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船舶强度与结构设计,第一章 船舶静置在波浪上的外力计算,,Company Logo,本节内容,,Company Logo,概述,船舶在波浪上的变形特征于受力 静置：1）船舶与波浪相对速度为零；2）船体重力和浮力处于平衡状态 1、船舶在波浪上的受力与变形特征 2、计算工况：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港（10%消耗品） 3、船体产生弯矩和剪力的原因 4、船体断面弯矩的组成：静水弯矩+波浪附加弯矩,,Company Logo,中垂变形(sagging),中拱变形(hogging),船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形船体受正弯矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形Company Logo,dM¤ dM：中垂变形 dM¤ dM：中拱变形 dM¤ ＝ dM：无拱垂变形,首尾平均吃水：,拱垂判定：,拱垂值：,利用吃水判定船舶的拱垂,,Company Logo,概述,计算原理 总纵弯曲应力计算的基本原理:根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算： 式中：M 计算剖面的总纵弯矩 I 剖面惯性矩 Z 距离中和轴的距离,,Company Logo,概述,本书介绍的船体强度计算方法是标准计算方法，也是一种比较强度计算方法。

为什么说是比较强度，不是真实强度？ 比较强度与概率方法的比较Company Logo,静水弯矩计算,计算原理 总纵弯曲应力计算的基本原理:根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算： 式中：M 计算剖面的总纵弯矩 I 剖面惯性矩 Z 距离中和轴的距离,,Company Logo,静水弯矩计算,计算原理 静水弯矩：顾名思义，船舶静置在静水中产生的弯矩 船舶正浮条件：1）重力浮力相等；2）重心浮心在同一铅垂线上 所以，弯矩计算可以进一步分为两部分：重力引起和浮力引起的Company Logo,静水弯矩计算,计算原理 基本计算公式,,Company Logo,3、负荷曲线（Load curve）,5、弯矩曲线（Bending moment curve）,4、剪力曲线（Shear curve）,1、重量曲线（Weight curve）,2、浮力曲线（Buoyancy curve）,示例,实例,,Company Logo,结论,,Company Logo,,,,,5t,5t,,d,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X,,,,,,,,,,,,,,X,O,B,A,C,D,O,B,A,C,D,O,B,A,C,D,0.5t/m,1t/m,1.5t/m,2.5t,-2.5t,12.5t.m,-0.5t/m,0.5t/m,,Company Logo,剪力最大值Nmax： 弯矩最大值Mmax ：,,,,,,,,,,,,,,,,X,O,B,A,C,D,2.5t,-2.5t,12.5t.m,0.5t/m,,位于距首尾L/4剖面的中和轴处； 位于船中剖面的上甲板处。

位于距首尾L/4的剖面处； 位于船中剖面处剪应力最大值τmax： 弯曲应力最大值σmax ：,,Company Logo,静水弯矩计算,重量分布 重量分布曲线：表示船长方向单位长度上重量大小的曲线 重量曲线的物理意义：面积等于全船重量，形心为船舶重心 1、船舶重量的分类 2、重量的分配原则 重量不变，重心不变，范围不变，站距均布,,Company Logo,静水弯矩计算,主体钢料及舾装分配（全船性重量分配） 1）梯形分布方法 单位长度重量，均布为W/L，平行舯体部分构件强大，重量集度大，因此，重量分布沿船长方向应该为中间集度大，向首尾逐渐减小图1、重量沿船长方向的分布,,Company Logo,静水弯矩计算,系数a，b，c的确定 方程的建立原则：面积=重量 面积形心=重心 提供两个方程，根据船舶的外形，丰满程度，补充第三 个条件确定系数b，则可确定系数a和c重量等于面积 和形心等于重心得,,Company Logo,静水弯矩计算,对于瘦形船舶，b=1.195,对于丰满 的船舶，b=1.174得到如下确定a和c的公式,对肥型船舶，b=1.174，则,,Company Logo,静水弯矩计算,局部性重量分配 1）分布在两个站距内的重量,,Company Logo,静水弯矩计算,2）分布在三个站距内的重量 课后大家推导一下。

Company Logo,静水弯矩计算,分布在站外的重量处理 各站间重量叠加，得到各个站间的重量，如下图所示：,,Company Logo,静水弯矩计算,浮力曲线 纵倾调整方法：解析法和逐步近似法调整船舶在静水中的纵倾时，用逐步近似法比较方便 进行纵倾调整时，应具有邦戎曲线、静水力曲线以及船舶重量重心等资料 假定:1)纵倾调整过程中,水线面面积A不变；2）漂心位置不变；3）不计船体变形的影响Company Logo,静水弯矩计算,,,Company Logo,如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置由型排水体积，查处dm 计算排水体积、纵向坐标 ,漂心 ,、水线面面积A、纵稳心M半径、浮心高度和浮心纵向位置 检查浮心的纵向位置和重心的纵向位置，精度,,静水弯矩计算,,Company Logo,,,第一次调整首尾吃水 使浮心向船首移动，增大首吃水 和减小尾吃水 图 第一次纵倾调整,,Company Logo,,,,假定纵倾角为 ，则首尾吃水为,,,,使船首倾力矩为,使船尾倾力矩为,于是得,船舶纵摇平衡时,,为小量。

