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船舶强度与结构设计课程设计大连理工大学船舶与海洋工程船舶强度与结构设计课程设计课程名称：船舶强度与结构设计院 （系）：运载工程与力学学部专 业： 船舶与海洋工程 2011 年 12 月 12 日第一篇 船舶剪力和弯矩计算一、 主要数据船舶计算长度（两柱间长） L=115.50m船宽 B=19.50m海水比重 =1.025tf/m二、 参考资料1. 全船重量分布汇总表2. 静水力曲线图3. 邦戎曲线图三、 计算状态本计算中仅取满载到港状态进行计算排水量 =12289.07t重心纵坐标 xg=-3.901m由静水力曲线图查出下列各数值平均吃水 dm=8.01m浮心纵坐标 xb=-0.13m漂心纵坐标 xf=-3.74m水线面积 A=1785.37m纵稳心半径 R=121.88m四、 波型和波浪参数选择 波长 = L=115.50m 波高 h=6m由坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算式中， r 半波高，r=h/2=3m各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入下表中垂站号1098765432101011121314151617181920x/0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951yB-3.0000 -2.8086 -2.2622 -1.4491 -0.4914 0.4822 1.3631 2.0783 2.5924 2.8980 3.0000 中拱站号0123456789102019181716151413121110注：表中yB值由波轴线向下为正，向上为负值。五、 满载到港状态的弯矩和剪力的计算1. 船舶纵倾调整1) 船舶在静水中平衡位置的确定第一次近似：首吃水：尾吃水：排水体积：V=/=12289.07/1.025=11989.34m第二次近似：首吃水：尾吃水： 具体过程详见下表理论站号力臂系数第一次近似第二次近似首吃水df=6.1075 尾吃水da=9.6811 首吃水df=6.3098 尾吃水da=9.8695 横剖面浸水面积i m力矩函数Mi=(2)*(3)m横剖面浸水面积i m力矩函数Mi=(2)*(5)m1)2)3)坐标插值4)5)坐标插值6)0-1018.430.3686-184.320.6550.4131-206.551-931.881.7876-286.9234.3351.8367-309.0152-861.283.5256-490.2464.023.5804-512.163-790.855.267-635.9593.955.329-657.654-6118.4056.9681-710.43121.2257.0245-727.355-5134.1875-670.9375137.5275-687.63756-4149.979.8994-599.88153.839.9766-615.327-3153.125-459.375156.95-470.858-2156.2812.3256-312.56160.0712.4014-320.149-1153.635-153.635157.435-157.435100150.9914.51980154.814.5960111145.6975145.6975149.5225149.5225122140.40516.6081280.81144.24516.6849288.49133127.61382.83131.3175393.9525144114.81518.3963459.26118.3918.4678473.5615593.6225468.112596.7675483.837516672.4319.8486434.5875.14519.9029450.8717751.1320.5726357.9153.220.614372.418833.4721.3694267.7634.6221.3924276.9619919.91522.2483179.23520.7322.2646186.57201013.81523.2763138.1514.2223.2844142.22031.9425-1389.88252092.955-1445.745修正值16.1225-23.07517.4375-32.175修正和2015.82-1366.80752075.5175-1413.57Vi=Li11641 m11986 mxbi=LMi/i-3.92 m-3.93 m(V0-Vi)/V02.9024%0.0269%(xg-xbi)/L0.0127%0.0279%注：表中各站的横剖面浸水面积有邦戎曲线图查得。2) 船舶在波浪上平衡位置的确定用麦卡尔法计算船舶在波峰时的平衡位置。去静水平衡线（df0=6.3098 m，da0=9.8695 m）作为波轴线，按波峰在船中，由邦戎曲线图上量出浸水面积i，再取=-1m（下移），量出各站横剖面浸水面积bi，根据下表计算波轴线移动参数0和b。