船舶強(qiáng)度課程設(shè)計(jì)(1)

1、船舶強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)大連理工大學(xué)船舶與海洋工程船舶強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程名稱：船舶強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院 （系）：運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部專 業(yè)： 船舶與海洋工程 班 級(jí)： 運(yùn)船0803班 學(xué) 號(hào)： 200871143 學(xué)生姓名： 劉鵬飛 2011 年 12 月 12 日第一篇 船舶剪力和彎矩計(jì)算一、 主要數(shù)據(jù)船舶計(jì)算長(zhǎng)度（兩柱間長(zhǎng)） L=115.50m船寬 B=19.50m海水比重 =1.025tf/m³二、 參考資料1. 全船重量分布匯總表2. 靜水力曲線圖3. 邦戎曲線圖三、 計(jì)算狀態(tài)本計(jì)算中僅取滿載到港狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算排水量 =12289.07t重心縱坐標(biāo) xg=-3.901m由靜

2、水力曲線圖查出下列各數(shù)值平均吃水 dm=8.01m浮心縱坐標(biāo) xb=-0.13m漂心縱坐標(biāo) xf=-3.74m水線面積 A=1785.37m²縱穩(wěn)心半徑 R=121.88m²四、 波型和波浪參數(shù)選擇 波長(zhǎng) = L=115.50m 波高 h=6m由坦谷波垂向坐標(biāo)值采用余弦級(jí)數(shù)展開(kāi)式計(jì)算式中， r 半波高，r=h/2=3m各理論站從坦谷波面到波軸線垂向坐標(biāo)值經(jīng)計(jì)算列入下表中垂站號(hào)1098765432101011121314151617181920x/0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951yB-3.0000 -2.8086 -2.2622 -1.

3、4491 -0.4914 0.4822 1.3631 2.0783 2.5924 2.8980 3.0000 中拱站號(hào)0123456789102019181716151413121110注：表中yB值由波軸線向下為正，向上為負(fù)值。五、 滿載到港狀態(tài)的彎矩和剪力的計(jì)算1. 船舶縱傾調(diào)整1) 船舶在靜水中平衡位置的確定第一次近似：首吃水：df1=dm+xg-xbRL2-xf=8.01+-3.901+0.13121.88115.52+3.74=6.1075m尾吃水：da1=dm-xg-xbRL2+xf=8.01-3.901+0.13121.88115.52-3.74=9.6811m排水體積：V=/=

4、12289.07/1.025=11989.34m³第二次近似：首吃水：df2=df1+V-V1A+xg-xbRL2-xf=6.1075+11989.34-116411785.37+-3.901+0.13121.88115.52+3.74=6.3098m尾吃水：da2=da1+V-V1A-xg-xbRL2+xf=6.1075+11989.34-116411785.37-3.901+0.13121.88115.52-3.74=9.8695mV-V2V=11989.34-1198611989.34=0.0269%<0.05% xg-xb2L=-3.901+3.93115.5=0.02

5、79%<0.05% 具體過(guò)程詳見(jiàn)下表理論站號(hào)力臂系數(shù)第一次近似第二次近似首吃水df=6.1075 尾吃水da=9.6811 首吃水df=6.3098 尾吃水da=9.8695 橫剖面浸水面積i m²力矩函數(shù)Mi=(2)*(3)m²橫剖面浸水面積i m²力矩函數(shù)Mi=(2)*(5)m²1)2)3)坐標(biāo)插值4)5)坐標(biāo)插值6)0-1018.430.3686-184.320.6550.4131-206.551-931.881.7876-286.9234.3351.8367-309.0152-861.283.5256-490.2464.023.5804-5

6、12.163-790.855.267-635.9593.955.329-657.654-6118.4056.9681-710.43121.2257.0245-727.355-5134.1875-670.9375137.5275-687.63756-4149.979.8994-599.88153.839.9766-615.327-3153.125-459.375156.95-470.858-2156.2812.3256-312.56160.0712.4014-320.149-1153.635-153.635157.435-157.435100150.9914.51980154.814.59601

7、11145.6975145.6975149.5225149.5225122140.40516.6081280.81144.24516.6849288.49133127.61382.83131.3175393.9525144114.81518.3963459.26118.3918.4678473.5615593.6225468.112596.7675483.837516672.4319.8486434.5875.14519.9029450.8717751.1320.5726357.9153.220.614372.418833.4721.3694267.7634.6221.3924276.9619

