毕业设计（论文）-某型散货船在静波浪中的总纵强度计算.doc

本 科 毕 业 设 计某型散货船在静波浪中的总纵强度计算 姓 名 院 系 交通学院 专 业 船舶与海洋工程 年 级 2011 学 号 指导教师 2015年4月23日目录1 引言12 课程设计主要内容1（一）、根据相关规范要求完成船舶舯剖面结构设计1（二）、船体总纵强度的校核1（三）、船舶数据资料23 船舶在静水中平衡位置的确定33.1 第一次近似计算33.2第二次近似计算33.3第三次近似计算43.4第四次近似计算53.5第五次近似计算54 船舶在波浪中平衡位置的确定65 船舶重量分布曲线的确定105.1 空船重量曲线的绘制105.2局部性重量分布115.3重量曲线数据的计算汇总与绘图156 船舶浮力分布曲线的确定177 船舶载荷分布曲线的确定188 船舶剪力和弯矩分布曲线的确定198.1 静水剪力Ns和静水弯矩Ms的确定198.2 静波浪剪力及弯矩计算219 船舶剖面特性的计算2410 船体总纵弯曲应力的第一次近似计算2711 船体剖面许用应力的确定2712 总纵弯曲应力校核2712.1 总纵弯曲正应力的第一次近似计算2712.2 板的临界应力计算2712.2.1 纵骨架式板格临界应力计算2812.2.2 横骨架式板格临界应力计算2812.3 纵骨剖面要素及临界应力计算2912.4 船体构件的稳定性检验3112.4.1 自由翼板（面板三边自由支持一边完全自由）的临界应力计算3112.4.2 四边自由支持的纵向桁材的腹板的临界应力的计算3213 极限强度校核3413.1 极限弯矩作用下构件内应力计算3413.2 剖面模数Wgh计算3413.3 极限弯矩计算36参考文献：36鲁东大学本科毕业设计某型散货船在静波浪中的总纵强度计算张强强（交通学院 船舶与海洋工程 本科2011级 20112814491）摘要：在船舶的强度计算中,一般把船舶视为断面随船长面积变化的薄壁空心梁结构,称作船体梁。船舶悬浮在波浪上面时，将船体梁横剖面上所受弯曲力矩和剪力及相应的应力按照要求计算出来，并把计算数值与规定的许用应力比较以判定船体强度是否符合要求，这种方法是船舶强度计算中过去常用的方法。本文主要通过这一方法对某型散货船在静波浪中的总纵强度进行计算校核。关键词：船体强度；总纵强度；货船；计算与校核The Strength Calculation and Test of a Certain Type of Cargo ShipsZhangqiangqiang (Traffic College Bachelor Degree in Naval Architecture and Ocean EngineeringThe Grade 2011 20112814491)Abstract: In the longitudinal strength of hull, usually the hull ideal into a variable cross-section hollow thin-walled beam, referred to as the hull girder. Will ship let stand on the waves, on the ship hull girder cross-section bending moment and shear force and the corresponding stress, and compare it with the allowable stress to determine the hull strength, this is hull longitudinal strength calculation of the traditional method. This paper mainly through the method of the longitudinal waves at a certain type of bulk carrier in static strength calculation and checking.Key words: Hull strength; The longitudinal strength; Cargo ships; Calculate and check1 引言对船体强度的研究,是保证船舶安全性的一门研究科学。船舶总纵强度的计算可以概括为三个方面外力问题,形影分析,内力问题.本文,首先对船舶在静水及波浪中的所受的弯矩和剪力进行了校核,绘制出想用的曲线,然后再根据船舶相关材料数据进行船舶总纵强度的计算余校核.从而得到保证船舶航行安全的正确数据.2 课程设计主要内容（一）、根据相关规范要求完成船舶舯剖面结构设计 1、请选择满载到港状态 2、波高6m（二）、船体总纵强度的校核1、船舶在静水中平衡位置的确定2、船舶在波浪中平衡位置的确定3、船舶重量分布曲线的确定4、船舶浮力分布曲线的确定5、船舶载荷分布曲线的确定6、船舶剪力和弯矩分布曲线的确定7、剖面特性计算8、许用应力的确定9、总纵弯曲应力校核10、极限强度校核（三）、船舶数据资料1、船舶主尺度： 型深： 2，各种装载状态下的船舶参数（参考）参 数满载出港满载到港压载出港压载到港满载出港/结冰相当吃水 draft at C.F., m8.308.10-首吃水 draft at F.P., m6.376.57-尾吃水 draft at A.P., m9.989.45-平均吃水 mean of draft, m8.188.01-纵倾 