Company Logo,,由da和df在邦戎曲线上作出水线，,,,,,,邦戎曲线,,Company Logo,当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡，继续改变首尾吃水，进行调整 第2次调整首尾吃水,比较排水体积和 ，比较 浮心纵向位置 和重心的纵向位置,,Company Logo,如果V0大于 V1，则船舶增加吃水，加大排水量；如果如果V0小于 V1，则船舶减小吃水，减小排水量 按照上述步骤进行，直至满足精度要求，表示船舶已经达到平衡状态Company Logo,静水弯矩计算,载荷曲线计算公式 剪力和弯矩曲线的特征 1）首尾端剪力和弯矩为零； 2）弯矩曲线上任意点的斜率，等于该剖面的剪力，因此弯矩最大剖面， 剪力为零 ； 3）在1/4船长剖面，弯矩曲线出现拐点，该剖面剪力出现极大值Company Logo,波浪附加弯矩计算,关键：确定船舶在波浪中浮力的改变量 波浪附加弯矩的标准计算方法 1、船舶与波浪的相对位置 两种遭遇状态：波峰在船中；波谷在船中 2、波浪参数的确定 （1）波形 ：二维坦谷波（trochodal wave ）Company Logo,波浪附加弯矩计算,特点：波峰较陡，波谷平坦，关于波轴线上下不对称。

（2）波长 当船舶长度与波长的为何比例时，船舶受力较大？这是确定波长的原则图 船舶遭遇不同波长的波浪,,Company Logo,波浪附加弯矩计算,引起较大载荷的波浪：1.1倍船长 计算中，取波长等于船长，即 波浪附加弯矩的标准计算方法： （1）船舶静置于波浪上，船舶航向与波浪传播方向相同； （2）取二维坦谷波为波浪模型，取波长等于船长； （3）船中分别位于波峰和波谷Company Logo,波浪附加弯矩计算,坦谷波形的绘制方法 在邦戎曲线上作出坦谷波形，得到各站吃水，便可以确定各个站的横剖面浸水面积 取圆盘的半径为R，距离圆心的点 P0，并且有,圆盘滚动一周，P0点的轨迹，即为坦谷波形坦谷波形的方程为：,图中，圆心水平移动距离为 Company Logo,波浪附加弯矩计算,,图 坦谷波形的形成,,Company Logo,波浪附加弯矩计算,波浪中附加剪力和弯矩的计算公式,为波浪中平衡时的浮力曲线Company Logo,波浪附加弯矩计算,需要确定的一点是：船在波浪中平衡的位置静水状态下可以确定水线的位置，波浪状态下水线是一条曲线，船体各部分吃水不同，且船尾、船首和船中形状不同，因此，有波浪状态下船需要调整才能平衡。

麦卡尔方法：船侧自空载水线至满载水线间可以近似地当做直壁 适用条件：大型运输船舶，对于小船或军舰结果欠佳 解释？,,Company Logo,波浪附加弯矩计算,史密斯修正 原因：波面下的水压力不等于波浪表面下的静水压力波峰附近小，波谷附近大 定义：对波浪浮力分布曲线的修正,,Company Logo,剪力和弯矩计算实例,主要数据 参考资料 计算状态 波形和波浪参数的选择 弯矩剪力计算 计算机进行编程计算,船舶强度与结构设计,第二章 总纵强度计算,,Company Logo,本节内容,,Company Logo,船体总纵弯曲应力第一次近似计算,计算原理 总纵弯曲应力计算的基本原理:根据材料力学中的柏努利梁理论,计算船体梁的总纵弯曲应力根据材料力学的理论，受弯曲梁中应力按下式计算： 式中：M 计算剖面的总纵弯矩 I 剖面惯性矩 Z 距离中和轴的距离,,Company Logo,船体总纵弯曲应力第一次近似计算,计算原理 一般来说，船底和甲板是远离中和轴的两端，因此，根据上式，剖面模数最小，对应的应力也是最大的 船体强度等值梁：由有效参与总弯曲的全部构件组成的梁，该梁在抵抗总弯曲及总纵强度性能上与船体等效。

Company Logo,船体总纵弯曲应力第一次近似计算,计算剖面的确定 对于船体横剖面而言，应力水平较高的剖面，容易发生破坏，因此必须找出弯曲应力大的剖面横剖面上应力的大小，取决于剖面的抗弯几何特性和剖面弯矩，确定计算弯曲应力的剖面，需要综合考虑剖面抗弯能力和剖面内力的大小一般确定计算剖面的原则如下： 1. 总纵弯曲力矩较大的剖面； 2. 总纵弯曲剪力较大的剖面；,,Company Logo,船体总纵弯曲应力第一次近似计算,计算剖面的确定 3.按照强度理论计算，相当应力较大的剖面； 4.最大剪应力理论，即第三强度理论 第四强度理论：形状改变比能理论,,Company Logo,船体总纵弯曲应力第一次近似计算,计算剖面的确定 5.结构形状或断面积突变处：机舱前端、仓口、上层建筑端部； 6.对于结构强度无把握剖面； 7.规范上特别要求计算的剖面，如集装箱船开口区域至少要计算5个剖面。