8、919.91522.2483179.23520.7322.2646186.57201013.81523.2763138.1514.2223.2844142.22031.9425-1389.88252092.955-1445.745修正值16.1225-23.07517.4375-32.175修正和2015.82-1366.80752075.5175-1413.57Vi=Li11641 m³11986 m³xbi=LMi/i-3.92 m-3.93 m(V0-Vi)/V02.9024%0.0269%(xg-xbi)/L0.0127%0.0279%注：表中各站的橫剖面浸水面積有

9、邦戎曲線圖查得。2) 船舶在波浪上平衡位置的確定用麥卡爾法計(jì)算船舶在波峰時(shí)的平衡位置。去靜水平衡線（df0=6.3098 m，da0=9.8695 m）作為波軸線，按波峰在船中，由邦戎曲線圖上量出浸水面積i，再取=-1m（下移），量出各站橫剖面浸水面積bi，根據(jù)下表計(jì)算波軸線移動(dòng)參數(shù)0和b。理論站號(hào)靜水波面浸水面積i移軸波面浸水面積bi(3)-(2)力臂系數(shù)(2)*(5)(4)*(5)(4)*(5)²m²m²m²km²m²m³1)2)坐標(biāo)插值3)坐標(biāo)插值4)5)6)7)8)00.120.002400-0.12000018.5

10、151.32035.31.256-3.21518.515-3.215-3.215236.4253.028527.8452.8569-8.58272.85-17.16-34.32371.844.886858.644.6228-13.23215.52-39.6-118.84112.5956.851995.6856.5137-16.914450.38-67.64-270.565146.5025128.29-18.21255732.5125-91.0625-455.3126180.4110.5082160.89510.1179-19.51561082.46-117.09-702.547187.2451

11、76.0175-11.227571310.715-78.5925-550.1488194.0813.0816191.1413.0228-2.9481552.64-23.52-188.169195.0425192.495-2.547591755.383-22.9275-206.34710196.00515.4201193.8515.377-2.155101960.05-21.55-215.511194.205184.575-9.63112136.255-105.93-1165.2312192.40517.6481175.317.306-17.105122308.86-205.26-2463.12

12、13168.14150.2175-17.9225132185.82-232.992-3028.914143.87518.9775125.13518.6027-18.74142014.25-262.36-3673.0415106.192590.3625-15.83151592.888-237.45-3561.751668.5119.770255.5919.5118-12.92161096.16-206.72-3307.521738.7920.325829.4820.1396-9.3117659.43-158.27-2690.591819.5221.090413.420.968-6.1218351

13、.36-110.16-1982.881922.5622.30125.23521.9547-17.32519428.64-329.175-6254.33205.26523.10532.34523.0469-2.9220105.3-58.4-11682285.55-224.92521963.08-2358.27-31454.72285.55+224.9250+2358.27b/20=11986/5.77521963.08+2358.270+31456.3b/20=11989.34×53.82/5.775²式中，經(jīng)整理：224.9250+117.9135b=-210.52 235

14、8.270+1572.815b=-2614.77聯(lián)立方程式，解得 0=-0.301m， b=-1.2112m首吃水： df=df0+0+b=6.3098-0.3010-1.2112=4.7976 m尾吃水： da=da0+0=9.8695-0.3010=8.6583 m根據(jù)首尾吃水可以量出船舶處于波浪中平衡位置時(shí)橫剖面浸水面積，如下表理論站號(hào)力臂系數(shù)靜水波峰df=6.3098da=9.8695df=4.6015da=9.6665橫剖面浸水面積i力矩函數(shù)Mi=(2)*(3)m²橫剖面浸水面積i力矩函數(shù)Mi=(2)*(5)m²1)2)3)4)5)6)0-1020.655-206

15、.55001-934.335-309.0157.275-65.4752-864.02-512.1633.14-265.123-793.95-657.6566.005-462.0354-6121.225-727.35103.985-623.915-5137.5275-687.638135.8125-679.0636-4153.83-615.32167.64-670.567-3156.95-470.85180.9725-542.9188-2160.07-320.14194.305-388.619-1157.435-157.435194.555-194.555100154.80194.8050111