t, m-3.60-2.88-厘米纵倾力矩 MTC, t-m133.0819129.3320-厘米吃水吨数 TPC, t18.4403818.25089-横稳心竖坐标 KMT, m8.128.07-自由液面修正值 Mfs/, m0.040.04-修正后重心高度 KGc, m7.437.50-修正后初稳性高度 GMc, m0.700.56-浮心纵坐标 LCB, m-0.2293828-0.1296511-漂心纵坐标 LCB, m-3.989266-3.729964-初横倾角 , deg0.000.00-3 船舶在静水中平衡位置的确定3.1 第一次近似计算 （3.1.1） 由于每厘米吃水吨数MTC (3.1.2)所以纵稳心半径R:从而得首吃水：艉吃水： 浮力： 浮心纵坐标： 3.2第二次近似计算艏吃水： (3.2.1) 又因为每厘米吃水吨数： 所以有水线面面积： 从而得艏吃水： 艉吃水： 浮力：浮心纵坐标： 精度检验： 3.3第三次近似计算艏吃水： 艉吃水： 浮力： 浮心纵坐标： 精度检验： 3.4第四次近似计算艏吃水： 艉吃水： 浮力： 浮心纵坐标： 精度检验： 3.5第五次近似计算艏吃水： 艉吃水： 浮力： 浮心纵坐标： 精度检验： 以上数据能满足船体平衡计算的精度要求，其具体计算过程见下表3-1理论站号力臂乘数 各站浸水面积Fsi面积矩函数各站浸水面积FSi面积矩函数各站浸水面积FSi面积矩函数各站浸水面积FSi面积矩函数各站浸水面积FSi面积矩函数160-1020.7-20711.4-1148.4-8412.6-12612.6-1261-934.2-307.823.4-210.620.7-186.324.3-218.724.3-218.72-863.6-508.851-40848.6-388.852.2-417.652.2-417.63-793.3-653.178.9-552.376.8-537.680.1-560.779.8-558.64-6119.7-718.2103.5-621102.6-615.6105-630104.7-628.25-5135.9-679.5118.5-592.5119.1-595.5119.7-598.5119.4-5976-4150.9-603.6132-528133.8-535.2133.2-532.8132.9-531.67-3154.2-462.6135.3-405.9138.9-416.7136.5-409.5136.2-408.68-2157.5-315138.6-277.2143.7-287.4139.5-279139.2-278.49-1153.9-153.9134.4-134.4141-141135.3-135.3135-135100150.60131.40139.201320131.40111144.9144.9125.4125.4134.7134.7126126125.4125.4122139.2278.4106.8213.6130.5261120240119.1238.213312637894.2282.6118.5355.5107.1321.3106.2318.6144113.1452.475300107.1428.494.537893.6374.415591.5457.556.7283.587.3436.57537574.437216670.54233923468.1408.656.7340.256.1336.617749.5346.524.6172.248.3338.13927338.4268.818832.1256.814.4115.231.525224.6196.824.3194.419919.2172.814.4129.619.2172.814.4129.614.1126.9201013.21329.99913.513510.51059.696总和2033.7-1567.21618.8-1888.81831.5-865.51738.2-1423.21728.9-1448.4修正值3.75-169.50.75-106.5-2.55-109.51.05-115.51.5-111修正后综合2037.45-1736.71619.55-1995.31828.95-9751739.25-1538.71730.4-1559.4表3-14 船舶在波浪中平衡位置的确定由所给数据可知 波高 坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算，即 （4.1）式中取 各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值(从波轴线向下为正,向上为负)按上式(4.1)进行计算,即,得下表 表4-1中拱站号01234567891020191817161514131211yB32.902.602.081.370.49-0.48-1.44-2.26-2.81-3图4-1波浪中船舶平衡位置计算因船舶的初橫倾角为零，无橫倾发生，故可用麦卡尔法1计算船舶在波浪中的平衡位置。初次计算.将表3-1中所计算的静水线作为波轴线，设波峰在船舶的中占缅处，在邦戎曲线1图上量取船舶各站在与坦谷波交点处浸水面积，再令，把波轴线往下移动1m，量取相应各站与坦谷波相交处浸水面积，按表4-2进行计算。 