船体强与结构设计复习材料行业资料船工业技术高等教育工学.pdf

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1、船体强度与结构设计复习材料 绪论 1.船体强度：是研究船体结构安全性的科学。2.结构设计的基本任务：选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构建的尺寸和连接方式，在保 证具有充足的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。3.全船设计过程：分为初步设计、详细设计、生产设计三个阶段。4.结构设计应考虑的方面：安全性；营运适合性；船舶的整体配合性；耐久性；工艺 性；经济性。5极限状态：是指在一个或几个载荷的作用下，一个结构或一个构件已失去了它应起的各种 作用中任何一种作用的状态。第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算 I.船体梁：在船体总纵强度计算屮，通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁。2

2、总纵弯曲：船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲。3.总纵强度：船体梁抵抗总纵弯曲的能力。4.引起船体梁总纵弯曲的主要外力：重力与浮力。5.船体梁所受到的剪力和弯矩的计算步骤:计算重量分布曲线平p(x)；计算静水浮力曲线bs(x)；计算静水载荷曲线qs(x)=p(x)-bs(x)；计算静水剪力及弯矩：对积分、二重积分；计算静波浪剪力及弯矩：计算总纵剪力及弯矩：+。6.重量的分类：按变动情况来分：不变重量(空船重量)、变动重量(装载重量)；按分布情况来分：总体性重量(沿船体梁全场分布)、局部性重量(沿船长某一区段分布)7.静力等效原则：保持重量的大小不变；保持重心的纵向坐标不变；近似分布

3、曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。8.浮力曲线：船舶在某一装载情况下，描述浮力沿船长分布状况的曲线。9.载荷曲线：在某一计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。10.载荷、剪力和弯矩之间的关系:零载荷点与剪力的极值相对应、零剪力点与弯矩的极值相对应；载荷在船中前后大致相等，故剪力曲线大致是反对成的，零点靠近船中，在首尾端约船长 的1/4处具有最大正、负值；两端的剪力为零，弯矩曲线在两端的斜率为零(与坐标轴相切)。II.计算状态：指在总纵强度计算屮为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态，一般包括满载、压 载、空载等和按装载方案可能出现的最为不利以及其它正常营

4、运时可能出现的更为不利的装载状态。12.挠度及货物分布对静水弯矩的影响:挠度：船体挠度对静水弯矩的影响是有利的；货物：自首至尾（或自尾至首）的连续装卸顺序，将满、空舱分散且间隔安排。13.静波浪弯矩的影响因素：船型、波浪要素（波形、波长、波高）以及船舶与波浪的相对 14.坦谷波的特点：波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴线上、下的剖面积不相等。轴线以下面积 比以上面积大（波谷面积大于波峰面积）。15.静波浪剪力和弯矩的传统标准计算方法（静置法）:将船舶静置于波浪上，即假想船舶以波速在波浪的传播方向上航行，船舶与波浪处于相对 静止状态；以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长，计算波高按有关规范或强度标

5、准选取；取波峰位于船中两种状态分别进行计算。16.确定船舶在波浪上平衡位置的方法:逐步近似法、直接发（麦卡尔法）。17.波浪浮力修正（史密斯修正）：计及波浪水质点运动所产生的惯性力的影响，即考虑波浪 动水压力影响对浮力曲线所作的修正。18.总纵弯矩：船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩的代数和。第二章船体总纵强度计算 1.船体剖面模数（W=l/Z）：表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船体 总纵强度的一个重要标志。2.计算剖面（危险剖面）：可能出现最大弯曲应力的剖面。3.纵向强力构件：纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件。4间断构件：长度较短的纵向构件。其参与总纵弯曲

