船體強度與結構設計課程設計

目錄一、課程設計內容及資料............................................................................-1-1、課程設計任務書...................................................................................-1-2、課程設計主要內容...............................................................................-1-3、船舶設計資料.......................................................................................-1-二、船舶剪力與彎矩計算............................................................................-2-1、主要數(shù)據(jù)..............................................................................................-2-2、參考資料..............................................................................................-2-3、計算狀態(tài)..............................................................................................-2-4、波型和波浪參數(shù)選擇...........................................................................-2-5、壓載出港狀態(tài)的彎矩和剪力的計算....................................................-3-三、船舶總縱強度計算..............................................................................-10-1、計算依據(jù)............................................................................................-10-2、船體總縱彎曲正應力計算.................................................................-11-3、船體總縱彎曲剪應力計算.................................................................-14-4、船體中剖面極限彎矩計算.................................................................-16-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森一、課程設計內容及資料1、課程設計任務書綜合應用船舶與海洋結構物強度的有關知識，完成船舶船體中剖面的結構設計，并按相關規(guī)范要求進行總縱強度的校核。2、課程設計主要內容1、船舶在靜水中平衡位置的確定2、船舶在波浪中平衡位置的確定3、船舶重量分布曲線的確定4、船舶浮力分布曲線的確定5、船舶載荷分布曲線的確定6、船舶剪力和彎矩分布曲線的確定7、剖面特性計算8、許用應力的確定9、總縱彎曲應力校核10、極限強度校核3、船舶設計資料船舶主尺度：總長：L128.40mOA設計水線長：L120.04mWL垂線間長：L115.50mPP計算船長：Lm型寬：Bm-1-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森型深：Dm設計吃水：dm方型系數(shù)：C0.653B二、船舶剪力與彎矩計算1、主要數(shù)據(jù)船舶計算長度（垂線間長）L=115.50mB=19.50m船寬海水比重γ=1.025tf/m32、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3、計算狀態(tài)本計算中取壓載出港狀態(tài)進行計算排水量Δ=5826.25t重心縱坐標x=1.344m平均吃水浮心縱坐標d=4.24mx=0.44m漂心縱坐標水線面積x=1.13m100TPCAA=1537.56m2ww縱穩(wěn)心半徑100MTCLBMR=176.04m2PPL4、波型和波浪參數(shù)選擇波長λ=L=115.50m-2-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森波高坦谷波垂向坐標值采用余弦級數(shù)展開式計算h=4.0mr242yrxx)B各理論站從坦谷波面到波軸線垂向坐標值經(jīng)計算列入表1：r=h/2=2.0mλ=115.5m表1：值876543210120123456789yB5、壓載出港狀態(tài)的彎矩和剪力的計算1)船舶縱傾調整a)船舶在靜水中平衡位置的確定第一次近似：xxLdd(x)gbR2首吃水：尾吃水：=4.531m=3.938mf1mfxxLdd(x)gbR21mf?=5826.25/1.025=5684.15m3排水體積：V=第二次近似：=+++()首吃水：1=4.729m=3.868m2=(+)尾吃水：121=0.081%<0.1%=0.02%<0.05%g具體計算過程見表2：-3-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森表2：船舶在靜水中平衡位置的計算水00000001234567890123456789∑mmb)船舶在波浪上平衡位置的確定用麥卡爾法計算船舶在波峰時的平衡位置。