第8章 總強(qiáng)度計(jì)算

1、第八章第八章 總縱強(qiáng)度計(jì)算總縱強(qiáng)度計(jì)算專題一專題一 船舶總縱強(qiáng)度計(jì)算概述船舶總縱強(qiáng)度計(jì)算概述 l 船體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件船體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件 infl 船體受力船體受力 infl 船體強(qiáng)度的分類船體強(qiáng)度的分類 Inf一、船體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件 甲板：甲板： 甲板縱桁、甲板縱骨、甲板橫梁甲板縱桁、甲板縱骨、甲板橫梁 底板：底板： 底板縱骨、中底桁、旁底桁、中內(nèi)龍骨、旁底板縱骨、中底桁、旁底桁、中內(nèi)龍骨、旁內(nèi)龍骨、肋板等內(nèi)龍骨、肋板等 舷側(cè)：舷側(cè)： 舷側(cè)縱骨、舷側(cè)縱桁、肋骨舷側(cè)縱骨、舷側(cè)縱桁、肋骨二、船體結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)、外力 內(nèi)力：內(nèi)力： 局部力局部力 外力：外力： 重力、浮力、慣性力、波浪作用力、墩木的重力、浮力、慣性

2、力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖帶力，螺旋槳的推力。反作用力、拖帶力，螺旋槳的推力。二、船體結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)、外力作用在船體結(jié)構(gòu)上的載荷作用在船體結(jié)構(gòu)上的載荷?三、船體強(qiáng)度的分類三、船體強(qiáng)度的分類1、強(qiáng)度定義、強(qiáng)度定義 船體結(jié)構(gòu)受內(nèi)、外力作用時(shí)，船體抵抗發(fā)生變船體結(jié)構(gòu)受內(nèi)、外力作用時(shí)，船體抵抗發(fā)生變形或破壞的能力。形或破壞的能力。2、強(qiáng)度分類、強(qiáng)度分類強(qiáng)度強(qiáng)度總強(qiáng)度總強(qiáng)度局部強(qiáng)度局部強(qiáng)度縱強(qiáng)度縱強(qiáng)度橫強(qiáng)度橫強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度船體強(qiáng)度的分類1）總縱強(qiáng)度：）總縱強(qiáng)度： 船舶抵抗縱向變形和破壞的能力。船舶抵抗縱向變形和破壞的能力。2）橫向強(qiáng)度：）橫向強(qiáng)度： 船舶抵抗橫向變形和破壞的能力。船舶抵抗橫向

3、變形和破壞的能力。3）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度： 船舶抵抗扭轉(zhuǎn)變形和破壞的能力。船舶抵抗扭轉(zhuǎn)變形和破壞的能力。4）局部強(qiáng)度：）局部強(qiáng)度： 船舶抵抗局部變形和破壞的能力。船舶抵抗局部變形和破壞的能力。3）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度（Torsional strength） 定義定義 船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的能力。船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的能力。 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 沿船長方向單位長度重力和浮力橫向、縱向不共垂線沿船長方向單位長度重力和浮力橫向、縱向不共垂線造成的。造成的。 具有甲板大開口船舶應(yīng)校核其總縱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。具有甲板大開口船舶應(yīng)校核其總縱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 如集裝箱船舶、木材船等。如集裝箱船舶、

4、木材船等。專題二專題二 船體總縱彎曲應(yīng)力第一次近似船體總縱彎曲應(yīng)力第一次近似計(jì)算計(jì)算11l總縱彎曲變形總縱彎曲變形l船體縱向彎曲或變形的原因船體縱向彎曲或變形的原因 l等值梁假設(shè)等值梁假設(shè)l構(gòu)件計(jì)入等值梁的條件構(gòu)件計(jì)入等值梁的條件l總縱彎曲應(yīng)力的第一次計(jì)算總縱彎曲應(yīng)力的第一次計(jì)算船體總縱彎曲應(yīng)力第一次近似計(jì)算船體總縱彎曲應(yīng)力第一次近似計(jì)算中垂變形中垂變形(sagging)中拱變形中拱變形(hogging)一一. 總縱彎曲變形總縱彎曲變形 船體受負(fù)彎矩作用，中部的船體受負(fù)彎矩作用，中部的浮力浮力 (?) 于重力，首尾部的于重力，首尾部的浮力浮力(?) 于重力；船舶上甲板于重力；船舶上甲板受受(?

