重量曲線和浮力曲線

1、項目二項目二 船體強度計算基本知識船體強度計算基本知識 2-1 船體強度概論與船體受到的外力船體強度概論與船體受到的外力2-2 船體梁的受力與變形船體梁的受力與變形2-3 重量曲線和浮力曲線重量曲線和浮力曲線2-4 船體靜波浪剪力和彎矩的計算船體靜波浪剪力和彎矩的計算2-5 船體總剪力和彎矩計算實例船體總剪力和彎矩計算實例2-6 鋼質(zhì)船舶的總縱強度計算鋼質(zhì)船舶的總縱強度計算2-7 剖面幾何性質(zhì)剖面幾何性質(zhì)2-3 重量曲線和浮力曲線本次課學(xué)習(xí)目標本次課學(xué)習(xí)目標:l 重量曲線的意義；重量曲線的意義；l 了解重量曲線繪制原理及方法；了解重量曲線繪制原理及方法；l 理解重量分布原則；理解重量分布原則；

2、l 掌握幾種局部重量的分布處理方法掌握幾種局部重量的分布處理方法 (重點重點)根據(jù)前面的分析可知，為了計算剪力和彎矩，根據(jù)前面的分析可知，為了計算剪力和彎矩，必須先作出重量分布曲線必須先作出重量分布曲線w(x)和浮力分布曲線和浮力分布曲線b(x)，然后求得載荷曲線，然后求得載荷曲線q(x)，再再 。一、重量曲線的意義一、重量曲線的意義1. * 重量曲線重量曲線： 船舶在船舶在某一某一計算狀態(tài)下，描述全船重量計算狀態(tài)下，描述全船重量沿船長分布狀況沿船長分布狀況的曲線，的曲線，稱為重量曲線。稱為重量曲線。2.重量曲線圖的意義：重量曲線圖的意義： 其縱坐標表示船體梁單位長度上重量分布值其縱坐標表示船

3、體梁單位長度上重量分布值,即作用于單位長度上的即作用于單位長度上的重力值。如下所示：重力值。如下所示： x(船長）P(x) (重量單位）xipi表示在此處船體梁的重量為pi 3.重量曲線的計算與繪制：重量曲線的計算與繪制： 將船舶的各項重量按將船舶的各項重量按靜力等效原則靜力等效原則分布在相應(yīng)分布在相應(yīng)的船長范圍內(nèi)，再按站號逐項迭加，即可得重量的船長范圍內(nèi)，再按站號逐項迭加，即可得重量曲線。曲線。 什么是靜力等效什么是靜力等效？ （必須理解掌握！）（必須理解掌握?。?* 靜力等效原則：靜力等效原則： （同理論力學(xué)相同）（同理論力學(xué)相同）保持重量的大小不變：）保持重量的大小不變： 近似分布曲線所

4、圍的面積等于該項實際重量；近似分布曲線所圍的面積等于該項實際重量；）保持重心的縱向坐標不變：）保持重心的縱向坐標不變： 即使近似分布曲線所圍的面積形心縱坐標與該項即使近似分布曲線所圍的面積形心縱坐標與該項重量的重心縱坐標相等，通過合力矩不變原則來實重量的重心縱坐標相等，通過合力矩不變原則來實現(xiàn)?，F(xiàn)。）假定的分布范圍及近似分布曲線形狀與該重量的實）假定的分布范圍及近似分布曲線形狀與該重量的實際分布盡量相似。際分布盡量相似。l 手工計算時，列表進行；根據(jù)個理論站距分布的重量來進行手工計算時，列表進行；根據(jù)個理論站距分布的重量來進行計算；計算；l常把真實的重量分布假定為常把真實的重量分布假定為梯形梯