表4-2理论站号力臂乘数以静水线为波轴线的波面浸水面积FAii*Fai= *移轴后的波面浸水面积FBiFBi-Fai=-i*(Fbi-Fai)= *i2*(Fbi-Fai)=*444000000015.45.44.2-1.2-1.2-1.2226.452.820.1-6.3-12.6-25.2352.2156.641.1-11.1-33.3-99.9482.533067.5-15-60-2405110.7553.593.3-17.4-87-4356142.2853.2123.6-18.6-111.6-669.67164.11148.7144.6-19.5-136.5-955.58183.31466.4163.8-19.5-156-12489189.61706.4170.1-19.5-175.5-1579.510189.91899170.4-19.5-195-1950111801980160.5-19.5-214.5-2359.512163.21958.4143.7-19.5-234-280813133.51735.5114.6-18.9-245.7-3194.114102.31432.284.6-17.7-247.8-3469.21566.91003.552.2-14.7-220.5-3307.51639.3628.827.9-11.4-182.4-2918.41719.5331.512.3-7.2-122.4-2080.8188.7156.64.8-3.9-70.2-1263.6193.668.41.8-1.8-34.2-649.8201.8360.6-1.2-24-4801865.117502.91601.7-263.4-2564.4-29734.8按上表中的数据，根据下面的方法计算波轴线移动参数、b，即： (4.2) (4.3)上式中： 将表4-2中代入上式得： （1） （2）联立方程式得： 由此求得平衡时的波轴线位置：首吃水： 尾吃水： 浮力： 浮心纵标: 精度检查: 以上数据满足船体平衡计算的精度要求，具体计算过程见表4-3 表4-3理论站号力臂乘数各站浸水面积面积矩函数 =*23450-1016.5-1651-927.9-251.12-854.9-439.23-781.6-571.24-6105-6305-5118.2-5916-4129.9-519.67-3131.1-393.38-2132.3-264.69-1126.3-126.3100121.20111113.1113.1122105.3210.613391.2273.614477.7310.815559.429716642.9257.417727.6193.218816.2129.61998.475.620105.151总和1591.8-2039.4修正项5.7-108修正后总和1597.5-2147.45 船舶重量分布曲线的确定5.1 空船重量曲线的绘制 根据重量分布曲线与横坐标轴所围的面积等于空船总重量，其所为面积的面积形心的纵向坐标与空船实际重量的重心纵向坐标相同的条件，可求得梯形参数之间的关系为2： (1)查阅统计资料，可得肥型船舶，于是求得： (2)从而有所以船体空船重量分布的梯形曲线如图5.1图5.1 空船重量总体分布曲线图5.2局部性重量分布图5.2 船舶布置图 1） 重量分布在两个站的时候 图5.3 重量分布到两站得： (3) 2） 重量分布到三个站时先把重量分布在两个站内，然后再次对分解后的重量进行分解： 由此求得： (4) 图5.4 重量分布到三站3） 当重量分布到四个站时 图5.5 重量分布到四站解得： (5)4） 当重量分布到五个站时 图5.6 重量分布到五站根据分布原则可得： （6）由上式可求得第一次分解： （7）第二次分解： （8）第三次分解： （9）从而各站间的重量分布为： （10）5.3重量曲线数据的计算汇总与绘图图5.7 船舶重量分布曲线图5.7图的绘制是根据下表5-1的计算数据所得37空船船员和行李货物 No.1货舱 货物 No.2货舱 货物 No.3货舱 货物 No.4货舱 轻油舱 /P轻油舱 /S日用轻油舱/FNo.2重油舱/PNo.3重油舱/P&S日用重油舱/P滑油储存柜/S滑油循环柜/C淡水舱 P&S污油舱理论站间总重(t）128.669447.456.13582.25132.0368194.737.80334.57135.4046136.730.950.477.803.63284.99138.74373.091.611.610.800.4714.516.48167.33142.11151183.051.611.6111.281339.67145.4794591.525.64742.65148.6454650.256.61805.51149.394258.730.97209.09149.3942117.451.93268.78149.3942873.661023.06149.3942436.83586.23149.3942626.07775.46149.3942189.23338.63145.727378.47524.20130.16581099.851230.02113.672424.86538.5397.17816174.72271.9080.6843680.6864.1905564.1947.6967547.70表5-16 船舶浮力分布曲线的确定船舶浮力曲线一般由邦戎曲线求得，由表3-1中理论站距上的浮力绘制船舶浮力曲线。计算见表6-1。 