5、) ，船底受，船底受(?) ，發(fā)生中，發(fā)生中部部(?) 的變形。的變形。 船體受正彎矩作用，中部的船體受正彎矩作用，中部的浮力浮力( ?)于重力，首尾部的于重力，首尾部的浮力浮力( ? )于重力；船舶上甲于重力；船舶上甲板受板受( ? )，船底，船底 受受(? )，發(fā)，發(fā)生中部生中部( ? )的變形。的變形。 利用吃水判定船舶的拱垂變形利用吃水判定船舶的拱垂變形利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂 dM dM： dM dM： dM dM：MMdd )dd(21dAFM 1）首尾平均吃水：）首尾平均吃水：3）拱垂判定：）拱垂判定：2）拱垂值）拱垂值：中垂變形中垂變形中拱變形中拱變形無拱垂

6、變形無拱垂變形二、總縱彎曲產(chǎn)生的原因二、總縱彎曲產(chǎn)生的原因1234567原因：原因： 船舶所受重力和浮力沿船長方向分布不一致造成。船舶所受重力和浮力沿船長方向分布不一致造成。xxxbpqx 三、等值梁假設(shè)三、等值梁假設(shè)用實(shí)心梁代替船體梁進(jìn)行強(qiáng)度校核用實(shí)心梁代替船體梁進(jìn)行強(qiáng)度校核等值梁：等值梁：船體梁：船體梁：等值梁假設(shè)：等值梁假設(shè)： 把船當(dāng)作一根漂浮的空心薄壁梁。把船當(dāng)作一根漂浮的空心薄壁梁。在抵抗總縱彎曲方面與船體具有相同抵在抵抗總縱彎曲方面與船體具有相同抵抗能力的一種梁抗能力的一種梁中和軸中和軸xDAB 于是，船體剖面上縱向連續(xù)構(gòu)件的總縱彎曲應(yīng)于是，船體剖面上縱向連續(xù)構(gòu)件的總縱彎曲應(yīng)力，可

7、以按梁的彎曲應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算：力，可以按梁的彎曲應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算：ZIM式中：式中：MM計(jì)算剖面的總縱彎矩計(jì)算剖面的總縱彎矩 II計(jì)算剖面對水平中和軸的慣性矩計(jì)算剖面對水平中和軸的慣性矩 ZZ所求構(gòu)件應(yīng)力點(diǎn)至中和軸的距離所求構(gòu)件應(yīng)力點(diǎn)至中和軸的距離計(jì)算剖面及縱向強(qiáng)力構(gòu)件計(jì)算剖面及縱向強(qiáng)力構(gòu)件一、計(jì)算剖面一、計(jì)算剖面1 1、定義、定義在船舶中，將可能出現(xiàn)最大彎曲應(yīng)力的剖面稱為在船舶中，將可能出現(xiàn)最大彎曲應(yīng)力的剖面稱為危險(xiǎn)剖面或計(jì)算剖面危險(xiǎn)剖面或計(jì)算剖面2 2、選取、選取 由總縱彎曲力矩曲線可知，最大彎矩一般在由總縱彎曲力矩曲線可知，最大彎矩一般在船中船中0.40.4倍船長范圍內(nèi)，所以計(jì)算剖面一般

8、是此范倍船長范圍內(nèi)，所以計(jì)算剖面一般是此范圍內(nèi)的最弱剖面圍內(nèi)的最弱剖面含有最大的艙口或其他開口的含有最大的艙口或其他開口的剖面，如機(jī)艙、貨艙開口的剖面。剖面，如機(jī)艙、貨艙開口的剖面。 此外，一般還要對下述強(qiáng)度最弱剖面進(jìn)行計(jì)此外，一般還要對下述強(qiáng)度最弱剖面進(jìn)行計(jì)算：船體骨架改變處剖面，上層建筑端壁處剖面，算：船體骨架改變處剖面，上層建筑端壁處剖面，主體材料分布變化處剖面以及重量分布特殊可能主體材料分布變化處剖面以及重量分布特殊可能造成最大彎矩處剖面造成最大彎矩處剖面四、構(gòu)件計(jì)入等值梁的條件四、構(gòu)件計(jì)入等值梁的條件1 1）縱向強(qiáng)力構(gòu)件）縱向強(qiáng)力構(gòu)件 縱向連續(xù)并能有效傳遞總縱彎曲應(yīng)力的構(gòu)件；縱向連續(xù)