理论站号静水波面浸水面积i移轴波面浸水面积bi(3)-(2)力臂系数(2)*(5)(4)*(5)(4)*(5)mmmkmmm1)2)坐标插值3)坐标插值4)5)6)7)8)00.120.002400-0.12000018.5151.32035.31.256-3.21518.515-3.215-3.215236.4253.028527.8452.8569-8.58272.85-17.16-34.32371.844.886858.644.6228-13.23215.52-39.6-118.84112.5956.851995.6856.5137-16.914450.38-67.64-270.565146.5025128.29-18.21255732.5125-91.0625-455.3126180.4110.5082160.89510.1179-19.51561082.46-117.09-702.547187.245176.0175-11.227571310.715-78.5925-550.1488194.0813.0816191.1413.0228-2.9481552.64-23.52-188.169195.0425192.495-2.547591755.383-22.9275-206.34710196.00515.4201193.8515.377-2.155101960.05-21.55-215.511194.205184.575-9.63112136.255-105.93-1165.2312192.40517.6481175.317.306-17.105122308.86-205.26-2463.1213168.14150.2175-17.9225132185.82-232.992-3028.914143.87518.9775125.13518.6027-18.74142014.25-262.36-3673.0415106.192590.3625-15.83151592.888-237.45-3561.751668.5119.770255.5919.5118-12.92161096.16-206.72-3307.521738.7920.325829.4820.1396-9.3117659.43-158.27-2690.591819.5221.090413.420.968-6.1218351.36-110.16-1982.881922.5622.30125.23521.9547-17.32519428.64-329.175-6254.33205.26523.10532.34523.0469-2.9220105.3-58.4-11682285.55-224.92521963.08-2358.27-31454.72285.55+224.9250+2358.27b/20=11986/5.77521963.08+2358.270+31456.3b/20=11989.3453.82/5.775式中，经整理：224.9250+117.9135b=-210.52 2358.270+1572.815b=-2614.77联立方程式，解得 0=-0.301m， b=-1.2112m首吃水： df=df0+0+b=6.3098-0.3010-1.2112=4.7976 m尾吃水： da=da0+0=9.8695-0.3010=8.6583 m根据首尾吃水可以量出船舶处于波浪中平衡位置时横剖面浸水面积，如下表理论站号力臂系数静水波峰df=6.3098da=9.8695df=4.6015da=9.6665横剖面浸水面积i力矩函数Mi=(2)*(3)m横剖面浸水面积i力矩函数Mi=(2)*(5)m1)2)3)4)5)6)0-1020.655-206.55001-934.335-309.0157.275-65.4752-864.02-512.1633.14-265.123-793.95-657.6566.005-462.0354-6121.225-727.35103.985-623.915-5137.5275-687.638135.8125-679.0636-4153.83-615.32167.64-670.567-3156.95-470.85180.9725-542.9188-2160.07-320.14194.305-388.619-1157.435-157.435194.555-194.555100154.80194.8050111149.5225149.5225184.0525184.0525122144.245288.49173.3346.6133131.3175393.9525146.91440.73144118.39473.56120.52482.0815596.7675483.837585.2425426.212516675.145450.8749.965299.7917753.2372.425.235176.64518834.62276.9610.17581.419920.73186.572.8525.65201014.22142.20.332092.955-1445.752077.045-1426.09修正值17.4375-32.1753.7875-31.2375修正和2075.518-1413.572073.258-1394.85Vi=Li11986.11 11973.06 xbi=LMi/i-3.93 -3.89 (V0-Vi)/V00.0269%0.1357%(xg-xbi)/L0.0279%-0.0136%2. 剪力、弯矩计算1) 重量曲线根据每一站内重量均匀分布的原则，把整个船的重量按照站位进行分配。首先进行空船重量的分配计算。根据船舶外形，按梯形法分布计算，即空船重量近似的用梯形曲线表示，船中重量分配多一些，首尾重量分配少一些。