d=4.729md=3.868m）作為波軸線，按波峰在船中，由邦戎曲f0a0線圖上量出浸水面積ω=-1m，即波軸線向下移動1m，量出各站橫剖面浸水面i積ω，根據(jù)表3計算波軸線移動參數(shù)ζ和b。bi0-4-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森表3：船舶在波峰上平衡位置的計算數(shù)值k1)012值0000123456780009901112131415161718192084∑5-5-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森b5684.151191.9012+251.88255ζ+2558.7855=205.7750b5684.15×59.1512076.5904+2558.7855ζ+30412.91615=2020式中x′=+x=59.15L2經(jīng)整理：251.88255ζ+127.94b=?207.63302558.7855ζ+1520.646b=?1995.2960聯(lián)立方程式，解得首吃水：df尾吃水：daζ，b=0.188m0d+ζ+b=?0.92+0.1898=3.999m4.729f00=d+ζ=?0.92=2.948m3.868a00求出平衡位置后，即可從邦戎曲線上量出船舶處于平衡位置時橫剖面浸水面積，如表4：表4：船舶平衡位置的計算結果理論站號力臂系數(shù)靜水波峰力矩函數(shù)力矩函數(shù)橫剖面浸水面積ωiM=(2)*(5)mi22)-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10003.329414.126427.622542.754554.3034565.852471.508777.16578.94-29.9646-113.0112-193.3575-256.527-271.51725-263.4096-214.5261-154.33-78.94-32.8912-84.1148-157.758-228.07175-259.7428-238.659-188.3406-99.03105080.71579.83878.96172.723266.485455.056843.628231.156620.994213.4359.7501988.34585100.17585192.9198245.7828269.5812243.1795179.259112.183463.434434.276522.111157.922218.1696265.9416275.284261.7692218.0962167.9536120.91597.501789∑-1445.75984.82815167.40925-6-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森修正值修正和983.4708-1413.57156.353755679.54387x=ΔL∑M1.4037539280.08%biii0i0(x-x)/L-0.02%0.37%gbi2)剪力、彎矩計算a)重量曲線根據(jù)每一站內重量均勻分布的原則，把整個船的重量按照站位進行分配。首先進行空船重量的分配計算。根據(jù)船舶外形，按梯形法分布計算，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=該船長寬比L/B≈6，屬于瘦型船舶，取b=1.195，于是有xa=0.61+54=0.6998xc=0.61?54=0.5202壓載出港時，空船重量W=2561.67t，則：Wa=15.5208bW=26.5039cW=11.5375進而獲得船舶空船重量曲線分布，如圖1：圖1：船舶空船重量曲線分布站再分配載重量。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是均勻分布的。由船舶布置圖（圖2）和壓載出港載況下重量分布表可知，本次計算規(guī)定0站在0肋位，20站在163L是貨物所跨站間距離的一半，P是貨物或者油水等重量，a-7-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森圖2：船舶布置圖艉—Fr11：600mm；F11:6.6Fr11—Fr39：700mm；F39:26.2Fr39—Fr112：；F112:80.95Fr112—Fr151700mm；F151:108.25Fr151—艏：600mm:115.45壓載出港載況下重量分布：No.3壓載出港項目重量重心高度重心縱標KG,mL.C.G.,m垂向力矩縱向力矩液面力矩ITEMweight,tt-mL.M.,mMfs,-m空船lightship2561.677.3298.12118774.520803.30.0船員和行李3.1013.620-36.13142.2-112.00.0糧食14.3413.30633.650190.8-482.50.0貨物No.1貨艙-1310.00.00.00.00.00.0貨物No.2貨艙/Fr751110.00.00.00.00.00.0貨物No.3貨艙/Fr39750.00.00.00.00.00.0貨物No.4貨艙/Fr2-220.00.00.00.00.00.0小計0.00.00.00.00.00.0輕油艙/P/F313820.581.120-34.55923.1711.620.0輕油艙/S/F313825.621.120-34.55428.7885.324.0日用輕油艙/F22-334.1911.690-43.10049.0180.60.0小計50.391.999-35.2678.4147.844.0No.2重油艙/P/F3975151.940.52318.02279.52738.3412