9、并能有效傳遞總縱彎曲應(yīng)力的構(gòu)件；船中部船中部0.4L0.5L0.4L0.5L區(qū)域內(nèi)的縱向連續(xù)構(gòu)件。區(qū)域內(nèi)的縱向連續(xù)構(gòu)件。 如：甲板板、外板、內(nèi)底板、內(nèi)龍骨、縱桁等如：甲板板、外板、內(nèi)底板、內(nèi)龍骨、縱桁等2 2）中部區(qū)域只占部分船長的非連續(xù)構(gòu)件，凡連續(xù)）中部區(qū)域只占部分船長的非連續(xù)構(gòu)件，凡連續(xù)長度不小于船體計(jì)算剖面本身高度的長度不小于船體計(jì)算剖面本身高度的3 3倍的縱向倍的縱向構(gòu)件可計(jì)入。構(gòu)件可計(jì)入。但機(jī)座縱桁不可計(jì)入但機(jī)座縱桁不可計(jì)入3 3）強(qiáng)度計(jì)算中規(guī)定，凡甲板開口寬度超過甲板寬）強(qiáng)度計(jì)算中規(guī)定，凡甲板開口寬度超過甲板寬度的度的20%20%均應(yīng)扣除均應(yīng)扣除 在計(jì)算船體剖面模數(shù)時(shí)，由于船體結(jié)構(gòu)

10、對稱在計(jì)算船體剖面模數(shù)時(shí)，由于船體結(jié)構(gòu)對稱于中縱剖面，一般只需于中縱剖面，一般只需對半個(gè)剖面對半個(gè)剖面進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。 具體步驟如下：具體步驟如下：五、總縱彎曲應(yīng)力的第一次計(jì)算五、總縱彎曲應(yīng)力的第一次計(jì)算畫畫半半剖剖面面圖圖強(qiáng)強(qiáng)力力構(gòu)構(gòu)件件編編號(hào)號(hào)選選取取參參考考軸軸按按表表計(jì)計(jì)算算船體剖面幾何要素計(jì)算表船體剖面幾何要素計(jì)算表12345678構(gòu)件編號(hào)構(gòu)件名稱構(gòu)件尺寸構(gòu)件剖面積距參考軸距離靜力矩對參考軸慣性矩自身慣性矩mmcm2m123求和ABCiiiiiZIMAeCIIABeeCCBBAA為即可得構(gòu)件的彎曲應(yīng)力為船體對中和軸的慣性矩軸的距離為則剖面中和軸距離參考22,專題三專題三 船體總縱

11、彎曲應(yīng)力的逐步近船體總縱彎曲應(yīng)力的逐步近似計(jì)算似計(jì)算船體構(gòu)件在總縱彎曲船體構(gòu)件在總縱彎曲壓應(yīng)力作用下可能喪失其壓應(yīng)力作用下可能喪失其穩(wěn)定性。為了對失穩(wěn)構(gòu)件穩(wěn)定性。為了對失穩(wěn)構(gòu)件進(jìn)行折減，必須確定船體進(jìn)行折減，必須確定船體外板、甲板板、內(nèi)底板和外板、甲板板、內(nèi)底板和作為龍骨、縱桁及其它縱作為龍骨、縱桁及其它縱向構(gòu)件的腹板、翼板的所向構(gòu)件的腹板、翼板的所有板、縱向骨材以及板架有板、縱向骨材以及板架的臨界應(yīng)力的臨界應(yīng)力船體板折減系數(shù)的計(jì)算 1、剖面折減的概念 當(dāng)船體總縱彎曲時(shí)，縱向骨架梁在計(jì)算載當(dāng)船體總縱彎曲時(shí)，縱向骨架梁在計(jì)算載荷下是不允許喪失穩(wěn)定性的，因此在船體荷下是不允許喪失穩(wěn)定性的，因此在船

