船體靜波浪剪力和彎矩的計(jì)算

1、項(xiàng)目二項(xiàng)目二 船體強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)船體強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí) 【3】2-4 船體靜波浪剪力和彎矩的計(jì)算船體靜波浪剪力和彎矩的計(jì)算教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo):1、掌握傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法；、掌握傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法；、了解坦谷波的繪制、了解坦谷波的繪制、掌握靜波浪剪力和彎矩表格計(jì)算方法、掌握靜波浪剪力和彎矩表格計(jì)算方法 四、四、 靜波浪剪力和彎矩計(jì)算靜波浪剪力和彎矩計(jì)算船舶由靜水狀態(tài)進(jìn)入到波浪狀態(tài)中時(shí)，浮力分船舶由靜水狀態(tài)進(jìn)入到波浪狀態(tài)中時(shí)，浮力分布將改變。浮力分布的變化引起附加波浪剪力布將改變。浮力分布的變化引起附加波浪剪力與彎矩。與彎矩。（一）傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法（一）傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法 分析分析：1.對(duì)于給定船

2、型的靜波浪彎矩，其大小主要取決于對(duì)于給定船型的靜波浪彎矩，其大小主要取決于波浪要素以及波浪與船舶的相對(duì)位置。波浪要素以及波浪與船舶的相對(duì)位置。2. 波浪要素波浪要素：波形、波長(zhǎng)以及波高。：波形、波長(zhǎng)以及波高。3. 坦谷波：波形特征坦谷波：波形特征-波峰陡峭，波谷平坦，波浪軸波峰陡峭，波谷平坦，波浪軸線上下的剖面積不相等。線上下的剖面積不相等。2、船與波浪的相對(duì)位置、船與波浪的相對(duì)位置 波浪是隨機(jī)的，波浪是隨機(jī)的，波浪要素波浪要素及船舶在波浪上的及船舶在波浪上的危危險(xiǎn)位置險(xiǎn)位置的選擇，主要考慮的選擇，主要考慮可能引起較大的靜波浪彎可能引起較大的靜波浪彎矩矩。* 1）相對(duì)位置對(duì)彎矩的影響：）相對(duì)位

3、置對(duì)彎矩的影響：A：波峰、波谷位于船中：船中剖面會(huì)產(chǎn)生最大的：波峰、波谷位于船中：船中剖面會(huì)產(chǎn)生最大的波浪彎矩。波浪彎矩。* 其它剖面中的最大彎矩并不發(fā)生在波其它剖面中的最大彎矩并不發(fā)生在波峰或波谷在船中時(shí)；峰或波谷在船中時(shí)；B：波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于船長(zhǎng)：船長(zhǎng)范圍內(nèi)有幾個(gè)波峰和波谷，波高較：波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于船長(zhǎng)：船長(zhǎng)范圍內(nèi)有幾個(gè)波峰和波谷，波高較小，浮力分布未產(chǎn)生明顯的變化；小，浮力分布未產(chǎn)生明顯的變化；C：波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于船長(zhǎng)：波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于船長(zhǎng)： 也不會(huì)引起過大的波浪彎矩；也不會(huì)引起過大的波浪彎矩；D：波長(zhǎng)稍大開船長(zhǎng)：得到最大的波浪彎矩：波長(zhǎng)稍大開船長(zhǎng)：得到最大的波浪彎矩-但此時(shí)的彎矩與但此時(shí)的彎矩與波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)時(shí)

4、的彎矩相差不大【實(shí)際計(jì)算時(shí)波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)時(shí)的彎矩相差不大【實(shí)際計(jì)算時(shí)取波長(zhǎng)等于船取波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)長(zhǎng)，并且按波峰在船中或波谷在船中兩種典型狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并且按波峰在船中或波谷在船中兩種典型狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算】* 3、傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)算法的假定：、傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)算法的假定：）將船舶）將船舶靜置于波浪上靜置于波浪上：相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)：相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)即：假設(shè)波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)，船舶以波速在即：假設(shè)波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)，船舶以波速在波浪的傳播方向上航行。波浪的傳播方向上航行。）以二維坦谷波作為標(biāo)準(zhǔn)波形以二維坦谷波作為標(biāo)準(zhǔn)波形，計(jì)算波長(zhǎng)，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)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??；（內(nèi)河船舶斜置于一

