船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、一 引起船體梁總縱彎曲的外力計(jì)算1 在船體總縱強(qiáng)度計(jì)算中，通常將船體理想化為一變斷面的空心薄壁梁，簡(jiǎn)稱船體梁。船體梁在外力作用下沿其縱向鉛垂面內(nèi)所發(fā)生的彎曲，稱為總縱彎曲。船體梁抵抗總縱彎曲的能力，稱為總縱強(qiáng)度。2 船體總縱強(qiáng)度計(jì)算的傳統(tǒng)方法：將船舶靜置在波浪上，求船體梁橫剖面上的剪力和彎曲力矩以及相應(yīng)的應(yīng)力，并將它與許用應(yīng)力相比較以判斷船體強(qiáng)度。3 重力p(x)與浮力b(x)是引起船體梁總縱彎曲的主要外力。載荷q(x)，剪力N(x)，彎矩M(x)。4 中拱：船體梁中部向上拱起，首、尾兩端向下垂。中垂：船中部下垂，首、尾兩端向上翹起。5重量曲線：船舶在某一計(jì)算狀態(tài)下，描述全船重量沿船長(zhǎng)分布狀況

2、的曲線。繪制重量曲線的方法：靜力等效原則。6 重量的分類：按變動(dòng)情況來分，不變重量，即空船重量，包括：船體結(jié)構(gòu)、舾裝設(shè)備、機(jī)電設(shè)備等各項(xiàng)固定重量。變動(dòng)重量，即裝載重量，包括貨物、燃油、淡水、糧食、旅客、壓載等各項(xiàng)可變重量。按分布情況來分，總體性重量，即沿船體梁全長(zhǎng)分布的重量，通常包括：主體結(jié)構(gòu)、油漆、鎖具等各項(xiàng)重量。局部性重量，即沿船長(zhǎng)某一區(qū)段分布的重量。7 重量的分布原則：靜力等效原則。保持重量的大小不變，這就是說要使近似分布曲線所圍成的面積等于該項(xiàng)實(shí)際重量。保持重量重心的縱向坐標(biāo)不變，即要使近似分布曲線所圍的面積的形心縱坐標(biāo)與該項(xiàng)重量的重心坐標(biāo)相等。近似分布曲線的范圍與該項(xiàng)重量的實(shí)際分布范

3、圍相同或大體相同。8 浮力曲線：船舶在某一裝載情況下，描述浮力沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線9 載荷曲線：在某一計(jì)算狀態(tài)下，描述引起船體梁總縱彎曲的載荷沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線。10 靜水剪力、彎矩曲線：船體梁在靜水中所受到的剪力和彎矩沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線。11 靜波浪剪力和彎矩計(jì)算：船舶由靜水進(jìn)入波浪時(shí)，重量曲線p(x)并未改變，但水面線發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致浮力的重新分布。波浪下浮力曲線相對(duì)靜水狀態(tài)的浮力增量是引起靜波浪剪力和彎矩的載荷。由此可知，靜波浪彎矩與船型、波浪要素以及船舶與波浪的相對(duì)位置有關(guān)。12 傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法：坦谷波理論。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，取計(jì)算波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)，并且規(guī)定按波峰在船中和波谷在船中

4、兩種典型狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法：將船舶靜置于波浪上，即假想船舶以波速在波浪的傳播方向上航行，船舶與波浪處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。以二維坦谷波作為標(biāo)準(zhǔn)波形，計(jì)算波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)，計(jì)算波高按有關(guān)規(guī)范或強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)選取。取波峰位于船中及波谷位于船中兩種狀態(tài)分別進(jìn)行計(jì)算。13 波浪浮力修正（史密斯修正）：考慮波浪動(dòng)水壓力影響對(duì)浮力曲線所做的修正。二 船體總縱強(qiáng)度計(jì)算1 船體剖面模數(shù)。W=I/Z,它是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一鐘幾何特性，也是衡量船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志。2 縱向強(qiáng)力構(gòu)件：縱向連續(xù)并能有效地傳遞總縱彎曲應(yīng)力的構(gòu)件。如甲板板、外板、內(nèi)底板、內(nèi)龍骨、縱桁、縱骨等。長(zhǎng)度較短的縱向構(gòu)件應(yīng)視作間斷