4b+a+c=6a-c=108xg/7L该船长宽比L/B6，属于瘦型船舶，取b=1.195，于是有a=0.61+54xg/7L=0.8164c=0.61-54xg/7L=0.4036满载到港空船重量W=2561.67t，则aW/L=18.1069,bW/L=26.5039,cW/L=8.9514进而获得船舶空船重量曲线分布，如下再分配载重量。货物重量根据货物重心在船舶总方向不变的原则，利用重量平衡和重量矩平衡原理求出每个站区对应的货物重量，其中每个站区所包含的站中分得的货物重量是均匀分布的。由船舶布置图（示意图）和满载到港载况下重量分布表可知，本次计算规定0站在0肋位，20站在163肋位，设L是货物所跨站间距离的一半，P是货物或者油水等重量，a是重物重心距所跨站距中心的距离（偏向船首为正，反之为负）。船舶布置示意图艉 Fr11：600mm；Fr11Fr39：700mm；Fr39Fr112：750mm；Fr112Fr151：700mm；Fr151艏：600mm满载到港载况下重量分布表项 目ITEM重量weight, t重心高度KG, m重心纵标L.C.G., m垂向力矩V.M., t-m纵向力矩L.M., t-m液面力矩Mfs, t-m空船 light ship2561.677.329-8.12118774.5-20803.30.0船员和行李3.1013.620-36.13142.2-112.00.0粮食1.4313.310-33.65019.1-48.30.0货物 No.1货舱 /Fr111-1311752.007.70031.97013490.456011.40.0货物 No.2货舱 /Fr75-1113622.007.0008.50025354.030787.00.0货物 No.3货舱 /Fr39-753450.007.120-17.40024564.0-60030.00.0货物 No.4货舱 /Fr2-22819.0011.330-49.8009279.3-40786.20.0轻油舱 /P/F31-384.001.120-34.5594.5-138.220.0日用轻油舱 /F22-331.0411.690-43.10012.2-44.80.0No.2重油舱 /P/F39-7525.000.523-18.02213.1-450.6412.0日用重油舱 /P/F23-311.4011.690-39.95016.4-55.90.0滑油储存柜 /S/F13-2214.657.050-46.390103.3-826.10.0滑油循环柜 /C/F24-3419.191.120-38.55021.5-739.80.0淡水舱 P&S8.087.052-57.72757.0-466.416.3污油舱6.500.675-43.4344.4-282.30.0载重量 deadweight9727.407.503-1.76672981.2-17182.2472.3排水量 displacement12289.077.466-3.09191755.7-37985.5472.3列方程组 求解该方程组，得 将各部分重量P分解而得的P1和P2解出后按其所跨站的数量进行均布分配，详见A3附表1。2) 船舶在静水中剪力和弯矩计算（详见A3附表2）3) 船舶在波峰中剪力和弯矩计算（详见A3附表3）第二篇 船舶总纵强度计算一、 计算依据本次计算取船中附近73号肋骨剖面进行总纵强度计算1. 计算参考图纸和计算书1) 基本结构图2) 典型横剖面图3) 弯矩和剪力计算书2. 计算载荷计算弯矩：M=29739.89tfm计算剪力：N=1220.025tf3. 船体材料计算剖面的所有材料均采用高强度低合金钢材，屈服极限s=2350kgf/cm。4. 许用应力1) 总纵弯曲许用应力=0.5s=1175kgf/cm2) 总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力a) 板架跨中=0.65s=1527.5kgf/cmb) 横舱壁处=s=2350kgf/cm3) 许用剪应力=0.35s=822.5kgf/cm二、 船体总纵弯曲正应力计算1. 总纵弯曲正应力第一次近似计算73号肋骨剖面参与总纵弯曲的构件如典型剖面图所示， 计算时取基线为参考轴，则有中和轴距参考轴的距离为=Ai/AiZi=4.65206m船体中剖面对水平中和轴的惯性矩为I=2(AiZi+i0)-Ai=280621.1cmm剖面上的应力为i=10MZi/I (kgf/cm)剖面剪应力具体计算表如下总纵弯曲正应力第一次近似计算表构件名称构件尺寸,mm数量构件剖面积Ai,cm距参考轴距离Zi,m静力矩 5)6), cmm惯性矩 6)7), cmm自身 惯性矩, cmm构件至中和轴距离Zi,m中拱时总纵弯曲正应力iE, kgf/cmLB1）2）3）4）5）6）7）8）9）10）11）12）梁侧板210015131511.253543.7539867.2 115.76 6.598 699 s梁顶板155000.537.512.3461.255673.4 0.00 7.648 811 s梁底板155000.537.510.2382.53901.5 0.00 5.548 588 s梁加强筋8160112.811.6148.481722.4 0.00 6.948 736 2100梁加强筋8160112.810.9139.521520.8 0.00 6.248 662 2100围板面板1330013912.3479.75900.3 0.00 7.648 811 1577围板加强筋8160112.811.6148.481722.4 0.00 6.948 736 2100围板加强筋8160112.810.9139.521520.8 