6、的有效性取决于其长度及与船体的连接情况。5.船体总纵强度计算中必须考虑的两个主要问题:反映船体结构的工作特征（结构的稳定 性和构件的多重作用）。6.纵向强力构件分类：第一类构件：只承受总纵弯曲;（不计甲板横荷重的上甲板）第二类构件：同时承受总纵弯曲和板架弯曲;（船底纵桁、内底板）第三类构件：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲/板的弯曲；（纵骨架式中的船底纵 骨、横骨架式中的船底板）第四类构件：同时承受总纵弯曲、板架弯曲、纵骨弯曲、板的弯曲；（纵骨架式中的船底 板）7.许用应力：在结构设计预计的各种工况下，船体结构构件所容许承受的最大应力值。（许 用应力通常小于构件材料破坏时的极限应力值或结构

7、发生危险状态时材料所对应的极限应 力值，以保证其强度有足够的储备，许用应力值随船长而增加）8.安全系数（K）:考虑强度计算中的许多不确定性，为保证设计结构必要的安全度而引入的 料和结构型式决定全部构建的尺寸和连接方式在保证具有充足的强度和安全性等要求下使结构具有最佳的技术经济性能全船设计过程分为初步设计详细设计生产设计三个阶段结构设计应考虑的方面安全性营运适合性船舶的整体配合中任何一种作用的状态第一章起船体梁总纵弯曲的外力计算船体梁在船体总纵强度计算屮通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁总纵弯曲船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度船体梁抵抗总纵弯曲的能力力曲线计算静水载荷曲

8、线计算静水剪力及弯矩对积分二重积分计算静波浪剪力及弯矩计算总纵剪力及弯矩重量的分类按变动情况来分不变重量空船重量变动重量装载重量按分布情况来分总体性重量沿船体梁全场分布局部性重量沿船强度储备。9.船体总纵弯曲的总挠度:弯曲挠度与剪切挠度之和，船体的总挠度与船长之比应小于 1/4001/500。10.船体极限弯矩：在船体剖面内离中和轴最远点的刚性构件中引起的应力达到结构材料屈服极限（受拉）或构件的临界应力（受压）的总纵弯曲力矩。第三章船体结构局部强度计算 1.局部强度：船体在外力作用下除发生总纵弯曲变形外，各种局部结构，如船底、甲板、船侧和舱 壁板架以及横向肋骨框架也会因局部在和作用而发生变形、

9、失稳或破坏。2.影响计算模型的主要因素:结构的重要性：对重要结构应采用比较精确的计算模型;设计阶段：在初步设计阶段可用较粗糙的模型,在详细设计阶段则需要较精确的计算模型；计算问题的性质：对于结构静力分析,一般可用较复杂的计算模型，对于结构动力和稳定 性分析，由于问题比较复杂，可用简单的计算模型。3.三种支座情况：自由支持在刚性支座上；刚性固定；弹性支座和弹性固定。（简化成何种支座，视相邻构件与计算构件间的相对刚度及受力后变形特点而定）4.带板（附连翼板）:为估算骨架的承载能力，应八一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的 组成部分来计算骨架梁的剖面面积、惯性矩和剖面模数等几何要素。5.船底结构

10、的强度计算步骤：船底外板的强度计算；船底纵骨弯曲应力计算；船底板 架计算；第四章船体扭转强度计算 1.甲板大开口船舶特点：舱口宽度已 达到、甚至超过船宽的 80%舱口长度达到舱壁间距的 90%2作用在船体上的扭转外力：船舶魁退航辿t的扭矩;船舶倾斜时的扭矩;船舶摇摆时的扭矩；3.扭转强度计算的标准状态:船体为直立状态；船的航向角与波浪行进方向的夹角取作a=45 :取坦谷波，有效波长等于船长：入/COS45 0=入根号二=1_,同时，取波高h为波长入的 1/20:船与波浪的相对位置是把船屮设在波峰上（中拱）或设在波谷上（屮垂），并且通常不做 史密斯修正。4.符拉索夫两个基本假设：薄壁梁屮面无剪切