12、體構(gòu)件中只有板是喪失穩(wěn)定性的。構(gòu)件中只有板是喪失穩(wěn)定性的。 第一次近似計(jì)算求出總縱彎曲應(yīng)力之后，第一次近似計(jì)算求出總縱彎曲應(yīng)力之后，若所得壓應(yīng)力大于相應(yīng)構(gòu)件的臨界應(yīng)力，若所得壓應(yīng)力大于相應(yīng)構(gòu)件的臨界應(yīng)力，表明構(gòu)件失穩(wěn)。構(gòu)件失穩(wěn)后構(gòu)件上作用的表明構(gòu)件失穩(wěn)。構(gòu)件失穩(wěn)后構(gòu)件上作用的應(yīng)力發(fā)生了變化。應(yīng)力發(fā)生了變化。剖面折減系數(shù)的計(jì)算剖面折減系數(shù)的計(jì)算 在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，最有可能喪失穩(wěn)定性的部在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，最有可能喪失穩(wěn)定性的部位是甲板和內(nèi)、外底板，因此只考慮甲板位是甲板和內(nèi)、外底板，因此只考慮甲板和內(nèi)、外底板剖面的計(jì)算問題。和內(nèi)、外底板剖面的計(jì)算問題。甲板甲板 ：內(nèi)、外底板內(nèi)、外底板： 2 :相應(yīng)構(gòu)件的板

13、架彎曲應(yīng)力，并應(yīng)考慮其正負(fù)符號(hào)相應(yīng)構(gòu)件的板架彎曲應(yīng)力，并應(yīng)考慮其正負(fù)符號(hào)(拉伸為正，壓縮為負(fù)拉伸為正，壓縮為負(fù))。第二次近似計(jì)算第二次近似計(jì)算 需要對柔性構(gòu)件進(jìn)行面積折減需要對柔性構(gòu)件進(jìn)行面積折減故第二次近似計(jì)算時(shí)的剖面積，靜矩，慣性矩分別為故第二次近似計(jì)算時(shí)的剖面積，靜矩，慣性矩分別為A1 = A + AB 1 = B + B C 1 = C + C專題五專題五 極限彎矩計(jì)算極限彎矩計(jì)算專題四專題四 總合應(yīng)力及強(qiáng)度校核總合應(yīng)力及強(qiáng)度校核一、極限彎矩與船體過載能力的概念一、極限彎矩與船體過載能力的概念(1)極限彎矩極限彎矩 極限彎矩是指船體橫剖面內(nèi)剛性構(gòu)件中，離開中和軸最遠(yuǎn)極限彎矩是指船體橫剖

14、面內(nèi)剛性構(gòu)件中，離開中和軸最遠(yuǎn)點(diǎn)處的拉應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限或壓應(yīng)力達(dá)到構(gòu)件臨界應(yīng)點(diǎn)處的拉應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限或壓應(yīng)力達(dá)到構(gòu)件臨界應(yīng)力時(shí)，船體剖面上所對應(yīng)的總彎矩。力時(shí)，船體剖面上所對應(yīng)的總彎矩。 Mj=j W j(2)過載能力過載能力 = Mj/M 0最小最小 值，一般情況下值，一般情況下 0 2。滿足許用應(yīng)力要求時(shí)，不一定能滿足過載系數(shù)要求；而滿足滿足許用應(yīng)力要求時(shí)，不一定能滿足過載系數(shù)要求；而滿足了了 0 要求時(shí)，許用應(yīng)力的要求一般必能滿足。所以過載系要求時(shí)，許用應(yīng)力的要求一般必能滿足。所以過載系數(shù)的要求也是重要的檢驗(yàn)船體總強(qiáng)度指標(biāo)。數(shù)的要求也是重要的檢驗(yàn)船體總強(qiáng)度指標(biāo)。二、極限彎矩的計(jì)算及其校核二、極限彎矩的計(jì)算及其校核通常是在總縱彎曲第一次近似計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行極限彎通常是在總縱彎曲第一次近似計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行極限彎矩矩 Mj的計(jì)算。的計(jì)算。 若若 算算 出出 的的 極極 限限 剖面剖面 模數(shù)與原剖面模數(shù)相比，其相模數(shù)與原剖面模數(shù)相比，其相對誤差不小于對誤差不小于 10，需要再進(jìn)行一次近似計(jì)算，直到前，需要再進(jìn)行一次近似計(jì)算，直到前后兩次計(jì)算值的相對誤差小于后兩次計(jì)算值的相對誤差小于 10為止。同時(shí)，最終之為止。同時(shí)，最終之不得小