16、149.5225149.5225184.0525184.0525122144.245288.49173.3346.6133131.3175393.9525146.91440.73144118.39473.56120.52482.0815596.7675483.837585.2425426.212516675.145450.8749.965299.7917753.2372.425.235176.64518834.62276.9610.17581.419920.73186.572.8525.65201014.22142.20.332092.955-1445.752077.045-1426.09修正

17、值17.4375-32.1753.7875-31.2375修正和2075.518-1413.572073.258-1394.85Vi=Li11986.11 11973.06 xbi=LMi/i-3.93 -3.89 (V0-Vi)/V00.0269%0.1357%(xg-xbi)/L0.0279%-0.0136%2. 剪力、彎矩計(jì)算1) 重量曲線根據(jù)每一站內(nèi)重量均勻分布的原則，把整個(gè)船的重量按照站位進(jìn)行分配。首先進(jìn)行空船重量的分配計(jì)算。根據(jù)船舶外形，按梯形法分布計(jì)算，即空船重量近似的用梯形曲線表示，船中重量分配多一些，首尾重量分配少一些。4b+a+c=6a-c=108xg/7L該船長(zhǎng)寬比L/B

18、6，屬于瘦型船舶，取b=1.195，于是有a=0.61+54xg/7L=0.8164c=0.61-54xg/7L=0.4036滿載到港空船重量W=2561.67t，則aW/L=18.1069,bW/L=26.5039,cW/L=8.9514進(jìn)而獲得船舶空船重量曲線分布，如下再分配載重量。貨物重量根據(jù)貨物重心在船舶總方向不變的原則，利用重量平衡和重量矩平衡原理求出每個(gè)站區(qū)對(duì)應(yīng)的貨物重量，其中每個(gè)站區(qū)所包含的站中分得的貨物重量是均勻分布的。由船舶布置圖（示意圖）和滿載到港載況下重量分布表可知，本次計(jì)算規(guī)定0站在0肋位，20站在163肋位，設(shè)L是貨物所跨站間距離的一半，P是貨物或者油水等重量，a是重

19、物重心距所跨站距中心的距離（偏向船首為正，反之為負(fù)）。船舶布置示意圖艉 Fr11：600mm；Fr11Fr39：700mm；Fr39Fr112：750mm；Fr112Fr151：700mm；Fr151艏：600mm滿載到港載況下重量分布表項(xiàng) 目ITEM重量weight, t重心高度KG, m重心縱標(biāo)L.C.G., m垂向力矩V.M., t-m縱向力矩L.M., t-m液面力矩Mfs, t-m空船 light ship2561.677.329-8.12118774.5-20803.30.0船員和行李3.1013.620-36.13142.2-112.00.0糧食1.4313.310-33.650

20、19.1-48.30.0貨物 No.1貨艙 /Fr111-1311752.007.70031.97013490.456011.40.0貨物 No.2貨艙 /Fr75-1113622.007.0008.50025354.030787.00.0貨物 No.3貨艙 /Fr39-753450.007.120-17.40024564.0-60030.00.0貨物 No.4貨艙 /Fr2-22819.0011.330-49.8009279.3-40786.20.0輕油艙 /P/F31-384.001.120-34.5594.5-138.220.0日用輕油艙 /F22-331.0411.690-43.100

21、12.2-44.80.0No.2重油艙 /P/F39-7525.000.523-18.02213.1-450.6412.0日用重油艙 /P/F23-311.4011.690-39.95016.4-55.90.0滑油儲(chǔ)存柜 /S/F13-2214.657.050-46.390103.3-826.10.0滑油循環(huán)柜 /C/F24-3419.191.120-38.55021.5-739.80.0淡水艙 P&S8.087.052-57.72757.0-466.416.3污油艙6.500.675-43.4344.4-282.30.0載重量 deadweight9727.407.503-1.766