11、变形；梁的横剖面外廓投影形状不变（刚周边假设）。5.等直薄壁梁扭转理论：开口剖面薄壁梁自由扭转；闭口剖面薄壁梁自由扭转。料和结构型式决定全部构建的尺寸和连接方式在保证具有充足的强度和安全性等要求下使结构具有最佳的技术经济性能全船设计过程分为初步设计详细设计生产设计三个阶段结构设计应考虑的方面安全性营运适合性船舶的整体配合中任何一种作用的状态第一章起船体梁总纵弯曲的外力计算船体梁在船体总纵强度计算屮通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁总纵弯曲船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度船体梁抵抗总纵弯曲的能力力曲线计算静水载荷曲线计算静水剪力及弯矩对积分二重积分计算静波浪剪力及弯矩计

12、算总纵剪力及弯矩重量的分类按变动情况来分不变重量空船重量变动重量装载重量按分布情况来分总体性重量沿船体梁全场分布局部性重量沿船第五章型材剖面设计 1.型材剖面设计应符合的要求:具有足够的强度、刚度和稳定性；应尽可能符合生产与工艺方面的要求，如简单制造简单、施工质量高；满足特殊结构与营运使用的要求；剖面内材料分布合理，使所得结构重量最轻，这是船体结构工程师的重要目标乞一。2.衡量型材剖面内材料分布合理程度的指标:剖面利用系数；比面积。3.船体骨架梁带板宽度的变化对梁材最小剖面模数的影响不大（f2变化对W1的影响不大）4.增加不对称剖面型材最小剖面模数最有效地办法是增加腹板的高度，或者腹板高度不变

13、时，增加 小翼板的剖面积（增加fl或增加h,W1增加明显）。5.型材腹板的相当面积：相当于使最大剪应力沿腹板高度均匀分布的剖面积。6.型材的局部稳定性：其翼板和腹板的稳定性。7.型材剖面设计要求：料和结构型式决定全部构建的尺寸和连接方式在保证具有充足的强度和安全性等要求下使结构具有最佳的技术经济性能全船设计过程分为初步设计详细设计生产设计三个阶段结构设计应考虑的方面安全性营运适合性船舶的整体配合中任何一种作用的状态第一章起船体梁总纵弯曲的外力计算船体梁在船体总纵强度计算屮通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁总纵弯曲船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度船体梁抵抗总纵弯曲的能力

14、力曲线计算静水载荷曲线计算静水剪力及弯矩对积分二重积分计算静波浪剪力及弯矩计算总纵剪力及弯矩重量的分类按变动情况来分不变重量空船重量变动重量装载重量按分布情况来分总体性重量沿船体梁全场分布局部性重量沿船 腹板最大剪应力T不超过许用值T,及T=NS/lt=T；保证腹板不丧失局部稳定性，即要求 h/t=tO；保证面板不能丧失局部稳定性，即要求 b/t1=nOo 第六章 船体中剖面计算法设计 1.船体结构的设计法设计：运用结构分析方法的综合来确定船体横剖面的最优尺寸和所有构件的尺 寸，并保证结构在外载荷作用下具有足够的强度、稳定性。2.基本要求：在计算设计时，假定船体总布置和线型已经确定。广义地说，

15、屮剖面结构计算 设计应包括综合决定纵、横构件布置及其尺寸。3.相当厚度：是船体板厚度与所有纵骨剖面积平铺在其宽度上的假想厚度相加所得。4.设计问题分步（分级优化）：计算满足总纵强度要求的结构相当厚度，即解决材料在整个横剖面上的最优配置；根据求得的相当厚度，按局部强度与稳定性等要求确定板格及纵骨的尺寸，即解决材料在 板与纵骨间的合理分配。5.插值法实质：用插值方法求船体剖面在甲板和船底应力都等于其许用应力时真实中和轴的位置。6.设计要求：总强度要求；局部强度要求；稳定性要求：保证纵骨具有足够的刚度和稳定 性，使它在板格失稳之前不发生失稳破坏，是结构设计首要的和最基本的原则。第七章船体结构规范法设