0.00 6.248 662 2100舱口围板210018137811.254252.547840.6 138.92 6.598 699 s上甲板281500142010.2428443696.8 0.03 5.548 588 s舷侧外板29002818128.75710562168.8 569.08 4.098 434 s舷侧内板29001514358.753806.2533304.7 304.86 4.098 434 s二层甲板9150011357.3985.57194.2 0.00 2.648 281 450甲板纵骨3002517510.05753.757575.2 0.56 5.398 572 s舷侧加强筋202002809.4757587182.1 0.00 4.823 511 s舷侧加强筋8160225.68.025205.441648.7 0.00 3.373 357 2100舷侧加强筋8160225.68.752241960.0 0.00 4.098 434 2100纵舱壁3400812725.61523.28529.9 262.03 0.948 100 250纵舱壁2400912162.7583.21574.6 103.68 -1.952 -207 347舷侧板34001515105.6285615993.6 491.30 0.948 100 880舷侧板24001513602.79722624.4 172.80 -1.952 -207 964舷侧平台8150011203.94681825.2 0.00 -0.752 -80 356内底板12150011801.5270405.0 0.00 -3.152 -334 800舭龙骨5100150.753.752.8 0.00 -3.902 -414 2100舭列75168.75126.6 0.00 -3.902 -414 s外底5000.0 0.02 -4.652 -493 1901内底板1182501907.51.51361.252041.9 0.01 -3.152 -334 1022外底纵骨2401092160.1225.923.1 0.12 -4.532 -480 1458内底纵骨2201091981.39275.22382.6 0.09 -3.262 -346 1736旁桁75405303.8 33.75 -3.902 -414 s中桁材1500120.5900.7567.550.6 33.75 -3.902 -414 s工字梁翼板25015137.56.432241.21551.4 0.20 1.780 189 s工字梁腹板500200.5506.432321.62068.5 2.08 1.780 189 s8030.937360.23314112.57 2. 欧拉应力计算1) 板的欧拉应力计算a) 纵骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算（详见下表）：构件名称短边b,cm板厚t,cm(100t/b)E梁侧板701.54.592 3673 舱口围板701.86.612 5290 上甲板752.813.938 11150 舷侧外板72.52.814.916 11932 舷侧内板72.51.54.281 3424 舭列板751.54.000 3200 外底板97.31.52.377 1901 外底板88.71.52.860 2288 外底板891.52.841 2272 内底板97.31.11.278 1022 内底板88.71.11.538 1230 内底板891.11.528 1222 b) 横骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算（详见下表）：构件名称短边s,cm长边b,cm板厚t,cm100t/s(1+s/b)E二层甲板751500.92.250 450 纵舱壁753400.81.251 250 纵舱壁752400.91.735 347 舷侧板753401.54.399 880 舷侧板752401.54.819 964 舷侧平台751500.81.778 356 内底板751501.24.000 800 2) 纵桁局部稳定性计算a) 自由翼板（面板三边自由支持一边完全自由）欧拉应力计算（详见下表）：构件名称长边a,cm短边b,cm板厚t,cm(100t/b)E梁加强筋75160.8252100 梁加强筋75160.8252100 围板面板75301.318.78 1577 围板加强筋75160.8252100 围板加强筋75160.8252100 甲板纵骨75302.569.44 5833 舷侧加强筋752021008400 舷侧加强筋75160.8252100 舷侧加强筋75160.8252100 舭龙骨75100.5252100 外底纵骨7524117.36 1458 内底纵骨7522120.66 1736 工字梁翼板75251.536 3024 b) 纵桁腹板（四边自由支持）欧拉应力计算（详见下表）：构件名称长边a,cm短边b,cm板厚t,cm(100t/b)E梁顶板75501.597200梁底板75501.597200旁桁材75151.26451200中桁材75151.26451200工字梁腹板755021612800由计算结果可知，在中拱状态下，该船舶总纵弯曲压应力都比欧拉应力小，所以这些板架均不需要做折减计算，即第一次近似计算结果满足要求。三、 船体总纵弯曲剪应力计算本次计算中所用剖面的S/I值代替最大剪应力