22、72981.2-17182.2472.3排水量 displacement12289.077.466-3.09191755.7-37985.5472.3列方程組 求解該方程組，得 將各部分重量P分解而得的P1和P2解出后按其所跨站的數(shù)量進(jìn)行均布分配，詳見(jiàn)A3附表1。2) 船舶在靜水中剪力和彎矩計(jì)算（詳見(jiàn)A3附表2）3) 船舶在波峰中剪力和彎矩計(jì)算（詳見(jiàn)A3附表3）第二篇 船舶總縱強(qiáng)度計(jì)算一、 計(jì)算依據(jù)本次計(jì)算取船中附近73號(hào)肋骨剖面進(jìn)行總縱強(qiáng)度計(jì)算1. 計(jì)算參考圖紙和計(jì)算書(shū)1) 基本結(jié)構(gòu)圖2) 典型橫剖面圖3) 彎矩和剪力計(jì)算書(shū)2. 計(jì)算載荷計(jì)算彎矩：M=29739.89tfm計(jì)算剪力：N=12

23、20.025tf3. 船體材料計(jì)算剖面的所有材料均采用高強(qiáng)度低合金鋼材，屈服極限s=2350kgf/cm²。4. 許用應(yīng)力1) 總縱彎曲許用應(yīng)力=0.5s=1175kgf/cm²2) 總縱彎曲與板架局部彎曲合成應(yīng)力的許用應(yīng)力a) 板架跨中=0.65s=1527.5kgf/cm²b) 橫艙壁處=s=2350kgf/cm²3) 許用剪應(yīng)力=0.35s=822.5kgf/cm²二、 船體總縱彎曲正應(yīng)力計(jì)算1. 總縱彎曲正應(yīng)力第一次近似計(jì)算73號(hào)肋骨剖面參與總縱彎曲的構(gòu)件如典型剖面圖所示， 計(jì)算時(shí)取基線為參考軸，則有中和軸距參考軸的距離為=Ai/AiZ

24、i=4.65206m船體中剖面對(duì)水平中和軸的慣性矩為I=2(AiZi²+i0)-²Ai=280621.1cm²·m²剖面上的應(yīng)力為i=10³M·Zi/I (kgf/cm²)剖面剪應(yīng)力具體計(jì)算表如下總縱彎曲正應(yīng)力第一次近似計(jì)算表構(gòu)件名稱構(gòu)件尺寸,mm數(shù)量構(gòu)件剖面積Ai,cm²距參考軸距離Zi,m靜力矩 5)×6), cm²·m慣性矩 6)×7), cm²·m²自身 慣性矩, cm²·m²構(gòu)件至中和軸距離Zi&

25、#39;,m中拱時(shí)總縱彎曲正應(yīng)力iE, kgf/cm²LB1）2）3）4）5）6）7）8）9）10）11）12）梁側(cè)板210015131511.253543.7539867.2 115.76 6.598 699 >s梁頂板155000.537.512.3461.255673.4 0.00 7.648 811 >s梁底板155000.537.510.2382.53901.5 0.00 5.548 588 >s梁加強(qiáng)筋8160112.811.6148.481722.4 0.00 6.948 736 2100梁加強(qiáng)筋8160112.810.9139.521520.8 0.

26、00 6.248 662 2100圍板面板1330013912.3479.75900.3 0.00 7.648 811 1577圍板加強(qiáng)筋8160112.811.6148.481722.4 0.00 6.948 736 2100圍板加強(qiáng)筋8160112.810.9139.521520.8 0.00 6.248 662 2100艙口圍板210018137811.254252.547840.6 138.92 6.598 699 >s上甲板281500142010.2428443696.8 0.03 5.548 588 >s舷側(cè)外板29002818128.75710562168.8 56

27、9.08 4.098 434 >s舷側(cè)內(nèi)板29001514358.753806.2533304.7 304.86 4.098 434 >s二層甲板9150011357.3985.57194.2 0.00 2.648 281 450甲板縱骨3002517510.05753.757575.2 0.56 5.398 572 >s舷側(cè)加強(qiáng)筋202002809.4757587182.1 0.00 4.823 511 >s舷側(cè)加強(qiáng)筋8160225.68.025205.441648.7 0.00 3.373 357 2100舷側(cè)加強(qiáng)筋8160225.68.752241960.0 0.