16、计 1.规范法设计的基本步骤：根据对母型船的研究和所设计船的特殊要求，分析所设计船的船体强度要求，选择合适的 建造规范；根据型线图和总布置图，绘制中剖面图、基本结构图和肋骨型线图等草图，并进行结构构 件的初步布置；按规范计算船体主要构件的尺寸，边计算、边绘图、边完善初始的结构布置方案。2.建造规范的选用：在结构设计之前，首先要根据设计船的建造材料、航行区域及类型等选 择合适规范。3.结构布置的一般原则和规定：结构的整体性原则；受力的均匀性和有效传递原则；结构的连续性和减少应力集中原则；局部加强原则；一些基本规定。第八章上层建筑设计 1.上层建筑：船体最上层连续甲板以上的舱室结构物。2.上层建筑

17、的特点：以一舷伸至另一舷的或其侧壁板离舷侧外板向内部大于船宽的 4%甲板室的侧壁则在主题舷侧外板向内相当的距离。3.端点效应：由于水平剪力对上层建筑的偏心作用，将使上层建筑向与主体弯曲相反的方向弯曲，即料和结构型式决定全部构建的尺寸和连接方式在保证具有充足的强度和安全性等要求下使结构具有最佳的技术经济性能全船设计过程分为初步设计详细设计生产设计三个阶段结构设计应考虑的方面安全性营运适合性船舶的整体配合中任何一种作用的状态第一章起船体梁总纵弯曲的外力计算船体梁在船体总纵强度计算屮通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁总纵弯曲船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度船体梁抵抗总纵弯曲

18、的能力力曲线计算静水载荷曲线计算静水剪力及弯矩对积分二重积分计算静波浪剪力及弯矩计算总纵剪力及弯矩重量的分类按变动情况来分不变重量空船重量变动重量装载重量按分布情况来分总体性重量沿船体梁全场分布局部性重量沿船引起了侧壁的纵向应变，使剖面发生歪斜。由于它与主体弯曲引起的纵向应变相反，从而减少了弯料和结构型式决定全部构建的尺寸和连接方式在保证具有充足的强度和安全性等要求下使结构具有最佳的技术经济性能全船设计过程分为初步设计详细设计生产设计三个阶段结构设计应考虑的方面安全性营运适合性船舶的整体配合中任何一种作用的状态第一章起船体梁总纵弯曲的外力计算船体梁在船体总纵强度计算屮通常将船体理想化为一变断面

19、的空心薄壁梁总纵弯曲船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度船体梁抵抗总纵弯曲的能力力曲线计算静水载荷曲线计算静水剪力及弯矩对积分二重积分计算静波浪剪力及弯矩计算总纵剪力及弯矩重量的分类按变动情况来分不变重量空船重量变动重量装载重量按分布情况来分总体性重量沿船体梁全场分布局部性重量沿船曲应力，这种倾冋越接近端部越厉害。4.柔度效应：对于甲板室，如果它仅支持在甲板横梁上，由于横梁相对柔软,生弯曲，结果使甲板室与主体具有不同的曲率半径，甚至相反。5.上层建筑的分类：强力上层建筑：即上层建筑能100%有效地参加总纵弯曲；轻型上层建筑，即上层建筑不能100%t效地参加总纵弯曲。竖向力使它

20、发 料和结构型式决定全部构建的尺寸和连接方式在保证具有充足的强度和安全性等要求下使结构具有最佳的技术经济性能全船设计过程分为初步设计详细设计生产设计三个阶段结构设计应考虑的方面安全性营运适合性船舶的整体配合中任何一种作用的状态第一章起船体梁总纵弯曲的外力计算船体梁在船体总纵强度计算屮通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁总纵弯曲船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲总纵强度船体梁抵抗总纵弯曲的能力力曲线计算静水载荷曲线计算静水剪力及弯矩对积分二重积分计算静波浪剪力及弯矩计算总纵剪力及弯矩重量的分类按变动情况来分不变重量空船重量变动重量装载重量按分布情况来分总体性重量沿船体梁全场分布局部性重量沿船