁，共33頁。（2）船與波浪相對(xingdu)位置波峰在船中波谷在船中這兩種情況分別
21、有可能在船中產生最大中拱和中垂彎矩。第30頁/共33頁第三十一頁，共33頁。（3）波浪彎矩計算船舶(chunb)靜置在波浪上，波浪浮力分布bw(x)。由于船舶(chunb)吃水變化，引起浮力分布改變，與靜水浮力分布bs(x)相比，波浪中浮力改變量為:b(x)bw(x)bs(x)第31頁/共33頁第三十二頁，共33頁。 波浪(blng)上船舶的重量及其分布并沒有改變，波浪(blng)彎矩和剪力僅僅是由波浪(blng)中浮力改變量b(x)引起的。 dxdxxbdxxNxMdxxbxNx xxWwxw0 000實際計算也是采用表格(biog)計算，見表1-6?，F(xiàn)在多通過計算機計算。波浪剪力和彎矩計算需要資料：船舶總重量及重心位置、邦戎曲線、靜水力曲線。第32頁/共33頁第三十三頁，共33頁。
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