5、形分布，如下圖所示：分布，如下圖所示：l由上圖可以看出，要計算繪制該圖形，必須的資料有：由上圖可以看出，要計算繪制該圖形，必須的資料有：（）（）重量、重心明細表：重量、重心明細表：表明船上各項集中重量及其表明船上各項集中重量及其重心位置。重心位置。（）各項分布重量沿縱向的分布情況，見船體（）各項分布重量沿縱向的分布情況，見船體縱中剖縱中剖面圖面圖等重量重心資料（等重量重心資料（比較直觀比較直觀）。）。二、重量的分類及其分布原則二、重量的分類及其分布原則重量應(yīng)分類計算重量應(yīng)分類計算）按）按變動情況變動情況來來）按）按分布情況分布情況來分來分 2分布原則：分布原則： 靜力等效原則靜力等效原則不變重

6、量:指空船重量變動重量：指裝載重量總體性重量：全長范圍內(nèi)有分布局部性重量：局部范圍內(nèi)有分布 三、三、* 局部性重量分布的各種情況及處理：局部性重量分布的各種情況及處理：（一）分布在（一）分布在兩個理論站距內(nèi)兩個理論站距內(nèi)的重量的重量 如圖所示，某項以任意規(guī)律分布在兩個站距如圖所示，某項以任意規(guī)律分布在兩個站距內(nèi)的重量為內(nèi)的重量為P，重心距重心距i站的距離為站的距離為a。求分布在兩個站距內(nèi)的重量分別為多。求分布在兩個站距內(nèi)的重量分別為多少？少？分析：分析： ）要求的將此重量分別分布到兩個站距上去。）要求的將此重量分別分布到兩個站距上去。）重量的簡化圖形：）重量的簡化圖形：認為是階梯形分布。認為是

7、階梯形分布。）分布原則：）分布原則：靜力等效原則。靜力等效原則。i-1ii+1a 1. 按分布原則按分布原則(3)，用，用(i-1)i及及i(i+1)兩個理論站距內(nèi)的階梯形曲線代替兩個理論站距內(nèi)的階梯形曲線代替真實分布。真實分布。 從上圖可以看見，此時實際上就是將以前的用階梯形分布到了兩個站從上圖可以看見，此時實際上就是將以前的用階梯形分布到了兩個站距內(nèi)。距內(nèi)。 2.根據(jù)靜力等效原則：根據(jù)靜力等效原則：（）分布前后重量不變，即：（）分布前后重量不變，即：PP這里的這里的P和和P分別表示什么？分別表示什么？i-1ii+1pPP和P表示分布后的重量，是矩形的面積。 則應(yīng)有等式（）則應(yīng)有等式（） ：

8、（）（） 3.根據(jù)靜力等效原則，重量分布后保持重量的重心縱標不變，根據(jù)靜力等效原則，重量分布后保持重量的重心縱標不變，即保持力矩不變。即保持力矩不變。分布前，相對于分布前，相對于i站的力距為：站的力距為：a 分布后，在一個站距內(nèi)的力是均布的，相對于分布后，在一個站距內(nèi)的力是均布的，相對于i站來說產(chǎn)站來說產(chǎn)生的分矩為生的分矩為: 因此有等式（因此有等式（2）存在：）存在：（）（）2221LPLP1222LLPPP a 由上可得： 4.解得： 5. 則兩個站距內(nèi)的均布載荷q1,q2 分別為：PaLPPPPP)(212121)5 . 0()5 . 0(21LaPPLaPPLLaPLPqLLaPLPq

9、/ )5 . 0(/ )5 . 0(2211（二）（二）分布在三個理論站距內(nèi)的重量分布在三個理論站距內(nèi)的重量應(yīng)用靜力等效原則，分三種情況進行討論：應(yīng)用靜力等效原則，分三種情況進行討論：【根據(jù)靜力等效原則，【根據(jù)靜力等效原則，只能只能列出二個方程式，所以應(yīng)該先分到兩個最恰當(dāng)?shù)睦砹谐龆€方程式，所以應(yīng)該先分到兩個最恰當(dāng)?shù)睦碚撜揪鄡?nèi)，視具體情況再進一步分。論站距內(nèi)，視具體情況再進一步分?！浚ǘǘ┓植荚谌齻€理論站距內(nèi)的重量分布在三個理論站距內(nèi)的重量應(yīng)用靜力等效原則，應(yīng)分三種情況進行討論：應(yīng)用靜力等效原則，應(yīng)分三種情況進行討論：【根據(jù)靜力等效原則，【根據(jù)靜力等效原則，只能只能列出二個方程式，所以應(yīng)