5、個(gè)波長(zhǎng)上）選?。唬▋?nèi)河船舶斜置于一個(gè)波長(zhǎng)上）取波峰位于船中及波谷位于船中）取波峰位于船中及波谷位于船中兩種計(jì)兩種計(jì)算狀態(tài)算狀態(tài)分別進(jìn)行計(jì)算。分別進(jìn)行計(jì)算。（二）坦谷波的繪制方法：（二）坦谷波的繪制方法：坦谷波為：車輪滾動(dòng)時(shí)，輪盤內(nèi)任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。坦谷波為：車輪滾動(dòng)時(shí)，輪盤內(nèi)任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。 1. 按坦谷波面方程原理按坦谷波面方程原理其公式如下：【推導(dǎo)其公式如下：【推導(dǎo)】 cossin2ryrxV2. 坦谷波曲線的計(jì)算表坦谷波曲線的計(jì)算表 1-3 【p24】按波長(zhǎng)按波長(zhǎng)/波高波高 比的不同；比的不同；求各站的求各站的y/值，制成表格。值，制成表格。（三）靜波浪剪力及彎矩計(jì)算（三）靜波浪剪力及

6、彎矩計(jì)算 1、船舶在波浪中浮態(tài)的軸線、船舶在波浪中浮態(tài)的軸線【假設(shè)【假設(shè)以靜水線作為坦谷波的軸線，發(fā)現(xiàn)不能平衡以靜水線作為坦谷波的軸線，發(fā)現(xiàn)不能平衡】根據(jù)坦谷波的特點(diǎn)，坦谷波在波軸線以上的剖面積根據(jù)坦谷波的特點(diǎn)，坦谷波在波軸線以上的剖面積比在軸線以下的剖面積小。比在軸線以下的剖面積小。1）船中位于波谷時(shí)：）船中位于波谷時(shí)：中部較兩端豐滿，船舶在此位置時(shí)的浮力要比在靜中部較兩端豐滿，船舶在此位置時(shí)的浮力要比在靜水中減少許多，因而不能處于平衡，水中減少許多，因而不能處于平衡，船舶將下沉船舶將下沉值值2）船中位于波峰時(shí)：相反，一般船舶要）船中位于波峰時(shí)：相反，一般船舶要上浮上浮一些。一些。3）同時(shí)，

7、船體首尾線型不對(duì)稱使船舶發(fā)生）同時(shí)，船體首尾線型不對(duì)稱使船舶發(fā)生縱傾變化縱傾變化。2、波浪上平衡位置的確定、波浪上平衡位置的確定* * * * 結(jié)論：求船舶在波浪上的平衡位置，實(shí)際上可歸結(jié)為結(jié)論：求船舶在波浪上的平衡位置，實(shí)際上可歸結(jié)為求平衡時(shí)波浪軸線的位置求平衡時(shí)波浪軸線的位置 和和假定：船舶靜置在波浪上，尾垂線較靜水時(shí)下沉假定：船舶靜置在波浪上，尾垂線較靜水時(shí)下沉可西可西（下沉為正），縱傾角變化為（下沉為正），縱傾角變化為普西普西（首下沉為正），則（首下沉為正），則在距尾垂線在距尾垂線x處剖面下沉或上浮的距離：處剖面下沉或上浮的距離： xx003、利用平衡條件，即排水量和浮心位置與靜水中相