5、構(gòu)件3 強(qiáng)力甲板：構(gòu)成船體梁上翼板的最上層連續(xù)甲板。強(qiáng)力甲板處剖面模數(shù)為船體剖面的最小剖面模數(shù)。4 進(jìn)行第二次近似計(jì)算的原因：將所有縱向強(qiáng)力構(gòu)件都看成完全有效地參加抵抗總縱彎曲，有時(shí)會(huì)不能如實(shí)地反應(yīng)船體薄壁板構(gòu)件的工作效能，因而也就不能確切地估價(jià)船體強(qiáng)度。第一次近似計(jì)算中只考慮了船體的主要變形總縱彎曲變形，而忽略了船體結(jié)構(gòu)所處的復(fù)雜受力狀態(tài)。5 穩(wěn)定性要求：對(duì)位于船長(zhǎng)中間部分的強(qiáng)力甲板和船底的縱向骨架梁以及整個(gè)板架的穩(wěn)定性要求在計(jì)及材料法向彈性模量減小后，通常應(yīng)保證其臨界應(yīng)力等于材料的屈服極限。占一半船長(zhǎng)的中部地區(qū)，上述結(jié)構(gòu)的縱向骨架的理論歐拉應(yīng)力與其材料屈服極限之比值不得小于1.52.0.

6、船底板及強(qiáng)力甲板的臨界應(yīng)力通常不得低于下列數(shù)值中之大者：由靜水彎矩和波浪彎矩平均值合成而引起的最大可能壓應(yīng)力值或0.4倍材料屈服極限值。船側(cè)外板，不論在中垂或中拱情況，在彎曲剪力作用下應(yīng)保證有2倍的穩(wěn)定性儲(chǔ)備。6 船體板折減系數(shù)的計(jì)算7 縱向強(qiáng)力構(gòu)件分為4類：只承受總縱彎曲的縱向強(qiáng)力構(gòu)件。同時(shí)承受總縱彎曲和板架彎曲的縱向強(qiáng)力構(gòu)件。同時(shí)承受總縱彎曲、板架彎曲及縱骨彎曲的縱向強(qiáng)力構(gòu)件，或者同時(shí)承受總縱彎曲、板架彎曲及板的彎曲的縱向強(qiáng)力構(gòu)件。同時(shí)承受總縱彎曲、板架彎曲、縱骨彎曲及板的彎曲的縱向強(qiáng)力構(gòu)件。以上各種彎曲，除總縱彎曲外均稱為局部彎曲。8 總縱彎曲時(shí)，最大剪應(yīng)力一般作用在距首尾端約四分之一船

7、長(zhǎng)附近的剖面上，因此需校核這些剖面船體構(gòu)件承受剪應(yīng)力的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。9 安全系數(shù)：是考慮強(qiáng)度計(jì)算中的許多不確定性，為保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必要的安全度而引起的強(qiáng)度儲(chǔ)備，通常決定于下列一系列因素：計(jì)算載荷表征實(shí)際載荷的精度。在給定載荷下，結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析的精度。材料機(jī)械性能的穩(wěn)定程度。建造工藝、施工質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的影響。營(yíng)運(yùn)條件及使用年限決定的腐蝕磨損情況。結(jié)構(gòu)破壞所引起的后果。10 許用應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)艦船設(shè)計(jì)、建造和營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)。以及積累的實(shí)船靜載測(cè)量和航行試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)安全和經(jīng)濟(jì)的原則確定的。11 剪切撓度曲線：在船體梁總縱彎曲時(shí)，船體剖面還會(huì)因剪力的作用而發(fā)生上下移動(dòng)，產(chǎn)生剪切撓度。 12 船體極限彎矩

8、：在船體剖面內(nèi)離中和軸最遠(yuǎn)點(diǎn)的剛性構(gòu)件中引起的應(yīng)力達(dá)到結(jié)構(gòu)材料屈服極限或構(gòu)件的臨界應(yīng)力時(shí)的總縱彎曲力矩。三 船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度計(jì)算1 在進(jìn)行局部強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力與變形特點(diǎn)，把實(shí)際復(fù)雜的結(jié)構(gòu)抽象為可以用力學(xué)方法計(jì)算的簡(jiǎn)化模型（稱為力學(xué)模型或計(jì)算模型）；然后，對(duì)這個(gè)力學(xué)模型進(jìn)行內(nèi)力和應(yīng)力分析并進(jìn)行強(qiáng)度校核。2 計(jì)算模型僅具有實(shí)際結(jié)構(gòu)的一些主要力學(xué)特征，并不是把實(shí)際結(jié)構(gòu)的各種特征都全部反映出來。3 在船體結(jié)構(gòu)計(jì)算中，通常有三種支座情況：自由支持在剛性支座上。剛性固定。彈性支座和彈性固定。（注意骨架支承條件的簡(jiǎn)化）4 載荷模型化時(shí)應(yīng)考慮如下問題：確定作用于結(jié)構(gòu)上的載荷工況。確定計(jì)算載荷的