10、該先分到兩個最恰當(dāng)?shù)睦砹谐龆€方程式，所以應(yīng)該先分到兩個最恰當(dāng)?shù)睦碚撜揪鄡?nèi)，視具體情況再進一步分。論站距內(nèi)，視具體情況再進一步分?！浚ㄈ┦住⑽怖碚撜就獾闹亓浚ㄈ┦?、尾理論站外的重量應(yīng)把首尾理論站之外的重量移到應(yīng)把首尾理論站之外的重量移到兩個兩個理論站距內(nèi)，見理論站距內(nèi)，見下圖：下圖：P1）在號站之外，還有一重量。）在號站之外，還有一重量。2）將號站之外的重量分布理論站之內(nèi)的兩個站）將號站之外的重量分布理論站之內(nèi)的兩個站距來。距來。PP1P2從圖中這里可以看出：21PPP為何要在坐標軸一上一下的進行分布？LPPaP)2123(21可得：)21()23(21LaPPLaPP4.桅桿、絞車及橫艙

11、壁等集中重量：桅桿、絞車及橫艙壁等集中重量： l應(yīng)在所在的相應(yīng)適當(dāng)站距內(nèi)分布。應(yīng)在所在的相應(yīng)適當(dāng)站距內(nèi)分布。l如果該項重量不超過船舶重量的如果該項重量不超過船舶重量的1%，則可認為其均勻分，則可認為其均勻分布在相應(yīng)理論站距內(nèi)。布在相應(yīng)理論站距內(nèi)。（一）（一）估算法：估算法：1.梯形法：梯形法：適用的船舶：中部具有適用的船舶：中部具有平行中體平行中體，且，且中部豐滿、中部豐滿、兩端尖瘦兩端尖瘦；假定的重量分布為：假定的重量分布為： 將整個船體均分為三部分將整個船體均分為三部分 3*（L/3）1.平行中體部分為均勻分布；平行中體部分為均勻分布；2.兩端尖瘦部分為兩端尖瘦部分為梯形分布梯形分布表示。

12、表示。3.再根據(jù)靜力等效原則求出梯形形狀參數(shù)再根據(jù)靜力等效原則求出梯形形狀參數(shù)a b c四、總體性重量分布的計算：四、總體性重量分布的計算：梯形法梯形法例例設(shè)某船船長為L，船體部分的重量為W，其重心位于船舯后處。認為該船體重量分布可由圖所示梯形曲線表示，其中艏、舯和艉處三剖面的重量集度分別為cW/L，bW/L和aW/L，試證明： Lxcacbag710864圖2.2.2尾首bWLcWLaWLxgL9解：如圖所示作輔助線依力矩平衡可得gxWLLLLWca)692(3)(21gxcaL6)6192)(ggxxcaL71087186)(gxca7108最后化簡為：又由靜力平衡可得：WLbLWLcbL

13、WLbaLW33)(213)(2113)(61)(61bcbba62 bcbba所以有： 64cba因此得證。2.圍長法： 假設(shè)船體結(jié)構(gòu)單位長度的重量與該橫剖面圍假設(shè)船體結(jié)構(gòu)單位長度的重量與該橫剖面圍長成比例：長成比例： 2( )( )(/)kN( )mAmkkwl xxkN mAwl x為船舶主體結(jié)構(gòu)總重量，為x剖面處含甲板的圍長，為全船表面積，顯然 就為x剖面處的重量分布。( )x共有共有4個步驟：個步驟：1.確定確定K2.求求、 L3.求求 g、g0、g1 （由（由 ）4.求求 0、1 （由（由 g、g0 及及 g、g1 ） 則則7個參數(shù)個參數(shù)均已求出。均已求出。 3.庫爾求莫夫法【略】