28、00 4.098 434 2100縱艙壁3400812725.61523.28529.9 262.03 0.948 100 250縱艙壁2400912162.7583.21574.6 103.68 -1.952 -207 347舷側(cè)板34001515105.6285615993.6 491.30 0.948 100 880舷側(cè)板24001513602.79722624.4 172.80 -1.952 -207 964舷側(cè)平臺(tái)8150011203.94681825.2 0.00 -0.752 -80 356內(nèi)底板12150011801.5270405.0 0.00 -3.152 -334 800

29、舭龍骨5100150.753.752.8 0.00 -3.902 -414 2100舭列75168.75126.6 0.00 -3.902 -414 >s外底5000.0 0.02 -4.652 -493 1901內(nèi)底板1182501907.51.51361.252041.9 0.01 -3.152 -334 1022外底縱骨2401092160.1225.923.1 0.12 -4.532 -480 1458內(nèi)底縱骨2201091981.39275.22382.6 0.09 -3.262 -346 1736旁桁/p>

30、.75405303.8 33.75 -3.902 -414 >s中桁材1500120.5900.7567.550.6 33.75 -3.902 -414 >s工字梁翼板25015137.56.432241.21551.4 0.20 1.780 189 >s工字梁腹板500200.5506.432321.62068.5 2.08 1.780 189 >s8030.937360.23314112.57 2. 歐拉應(yīng)力計(jì)算1) 板的歐拉應(yīng)力計(jì)算a) 縱骨架式板格（四邊自由支持）歐拉應(yīng)力計(jì)算（詳見(jiàn)下表）：構(gòu)件名稱短邊b,cm板厚t,cm(100t/b)²E梁側(cè)板701

31、.54.592 3673 艙口圍板701.86.612 5290 上甲板752.813.938 11150 舷側(cè)外板72.52.814.916 11932 舷側(cè)內(nèi)板72.51.54.281 3424 舭列板751.54.000 3200 外底板97.31.52.377 1901 外底板88.71.52.860 2288 外底板891.52.841 2272 內(nèi)底板97.31.11.278 1022 內(nèi)底板88.71.11.538 1230 內(nèi)底板891.11.528 1222 b) 橫骨架式板格（四邊自由支持）歐拉應(yīng)力計(jì)算（詳見(jiàn)下表）：構(gòu)件名稱短邊s,cm長(zhǎng)邊b,cm板厚t,cm100t/s(

32、1+s²/b²)²E二層甲板751500.92.250 450 縱艙壁753400.81.251 250 縱艙壁752400.91.735 347 舷側(cè)板753401.54.399 880 舷側(cè)板752401.54.819 964 舷側(cè)平臺(tái)751500.81.778 356 內(nèi)底板751501.24.000 800 2) 縱桁局部穩(wěn)定性計(jì)算a) 自由翼板（面板三邊自由支持一邊完全自由）歐拉應(yīng)力計(jì)算（詳見(jiàn)下表）：構(gòu)件名稱長(zhǎng)邊a,cm短邊b,cm板厚t,cm(100t/b)²E梁加強(qiáng)筋75160.8252100 梁加強(qiáng)筋75160.8252100 圍板面板7

33、5301.318.78 1577 圍板加強(qiáng)筋75160.8252100 圍板加強(qiáng)筋75160.8252100 甲板縱骨75302.569.44 5833 舷側(cè)加強(qiáng)筋752021008400 舷側(cè)加強(qiáng)筋75160.8252100 舷側(cè)加強(qiáng)筋75160.8252100 舭龍骨75100.5252100 外底縱骨7524117.36 1458 內(nèi)底縱骨7522120.66 1736 工字梁翼板75251.536 3024 b) 縱桁腹板（四邊自由支持）歐拉應(yīng)力計(jì)算（詳見(jiàn)下表）：構(gòu)件名稱長(zhǎng)邊a,cm短邊b,cm板厚t,cm(100t/b)²E梁頂板75501.597200梁底板75501.597200旁桁材75151.26451200中桁材75151.26451200工字梁腹板755021612800由計(jì)算結(jié)果可知，在中拱狀態(tài)下，該船舶總縱彎曲壓應(yīng)力都比歐拉應(yīng)力小，所以這些板架均不需要做折減計(jì)算，即第一次近似計(jì)算結(jié)果滿足要求。三、 船體總縱彎曲剪應(yīng)力計(jì)算本次計(jì)算中所用剖面的S/I值代替最大剪應(yīng)力作