船體靜波浪剪力和彎矩的計算

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 【3】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教學目標教學目標:1、掌握傳統(tǒng)的標準計算方法；、掌握傳統(tǒng)的標準計算方法；、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算方法、掌握靜波浪剪力和彎矩表格計算方法 四、四、 靜波浪剪力和彎矩計算靜波浪剪力和彎矩計算船舶由靜水狀態(tài)進入到波浪狀態(tài)中時，浮力分船舶由靜水狀態(tài)進入到波浪狀態(tài)中時，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)的標準計算方法（一）傳統(tǒng)的標準計算方法 分析分析：l對于給定船型

2、的靜波浪彎矩，其大小主要取決于對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位置。波浪要素以及波浪與船舶的相對位置。2. 波浪要素波浪要素：波形、波長以及波高。：波形、波長以及波高。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、船與波浪的相對位置、船與波浪的相對位置 波浪是隨機的，波浪是隨機的，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位置險位置的選擇，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）相對位置對彎矩的影響：）相對位置

3、對彎矩的影響：A：波峰、波谷位于船中：船中剖面會產生最大的：波峰、波谷位于船中：船中剖面會產生最大的波浪彎矩。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；峰或波谷在船中時；B：波長遠小于船長：船長范圍內有幾個波峰和波谷，波高較：波長遠小于船長：船長范圍內有幾個波峰和波谷，波高較小，浮力分布未產生明顯的變化；小，浮力分布未產生明顯的變化；C：波長遠大于船長：波長遠大于船長： 也不會引起過大的波浪彎矩；也不會引起過大的波浪彎矩；D：波長稍大開船長：得到最大的波浪彎矩：波長稍大開船長：得到最大的波浪彎矩-但此時的彎矩與但此時的彎矩與波長等于船長時的

4、彎矩相差不大【實際計算時波長等于船長時的彎矩相差不大【實際計算時取波長等于船取波長等于船長長，并且按波峰在船中或波谷在船中兩種典型狀態(tài)進行計算】，并且按波峰在船中或波谷在船中兩種典型狀態(tài)進行計算】* 3、傳統(tǒng)的標準算法的假定：、傳統(tǒng)的標準算法的假定：）將船舶）將船舶靜置于波浪上靜置于波浪上：相對靜止狀態(tài)：相對靜止狀態(tài)即：假設波長等于船長，船舶以波速在即：假設波長等于船長，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準波形以二維坦谷波作為標準波形，計算波長，計算波長等于船長，計算波高按有關規(guī)范或強度標準等于船長，計算波高按有關規(guī)范或強度標準選?。唬▋群哟靶敝糜谝?/p>

5、個波長上）選??；（內河船舶斜置于一個波長上）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兩種計算狀態(tài)算狀態(tài)分別進行計算。分別進行計算。（二）坦谷波的繪制方法：（二）坦谷波的繪制方法：坦谷波為：車輪滾動時，輪盤內任一點的運動軌跡。坦谷波為：車輪滾動時，輪盤內任一點的運動軌跡。 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】其公式如下：【推導】 cossin2ryrxV2. 坦谷波曲線的計算表坦谷波曲線的計算表 1-3 【p24】按波長按波長/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算（三）靜波浪剪力

6、及彎矩計算 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【假設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，坦谷波在波軸線以上的剖面積根據(jù)坦谷波的特點，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：）船中位于波谷時：中部較兩端豐滿，船舶在此位置時的浮力要比在靜中部較兩端豐滿，船舶在此位置時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：相反，一般船舶要）船中位于波峰時：相反，一般船舶要上浮上浮一些。一些。3）同

7、時，船體首尾線型不對稱使船舶發(fā)生）同時，船體首尾線型不對稱使船舶發(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* * * * 結論：求船舶在波浪上的平衡位置，實際上可歸結為結論：求船舶在波浪上的平衡位置，實際上可歸結為求平衡時波浪軸線的位置求平衡時波浪軸線的位置 和和假定：船舶靜置在波浪上，尾垂線較靜水時下沉假定：船舶靜置在波浪上，尾垂線較靜水時下沉可西可西（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

8、中相等的條件，、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： 直接法直接法和和逐步近似法逐步近似法【不介紹】【不介紹】 直接法（直接法（麥卡爾法）：麥卡爾法）：利用邦戎曲線來調整船舶在波浪上利用邦戎曲線來調整船舶在波浪上的平衡位置。的平衡位置。 直壁式無橫傾假設直壁式無橫傾假設：船舶在水線附近為壁式，同時無橫傾：船舶在水線附近為壁式，同時無橫傾發(fā)生。該方法僅適用于大型運輸船舶?！景l(fā)生。該方法僅適用于大型運輸船舶?！倦娝銜r可以無此假電算時可以無此假定定】利用直壁式假設利用直壁式假

9、設，實際波面下的浸水面積的計算為：，實際波面下的浸水面積的計算為：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算出上述五個積分系數(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際平衡位置。 特別提示：在進行上述表格計算時注意各符號代表的意義，如有可能請自己推導出來。 bxcxcxVxdxxFVdxxF00276035022020LxVbLVbbb 對于船長大于波長的對于船長大于波長的內河船內河船，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行靜波浪彎矩計算，斜置的目的在于使船體受力最不利。方法進

10、行靜波浪彎矩計算，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：在各個在各個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，還將受到扭轉力距的作用。將受到扭轉力距的作用。（四）船舶斜置在波浪上的靜波浪彎矩計算（四）船舶斜置在波浪上的靜波浪彎矩計算（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) 考慮了波浪的慣性力；考慮了波浪的慣性力； 修正之后修正之后浮力曲線將會變得更平坦浮力曲線將會變得更平坦（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。 修正后反而偏危險！修正后反而偏危險！ 結果表明：結果表明：一般船舶在滿載吃水時，靜波浪彎矩可減少一般船舶在滿載吃水時，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. 船舶在同一計算狀態(tài)下，船舶在同一計算狀態(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. 其他其他各個剖面的最大彎矩的確定：各個剖面的最大彎矩的確定： 其他剖面處的其他剖面處的Mmax