14、（注： 對上層建筑縱向發(fā)達的大、中型客船，上層建筑結(jié)構(gòu)重量亦可包括在內(nèi)進行分布。） (要在結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計后進行要在結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計后進行) 需要精確對各種重量根據(jù)重量重心表進行需要精確對各種重量根據(jù)重量重心表進行分布，最后疊加即可。分布，最后疊加即可。（二）精確算法：五、浮力曲線的計算五、浮力曲線的計算.浮力曲線：浮力曲線：是船舶在是船舶在一定裝載情況下，一定裝載情況下，描述浮力沿船長分布狀況的曲描述浮力沿船長分布狀況的曲線。浮力曲線是針對某種確定浮態(tài)的浮力曲線。線。浮力曲線是針對某種確定浮態(tài)的浮力曲線。 2.浮力曲線常按浮力曲線常按邦戎曲線邦戎曲線及靜水力曲線求得：及靜水力曲線求得：當(dāng)船舶的浮態(tài)確

15、定后當(dāng)船舶的浮態(tài)確定后，便能在邦戎曲線上得到各站在確定，便能在邦戎曲線上得到各站在確定浮態(tài)下的橫剖面面積，從而繪出沿船長分布的橫剖面面積曲浮態(tài)下的橫剖面面積，從而繪出沿船長分布的橫剖面面積曲線，該曲線的縱坐標值乘以水的相對密度便得到了浮力曲線。線，該曲線的縱坐標值乘以水的相對密度便得到了浮力曲線。 邦戎曲線表示船舶各橫剖面在不同吃水狀態(tài)下的面積所邦戎曲線表示船舶各橫剖面在不同吃水狀態(tài)下的面積所圍成的曲線，圍成的曲線，邦戎曲線ll比如，計算站船體的浮力值：2)(86)86(LgFgFb顯然這是一種梯形法；然后可以求出全船在浮力。、計算浮態(tài)、計算浮態(tài)靜水平衡計算的靜水平衡計算的3個個步驟步驟1）查

16、數(shù)據(jù)：）查數(shù)據(jù)： 根據(jù)給定計算狀態(tài)的根據(jù)給定計算狀態(tài)的船舶排水量船舶排水量M，從靜水力曲線圖上查得如下數(shù)，從靜水力曲線圖上查得如下數(shù)據(jù)：據(jù)：平均吃水平均吃水dm(m)、浮心距船中的距離、浮心距船中的距離xb、（中前為正，、（中前為正，m）、縱穩(wěn)心）、縱穩(wěn)心半徑半徑R(m)、水線面面積、水線面面積A(m2)、漂心距船中的距離、漂心距船中的距離xf（中前為正，（中前為正，m）確定船舶浮態(tài)）確定船舶浮態(tài)（靜水平衡計算），（靜水平衡計算），必要時需要必要時需要縱傾調(diào)整：縱傾調(diào)整：判斷標準：判斷標準：如不滿足上式標準，則需要進行縱傾調(diào)整。如不滿足上式標準，則需要進行縱傾調(diào)整。 %1 . 0%05. 0Lxbxg縱傾調(diào)整的步驟：縱傾調(diào)整的步驟：1.設(shè)縱傾角為設(shè)縱傾角為，由于實船的縱穩(wěn)性半徑由于實船的縱穩(wěn)性半徑R遠遠大于遠遠大于KC，則有，則有 RxxtgbgRxxxLddbgfmf21RxxxLddbgfma21首吃水尾吃水2. 計算首、尾吃水（第一次近似計算）縱傾調(diào)整的步驟：縱傾調(diào)整的步驟：3. 根據(jù)計算出的首、尾吃水（根據(jù)計算出的首、尾吃水（浮態(tài)浮態(tài)），利用），利用邦戎曲線求出該浮態(tài)時的浮力分布，邦戎曲線求出該浮態(tài)時的浮力分布，計算出計算出新的新的總浮力總浮力B1及其浮心及其浮心xb1。4.