船體局部強(qiáng)度計(jì)算

船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

天津大學(xué)建筑工程學(xué)院船舶工程系

第三章船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度計(jì)算局部強(qiáng)度：指局部結(jié)構(gòu)抵抗局部載荷而不破壞的能力。局部載荷：倉室貨物、甲板上浪、設(shè)備重量及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)載荷，舷外水壓力等。局部結(jié)構(gòu)：甲板板架、船底板架、肋骨框架、倉壁結(jié)構(gòu)、板格、縱骨、橫梁等。本章介紹船舶局部強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)內(nèi)容:(1))建立模型;(2)載荷計(jì)算;(3)簡(jiǎn)化計(jì)算方法;(4)有限單元法問題。3.1局部強(qiáng)度計(jì)算的力學(xué)模型力學(xué)模型：反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力特點(diǎn)和變形特征而又便于計(jì)算的簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，稱為力學(xué)模型或計(jì)算模型。3.1.1建立力學(xué)模型的原則

（1）計(jì)算方法手工計(jì)算：則模型應(yīng)該簡(jiǎn)化較大；計(jì)算機(jī)求解：則可取復(fù)雜的計(jì)算模型（2）結(jié)構(gòu)的重要性破壞后果嚴(yán)重的船舶，直接或間接損失大的船舶，則應(yīng)考慮較復(fù)雜的計(jì)算模型；（3）設(shè)計(jì)階段方案設(shè)計(jì)階段：技術(shù)資料不全，則模型可取簡(jiǎn)單；在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該取復(fù)雜的計(jì)算模型，盡量反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際。3.1.2力學(xué)模型尺寸的確定1、板架模型尺寸：縱向取橫倉壁之間的距離，寬度方向取兩舷肋骨中和軸

與橫向構(gòu)件中和軸的交點(diǎn)。

圖、橫向框架確定2、肋骨框架尺寸模型尺寸的起始位置：取肋板中和軸與肋骨中和軸的交點(diǎn)，甲板取肋骨中和軸與橫梁中和軸的交點(diǎn)。3.1.3結(jié)構(gòu)邊界約束條件

1、常見支座形式的表示方法（1）自由支持支座：（2）剛性固定：（3）彈性支座：（4）彈性固定支座：（5）滑動(dòng)支座：2、局部結(jié)構(gòu)支座的確定（1）縱骨邊界條件圖、船底縱骨強(qiáng)度計(jì)算模型邊界條件：?jiǎn)慰缈v骨兩端剛性固定。甲板縱骨穩(wěn)定性計(jì)算邊界約束：圖、甲板縱骨變形及約束條件邊界條件:穩(wěn)定性分析時(shí)兩端自由支持。

（2）舷側(cè)肋骨上下約束條件圖、舷側(cè)肋骨變形及約束條件

兩端簡(jiǎn)支梁,端部2施加單位力矩時(shí),引起的端部2轉(zhuǎn)角為:抗轉(zhuǎn)剛度為無甲板載荷，無載荷跨簡(jiǎn)化為受載荷結(jié)構(gòu)的約束。甲板橫梁給肋骨提供彈性抗轉(zhuǎn)約束,抗轉(zhuǎn)剛度系數(shù)為抗轉(zhuǎn)剛度為：（3）多跨梁：無載荷跨轉(zhuǎn)化為受載跨的約束

單位長度的慣性矩,稱為線剛度。線剛度圖、多跨梁簡(jiǎn)化圖（4）板架邊界條件多跨梁：無載荷跨轉(zhuǎn)化為受載跨的約束1）倉壁處：一般為剛性固定

2）舷側(cè)：自由支持（5）板架構(gòu)件之間的相互支持關(guān)系：交叉構(gòu)件與主向梁，I，i假定交叉構(gòu)件（長構(gòu)件）支持主向梁，單位面積載荷為q。k點(diǎn)的位移為RRkk交叉構(gòu)件lL主向梁短梁中點(diǎn)k:

短梁支持載荷長梁中點(diǎn)k：長梁支持載荷：則支反力R為：長梁支持短梁短梁支持長梁當(dāng)長梁支持短梁的最大支持力：因?yàn)橹С株P(guān)系由決定，調(diào)整比值，可以改變支持關(guān)系。相互支持條件為

交叉構(gòu)件的計(jì)算模型為：3.1.4結(jié)構(gòu)模型化的處理（1）利用對(duì)稱性（2）等效剛度的利用3.1.5載荷模型

1、載荷的確定原則（1）確定載荷的大小及性質(zhì)：動(dòng)力、靜力、常規(guī)、偶然作用（2）載荷作用在哪些構(gòu)件上（3）載荷的組合橫梁縱桁

2、不同結(jié)構(gòu)部位的載荷：（1）甲板載荷：甲板貨物、甲板上浪（2）倉內(nèi)載荷：載貨和船底水壓力組合（3）舷側(cè)水壓力：吃水加上半波高d-吃水，hB-波高。3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何抗彎特性計(jì)算：帶板寬度帶板帶板CCS關(guān)于帶板面積規(guī)定：縱骨：l：構(gòu)件跨度，b:縱骨間距；肋板：構(gòu)件跨度，b為肋距。3.3.2甲板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

載荷確定：規(guī)范中規(guī)定的計(jì)算壓頭縱桁帶板寬度：

p設(shè)計(jì)載荷，不小于8.5kPa甲板構(gòu)件計(jì)算。對(duì)于露天甲板，橫梁剖面模數(shù)W按照下式計(jì)算B船舶型寬；s橫梁間距；h計(jì)算壓頭；l橫梁跨度

。1、具有艙口的甲板板架強(qiáng)度計(jì)算橫倉壁艙口縱桁力學(xué)模型艙口端梁力學(xué)模型：1）縱桁處剛性固定：載荷對(duì)稱，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，轉(zhuǎn)角為零；2）舷側(cè)位移為零，轉(zhuǎn)角不為零。3）承受載荷為來自縱桁的反力R。艙口縱桁力學(xué)模型：1）橫艙壁處剛性固定2）艙口強(qiáng)橫梁自由支持縱桁3）承受均布載荷圖、倉口甲板結(jié)構(gòu)倉口區(qū)強(qiáng)橫梁艙口短縱桁倉口縱桁艙口縱桁載荷：縱桁支撐寬度：（中縱剖面有半艙壁時(shí)）艙口區(qū)強(qiáng)橫梁計(jì)算模型：強(qiáng)橫梁剖面，肋骨也為強(qiáng)肋骨，互相約束轉(zhuǎn)角。故強(qiáng)橫梁舷側(cè)為彈性固定約束，縱桁對(duì)其提供自由自持。圖、強(qiáng)橫梁計(jì)算模型3.4結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元計(jì)算3.4.1計(jì)算原理3.4.2有限元計(jì)算奇異性處理剛度矩陣的奇異性：指有限元計(jì)算時(shí)，由于單元的處理不當(dāng)或者邊界約束處理不合理，使結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣行列式的值為零，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移趨于無限大,引起計(jì)算失敗。1、外部奇異性處理：排除剛體位移圖、矩形框接結(jié)構(gòu)奇異性的解決方案問題施加外部約束施加內(nèi)部約束圖、共面節(jié)點(diǎn)2、內(nèi)部奇異性處理：局部奇異性處理共面節(jié)點(diǎn)：當(dāng)數(shù)個(gè)桿件在平面內(nèi)一點(diǎn)相交時(shí)，稱為共面節(jié)點(diǎn)。共面節(jié)點(diǎn)法向如果沒有剛度貢獻(xiàn)，則引起剛度矩陣的奇異性。A為共面節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)法向沒有剛度貢獻(xiàn)3.5實(shí)際工程算例以沿海多用途甲板駁船為例介紹。1、甲板板架強(qiáng)度計(jì)算（1）計(jì)算方案甲板載荷：5噸/每平方米甲板駁船圖、結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系（2）計(jì)算步驟

1）結(jié)構(gòu)離散及載荷處理圖、甲板板架計(jì)算模型及結(jié)