船体强度-第一章-外载荷计算ppt课件

.,第一章船体外载荷计算,.,概述一、计算模型（船体梁响应）船在静水中处于平衡位置时，必需满足两个条件：作用在船体上的浮力等于船的重量；重心和浮心在同一铅垂线上。,.,二、求解思路,.,船舶在波浪上的变形特征与受力静置：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,.,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。,.,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,.,静水弯矩计算,计算原理基本计算公式,.,3、负荷曲线（Loadcurve）,5、弯矩曲线（Bendingmomentcurve）,4、剪力曲线（Shearcurve）,1、重量曲线（Weightcurve）,2、浮力曲线（Buoyancycurve）,.,.,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,2.5t,-2.5t,12.5t.m,-0.5t/m,0.5t/m,.,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max：弯曲应力最大值max：,.,1-1重力分布曲线一、重力分布曲线的绘制方法船舶在某一计算状态下(一般为正常排水量状态)，描述全船重力沿船长分布状况的曲线，称为重力分布曲线。其纵坐标表示船体梁单位长度上重力分布值，即作用于单位长度上的重力值。重量曲线的物理意义：面积等于全船重量，形心为船舶重心。绘制重力分布曲线时，必须要有表明各项重力及其重心位置的重力、重心明细表以及确定各项重力纵向分布范围的船体纵中剖面图，简称重力、重心资料。,.,绘制重力分布曲线的方法-将船舶的各项重力按静力等效原则分布在相应的船长范围内，再逐项叠加即可得重力分布曲线。(1)保持重量的大小不变，要使近似分布曲线所围的面积等于该项实际重量。（2）保持重量重心的纵向坐标不变，要使近似分布曲线所围的面积形心纵坐标与该项重量的重心纵坐标相等。（3）近似分布曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。,.,手工计算时，通常将船舶重力按20个理论站距分布(民船的理论站号从船艉至船艏，军船则是从船艏至船艉编排)。每个理论站距内的重力可以认为均匀分布，从而作出阶梯形重力分布曲线，并以此来代替真实的重力分布曲线。,.,.,二、重力分类(一)按变动情况来分不变重力-即空船重力，包括：船体结构、舾装、设备、机电设备等各项固定重力。变动重力-即装载重力，包括：货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重力。,.,(二)按分布范围来分总体性重力-即沿船体梁全长分布的重力，通常包括：主体结构、油漆、索具等各项重力。局部性重力-即沿船长某一区段分布的重力，通常包括：货物、燃油、淡水、粮食、机电设备、舾装设备等各项重力。在实际重力分布曲线计算过程中，首先确定计算状态（也就是确定变动重力)，再按总体性重力和局部性重力分别计算各理论站的重力分布，最后合成总的重力分布曲线,.,三、总体性重力的分布-梯形法确定船体结构重力分布是绘制重力曲线的主要项目之一。其常常在详细设计完成之前就需要完成，此时只需确定总的重力和重心的纵向坐标。一些船舶往往舯部丰满、两端尖瘦，且舯部具有平行中体，所以可以将船体和舾装重力近似地用下图曲线表示，即平行舯体部分用均匀的重力分布，而两端部分用两个梯形分布(通常为简化计算，3部分的长度均为船长的1/3)。,.,.,根据统计资料，对瘦形船舶，b=1.195，于是由式（1-7）求得：对肥形船，b1.174，于是由式（1-7）求得：,.,四、局部性重力的分配方法(一)分布在2个理论站距内的重力,.,(二)分布在分布在3个理论站距内的重力,.,(三)艏、艉理论站外的重力,.,浮力曲线船舶在静水中的某一计算状态下(一般为正常排水量状态)，描述浮力沿船长分布状况的曲线称为静水浮力曲线。浮力曲线的纵坐标表示作用在船体梁上单位长度的浮力值，其与纵向坐标轴所围的面积等于作用在船体上的浮力B，该面积的形心纵向坐标即为浮心的纵向位置xb通常根据邦戎曲线来绘制浮力曲线。为此，首先应进行静水平衡浮态计算，以确定船舶在静水中的艏、艉吃水。