.0No.3重油艙/P&S/F394880.734.74027.812382.7-2245.30.0日用重油艙/P/F233131.5111.690-39.950368.41258.80.0小計264.183.14423.62999.1744.6412.0滑油儲存柜/S/F132214.657.05046.390103.3-679.60.0滑油循環(huán)柜/C/F243419.191.12038.55021.5739.80.0小計33.843.687-41.94470.8-804.90.0首尖艙F/151165183.810.0No.1壓載水艙/P&S/F141-151246.80No.2壓載水艙/P&S/F131-14191.30No.3壓載水艙131201.82No.4壓載水艙/P&S/F93111193.870.00.00.00.0No.5壓載水艙/P&S/F7593231.54No.6壓載水艙/P&S/F3875368.33No.7壓載水艙/P&S/F4857132.86No.2邊壓載水艙/P&S/F131-141131.170.00.00.00.0-8-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森No.3邊壓載水艙131354.770.00.0No.4邊壓載水艙/P&S/F93111239.45No.5邊壓載水艙/P&S/F7593222.82No.6邊壓載水艙/P&S/F5775212.810.00.0小計2811.350.0淡水艙P&S80.889.456-57.727764.84669.016.3污油艙6.500.67543.4344.4-282.30.0結冰0.0載重量deadweight3264.583.3428.77110911.128632.1472.3排水量displacement5826.255.0951.34429685.67828將各部分重量P分解而得的P和P解出后按其所跨站的數(shù)量進行均布分配。12b)船舶在靜水中剪力和彎矩計算c)船舶在波峰中剪力和彎矩計算圖3：靜水中的浮力，重力，載荷，剪力曲線載荷曲線重力0曲線浮力05-500-1000曲線剪力曲線站號圖4：靜水中的彎矩曲線彎矩曲線05-5000站號圖6：波峰中的浮力，重力，載荷，剪力曲線載荷曲線重力曲線浮力曲線剪力曲線站號-9-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森圖7：波峰中的彎矩曲線彎矩曲線站號得：波峰狀態(tài)最大剪力：N=932.1058tf最大彎矩M=12451.58tfm三、船舶總縱強度計算1、計算依據(jù)本次計算取船中附近73號肋骨剖面進行總縱強度計算。1)參考圖紙和計算書a)基本結構圖b)典型橫剖面圖c)彎矩和剪力計算書2)計算載荷計算彎矩：M=12451.58tfm=124515.8kNm??計算剪力：N=932.1058tf=9321.058kN3)船體材料計算剖面的所有材料均采用高強度低合金鋼材，屈服極限σs=2350kgf/cm2。4)許用應力a)總縱彎曲許用應力[σ]=0.5σs=1175kgf/cm2=b)總縱彎曲與板架局部彎曲合成應力的許用應力2i.板架跨中[σ]=0.65σs=1527.5kgf/cm2=橫艙壁處[σ]=σs=2=2ii.2c)許用剪應力[τ]=0.35σs=822.5kgf/cm2=2-10-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森2、船體總縱彎曲正應力計算1.總縱彎曲正應力第一次近似計算73號肋骨剖面參與總縱彎曲的構件如典型剖面圖所示。圖8:73號肋位剖面典型剖面圖（見下頁）表5：總縱彎曲正應力第一次近似計算表量LB19556-11-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森86111118588598858835111579111222198886588911111511115505199-12-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森833183∑13計算時取基線為參考軸，則有中和軸距參考軸的距離為ε=∑A/∑AZ=4.65206miii船體中剖面對水平中和軸的慣性矩為I=2[∑(AZ2+i)?ε2∑A=280621.1cm2·m2ii0i]剖面上的應力為σi=3M·Zi/I(kgf/cm2)2.歐拉應力計算1)板的歐拉應力計算表6：縱骨架式板格（四邊自由支持）歐拉應力計算σ=800(100t/b)2E構件名稱短邊b,cm板厚t,cm(100t/b)2σE36735290111501193234243200190122882272102212301222梁側板艙口圍板上甲板舷側外板舷側內板舭列板外底板外底板外底板內底板內底板內底板1.51.82.82.81.51.51.51.51.51.11.11.14.5926.61213.93814.9164.2814.0002.3772.8602.8411.2781.5381.52872.572.57597.388.78997.388.789表7：橫骨架式板格（四邊自由支持）歐拉應力計算σ=200(100t/s)2(1+s2/b2)2EσE450250347880964二層甲板縱艙壁縱艙壁舷側板舷側板75757575751503402403402400.90.80.91.51.52.2501.2511.7354.3994.819-13-船舶強度與結構設計課程設計運船1103201171115朱燁森舷側平臺內底板75751501500.81.21.7784.0003568002)縱桁局部穩(wěn)定性計算表8：自由翼板（面板三邊自由支持一邊完全自由）歐拉應力計算σ=84(100t/b)2E長邊a,cm短邊b,cm板厚t,cm(100t/b)2σE757575757575757575757575751616301616302016161024