表6-1理论站距各站浸水面积FSi面积矩函数各站浸水面积成对和理论站距上的浮力（KN)12.6-12612.600-124.3-218.736.91066.9461-252.2-417.676.52211.9622-379.8-558.61323816.7183-4104.7-628.2184.55334.7314-5119.4-597224.16479.7475-6132.9-531.6252.37295.1376-7136.2-408.6269.17780.9017-8139.2-278.4275.47963.0628-9135-135274.27928.3659-10131.40266.47702.83110-11125.4125.4256.87425.25211-12119.1238.2244.57069.60312-13106.2318.6225.36514.44413-1493.6374.4199.85777.12414-1574.43721684857.64115-1656.1336.6130.53773.34616-1738.4268.894.52732.42317-1824.3194.462.71812.94118-1914.1126.938.41110.31819-209.69623.7685.2744根据表中数据得浮力曲线如下图6-1 图6-1 船舶浮力曲线图7 船舶载荷分布曲线的确定在某一计算状态下，我们把用来刻画使船舶产生总纵弯曲3的所有载荷沿船长方向分布趋势的曲线定义为船舶载荷曲线4。重量曲线的纵坐标与浮力曲线纵坐标差值即为载荷的大小，用表示，即： (7.1)当时，为正，相反时为负，取Y轴剪头方向为正。计算过程如表7-1表 7-1载荷曲线计算理论站距重量P浮力b载荷q01582.25361431.2694274.81612334.56682211.9621066.79323284.98793816.718-1023.8434167.33495334.731-3694.85451339.6736479.7476649.05256742.64547295.137-17.211867805.50537780.901113.050978209.08817963.062-591489268.7827928.365-5294.39101023.0567702.8312323.1171011586.2257425.252-1680.251112775.45977069.603529.90141213338.62886514.444-3195.881314524.19625777.124-640.00114151230.0194857.6417196.5411516538.52873773.3461504.2351617271.89562732.423-67.8464171880.684361812.941-1022.23181964.190551110.318-481.251192047.69675685.2744-217.8468 船舶剪力和弯矩分布曲线的确定8.1 静水剪力Ns和静水弯矩Ms的确定静水剪力及静水弯矩的计算按下表8-1进行（见下页）。理论站距理论站间总重(t）理论站距上的浮力（KN)理论站间载荷，-KN第四列自上而下之和KN第五列积分和kn对第五列不封闭修正值剪力值 N=-*L/2对第9列不封闭修正弯矩值=-理论站号7891001582.253614314.274274.8164274.8164274.816-21.44296.21612305.066123.0056182.054112334.56682211.9621066.7935341.6113891.24-41.85383.4139985.9412246.0127739.93223284.98793816.718-1023.844317.77323550.63-62.24379.97367790.4818369.0249421.46334167.33495334.731-3694.85622.923728491.32-82.6705.523782012.2724492.0257520.254451339.6736479.7476649.0527271.97636386.22-1037374.976104737.730615.0374122.72556742.64547295.137-17.21187254.76450912.96-123.47378.16414655336738.03109814.9667805.50537780.901113.05097367.81565535.54-143.87511.615188644.142861.04145783778209.0881796381674357.17-164.21618.016214037.148984.04165053.1889268.7827928.365-5294.3-3840.4971970.5-184.6-3655.89207167.155107.0515206099101023.0567702.8312323.117-1517.3766612.65-205-1312.37191744.561230.05130514.5101011586.2257425.252-1680.25-3197.6261897.66-225.4-2972.22178172.467353.06110819.4111112775.45977069.603529.9014-2667.7156032.33-245.8-2421.91161289.173476.0687813.01121213338.62886514.444-3195.88-5863.647501.02-266.2-5597.4136731.779599.0757132.62131314524.19625