,.,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。,.,.,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，查出dm计算排水体积、纵向坐标,漂心,、水线面面积A、纵稳心半径M、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,.,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,.,假定纵倾角为，则首尾吃水为,为小量。,RKC,.,由da和df在邦戎曲线上作出水线，,邦戎曲线,.,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,.,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。,.,.,.,浮力曲线计算在手工计算时，静水平衡计算可采用表格方式进行，当静水平衡计算完成时，浮力曲线即可绘制。,.,1.3载荷曲线、静水剪力、弯矩曲线1.3.1载荷曲线,.,特点:载荷曲线与纵向坐标轴线之间所围的面积之和（代数和）为零，该面积对纵轴上任一点的静力矩亦为零。,.,1.3.2静水剪力、弯矩曲线船体梁在静水中所受到的剪力和弯矩沿船长分布状况的曲线分别称为静水剪力曲线和静水弯矩曲线。,.,特点：静水载荷曲线的一次积分是静水剪力曲线，二次积分是静水弯矩曲线。由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的剪力和弯矩应为零，亦即剪力和弯矩曲线在端点处是封闭的在大多数情况下，载荷在船舯前和舯后大致上是差不多的，所以剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船舯的某处，而在离艏、艉端约船长的1/4处具有最大正值或负值。,.,由于两端的剪力为零，即弯矩曲线在两端的斜率为零，所以弯矩曲线在两端与纵坐标轴相切。在计算过程中，常常利用这些性质来检查计算结果是否正确。修正：,.,1.4静置波浪附加剪力和弯矩计算舰船由静水进入波浪时，重力曲线p(x)并未改变，但水线面发生了变化，从而导致浮力的重新分布。波浪上浮力曲线相对静水状态的浮力增量将引起静置波浪附加剪力和弯矩的载荷。由此可知，静置波浪附加剪力和弯矩与船型、波浪要素有关。,.,1.4.1概述一、波浪要素及计算状态波浪要素包括波形、波长与波高。目前得到最广泛应用的是坦谷波理论。根据这一理论，二维波的剖面是坦谷曲线形状。,.,波浪参数的确定（1）波形：二维坦谷波（trochodalwave）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,.,当船舶静置在波浪上的位置发生变化时，船体剖面上的弯矩也将发生变化。当波峰或波谷在船舯时，浮力相对于静水线的改变最为明显，因此在船舯剖面会产生最大的波浪弯矩。计算分析表明，当船舶静置在波浪上时,在波长稍大于船长时才得到最大的波浪弯矩，但此时的弯矩与波长等于船长时的弯矩相差不大。所以，在实际计算时，取计算波长等于船长，并且规定按波峰在船舯和波谷在船舯两种典型状态进行计算。,.,波长和波高h间没有固定的关系。所以，在世界的造船实践中都采用用波长来确定计算波高。我国以前采用的军标GJB64.1A中波高按下列公式确定:,.,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。二、坦谷波波面方程的表达式中-浪向角；y-波面距波浪轴线的垂向坐标；x-与y相对应的纵向坐标。,.,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。,.,1.4.2波浪附加剪力及弯矩计算船舶由静水进入波浪，其浮态会发生变化。若以静水线作为坦谷波的轴线，当船舯位于波谷时，由于坦谷波在波轴线以上的剖面积比在轴线以下的剖面积小，同时船体中部又较两端丰满，所以船在此位置时的浮力要比在静水中小，因而不能处于平衡，船舶将下沉值；而当船舯在波峰时，一般船舶要上浮一些。另外，由于船体艏、艉线型不对称，船舶还将发生纵倾变化。,.,.,.,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。确定船舶在波浪上平衡位置的方法一般采用直接法，该方法是由麦卡尔（M