8、等的條件，、利用平衡條件，即排水量和浮心位置與靜水中相等的條件， 則則b必須滿足以下條件必須滿足以下條件： 0000dxxbxdxxbLL* 確定平衡的方法：確定平衡的方法：1.直接法直接法和和逐步近似法逐步近似法【不介紹【不介紹】2. 直接法（直接法（麥卡爾法）：麥卡爾法）：利用邦戎曲線來(lái)調(diào)整船舶在波浪上利用邦戎曲線來(lái)調(diào)整船舶在波浪上的平衡位置。的平衡位置。 直壁式無(wú)橫傾假設(shè)直壁式無(wú)橫傾假設(shè)：船舶在水線附近為壁式，同時(shí)無(wú)橫傾：船舶在水線附近為壁式，同時(shí)無(wú)橫傾發(fā)生。該方法僅適用于大型運(yùn)輸船舶。發(fā)生。該方法僅適用于大型運(yùn)輸船舶?！倦娝銜r(shí)可以無(wú)此假電算時(shí)可以無(wú)此假定定】利用直壁式假設(shè)利用直壁式假設(shè)

9、，實(shí)際波面下的浸水面積的計(jì)算為：，實(shí)際波面下的浸水面積的計(jì)算為：iABAiABAiACxFFFFFFFFFiiIiiiii0利用平衡條件，即排水量和浮心位置與靜水中相等的條件利用表格計(jì)算出上述五個(gè)積分系數(shù)后，可由上式解出和值，于是就得到了船舶靜置于波浪上的實(shí)際平衡位置。 特別提示：在進(jìn)行上述表格計(jì)算時(shí)注意各符號(hào)代表的意義，如有可能請(qǐng)自己推導(dǎo)出來(lái)。 bxcxcxVxdxxFVdxxF00276035022020LxVbLVbbb 對(duì)于船長(zhǎng)大于波長(zhǎng)的對(duì)于船長(zhǎng)大于波長(zhǎng)的內(nèi)河船內(nèi)河船，需要用將船舶斜置于波浪上的，需要用將船舶斜置于波浪上的方法進(jìn)行靜波浪彎矩計(jì)算，斜置的目的在于使船體受力最不利。方法進(jìn)行

10、靜波浪彎矩計(jì)算，斜置的目的在于使船體受力最不利。斜置的影響：斜置的影響：在各個(gè)在各個(gè)非船中剖面非船中剖面，浮力沿船寬的分布不是均勻的了，而，浮力沿船寬的分布不是均勻的了，而是按坦谷曲線。因此船舶除受到總縱彎曲力矩的作用外，還是按坦谷曲線。因此船舶除受到總縱彎曲力矩的作用外，還將受到扭轉(zhuǎn)力距的作用。將受到扭轉(zhuǎn)力距的作用。（四）船舶斜置在波浪上的靜波浪彎矩計(jì)算（四）船舶斜置在波浪上的靜波浪彎矩計(jì)算（五）（五）波浪浮力修正波浪浮力修正(或稱或稱史密斯修正史密斯修正)1.考慮了波浪的慣性力；考慮了波浪的慣性力；2.修正之后修正之后浮力曲線將會(huì)變得更平坦浮力曲線將會(huì)變得更平坦（不論波峰或波谷），（不論波峰或波谷），因而靜波浪彎矩與剪力也將變小。因而靜波浪彎矩與剪力也將變小。3. 修正后反而偏危險(xiǎn)！修正后反而偏危險(xiǎn)！4.結(jié)果表明：結(jié)果表明：一般船舶在滿載吃水時(shí)，靜波浪彎矩可減少一般船舶在滿載吃水時(shí)，靜波浪彎矩可減少左右，而總縱彎矩大約減少左右，而總縱彎矩大約減少 如圖如圖1-28 29六、總縱彎矩六、總縱彎矩1. 船舶在同一計(jì)算狀態(tài)下，船舶在同一計(jì)算狀態(tài)下，靜水彎矩和靜波浪彎矩靜水彎矩和靜波浪彎矩的代數(shù)的代數(shù)和，稱為總縱彎矩，即和，稱為總縱彎矩，即)()()(xMxMxMws2. 其他其他各個(gè)剖面的最大彎矩的確定：各個(gè)剖面的最大彎矩的確定： 其他剖面處的其他剖面處的Mma