777.124-640.001-6503.635133.83-286.6-6217101132.785722.0715410.651414151230.0194857.6417196.541692.942929323.17-307999.942984406.7591845.08-7438.32151516538.52873773.3461504.2352197.17832213.29-327.42524.57892725.9697968.08-5242.12161617271.89562732.423-67.84642129.33136539.8-347.82477.131105179.8104091.11088.73617171880.684361812.941-1022.231107.09739776.23-368.21475.297114495.9110214.14281.7918181964.190551110.318-481.251625.846341509.17-388.61014.446119484.2116337.13147.06219192047.69675685.2744-217.84640842543.02-409817122460.1122460.1020表8-1， ， ， ,满足平衡精度要求。8.2 静波浪剪力及弯矩计算静波浪剪力及其弯矩计算见表8-2。计算中先检测了第（5)及第（6）列不封闭值满足计算精度要求，即 对不封闭值进行修正，修正后的最大静波浪剪力及弯矩为： 表8-2静波浪剪力及弯矩的计算理论站号波浪下横剖面浸水面积Fci静水下横剖面浸水面积Fsi横剖面浸水面积的增量Fz=(3)-(2)(4）的积分和（5）的积分和静波浪剪力NwNw的不封闭修正值修正后的静波浪剪力静波浪弯矩MwMw的不封闭修正值静水剪力净水弯矩合成剪力合成弯矩016.5012.60-3.90-3.90-3.90-112.770.00-112.77-324.600.000.000.00-112.77-324.60127.9024.30-3.60-11.40-19.20-329.63-16.48-313.14-1598.03-267.504296.226182.053966.594584.03254.9052.20-2.70-17.70-48.30-511.79-51.18-460.61-4020.03-535.105383.4127739.934871.6223719.90381.6079.80-1.80-22.20-88.20-641.90-96.29-545.62-7340.93-802.604379.9749421.463738.0742080.534105.00104.70-0.30-24.30-134.70-702.62-140.52-562.10-11211.15-1070.20705.5257520.252.9046309.115118.20119.401.20-23.40-182.40-676.60-169.15-507.45-15181.24-1337.707374.9874122.726698.3858941.486129.90132.903.00-19.20-225.00-555.16-166.55-388.61-18726.86-1605.307378.16109814.936823.0091088.077131.10136.205.10-11.10-255.30-320.95-112.33-208.62-21248.74-1872.807511.61145783.027190.66124534.288132.30139.206.900.90-265.5026.0210.4115.61-22097.69-2140.401618.02165053.081644.04142955.389126.30135.008.7016.50-248.10477.09214.69262.40-20649.48-2407.90-3655.89152060.04-3178.80131410.5610121.20131.4010.2035.40-196.201023.57511.79511.79-16329.82-2675.50-1312.37130514.45-288.79114184.6311113.10125.4012.3057.90-102.901674.15920.78753.37-8564.42-2943.00-2972.22110819.36-1298.06102254.9512105.30119.1013.8084.0039.002428.821457.29971.533245.99-3210.60-2421.9187813.016.9191059.001391.20106.2015.00112.80235.803261.562120.011141.5519625.75-3478.10-5597.4057132.62-2335.8476758.371477.7093.6015.90143.70492.304155.022908.511246.5140974.37-3745.60-6217.0015410.65-2061.9856385.021559.4074.4015.00174.60810.605048.483786.361262.1267466.63-4013.20999.94-7438.326048.4260028.301642.9056.1013.20202.801188.005863.874691