9、性質(zhì)與載荷類型。確定載荷大小，并決定施加在哪些構(gòu)件上。確定載荷的組合與搭配。5 船體結(jié)構(gòu)中絕大多數(shù)骨架都是焊接在鋼板上的，當(dāng)骨架受力發(fā)生變形時(shí)，與它連接的板也一起參加骨架抵抗變形。因此，為估算骨架的承載能力，也應(yīng)當(dāng)把一定寬度的板計(jì)算在骨架剖面中，即作為它的組成部分來計(jì)算骨架梁的剖面積、慣性矩和剖面模數(shù)等集合要素，這部分板稱為帶板或附連翼板。6 槽形艙壁總強(qiáng)度計(jì)算：槽形艙壁的總強(qiáng)度可歸結(jié)為其單個(gè)槽形體的彎曲強(qiáng)度。槽形艙壁的單個(gè)槽形體與平面艙壁的扶強(qiáng)材相當(dāng)。因此，槽形體的彎曲計(jì)算與平面艙壁扶強(qiáng)材一樣，作為彈性固定的單跨梁或連續(xù)梁來計(jì)算。7 槽形艙壁局部強(qiáng)度艙壁板強(qiáng)度計(jì)算。8 有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析包

10、括下述五個(gè)基本步驟：前處理：有限元網(wǎng)格劃分。單元分析：計(jì)算單元?jiǎng)偠染仃嚺c單元載荷矩陣。整體分析：建立總剛度方程。方程組求解：計(jì)算節(jié)點(diǎn)位移。后處理：計(jì)算單元應(yīng)力。四 船體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算1 長(zhǎng)大貨艙開口船舶的特點(diǎn)：艙口寬度已達(dá)到、甚至超過船寬的80%，艙口長(zhǎng)度達(dá)到艙壁間距的90%，大大超過普通貨船，從而使船體扭轉(zhuǎn)剛度嚴(yán)重削弱，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的重要性已上升到與總縱強(qiáng)度同等的地位。2 作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力：船舶斜浪航行時(shí)引起的扭轉(zhuǎn)力矩。船舶傾斜時(shí)的扭矩。船舶搖擺時(shí)引起的扭矩。五 型材剖面設(shè)計(jì)1 型材剖面設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。應(yīng)盡可能符合生產(chǎn)與工藝方面的要求，如制造簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量

11、高。滿足特殊結(jié)構(gòu)與營(yíng)運(yùn)樹勇的要求。剖面內(nèi)材料分布合理，使所得結(jié)構(gòu)重量最輕。2 衡量型材剖面內(nèi)材料分布合理程度的指標(biāo)有：剖面利用系數(shù)和比面積。3 小翼板的剖面模數(shù)為型材剖面的最小剖面模數(shù)。增加不對(duì)稱剖面型材最小剖面模數(shù)最有戲的辦法是增加腹板的高度；或者腹板高度不變時(shí)，增加小翼板的剖面積。4 保證型材的局部穩(wěn)定性，系指保證其翼板和腹板的穩(wěn)定性。5 型材側(cè)向失穩(wěn)：當(dāng)作用于型材剖面最大剛性平面內(nèi)的橫荷重比較小時(shí)，梁材將僅在其最大剛性平面內(nèi)彎曲。但是，當(dāng)橫荷重超過某一限度時(shí)，梁材會(huì)離開它自己的彎曲平面，并在其最小剛性平面內(nèi)發(fā)生彎曲，同時(shí)還伴有扭轉(zhuǎn)變形，即喪失了彎曲平面形狀的穩(wěn)定性。6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念：設(shè)計(jì)變量：在設(shè)計(jì)過程中可以自由調(diào)整、變化的參數(shù)。約束條件：一個(gè)可以被應(yīng)用的方案，必須要滿足一系列對(duì)設(shè)計(jì)提出的要求。這些要求構(gòu)成了對(duì)設(shè)計(jì)的限制條件?？尚杏颍簼M足所有約束條件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是可以被應(yīng)用的設(shè)計(jì)，稱為可行設(shè)計(jì)。所有可行