船舶强度课程设计

1、船舶强度与结构设计课程设计 一、 课程设计内容及资料1. 课程设计任务书综合应用船舶与海洋结构物强度的有关知识，完成船舶船体中剖面的结构设计，并按相关规范要求进行总纵强度的校核。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（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3. 船舶设计资料船舶主尺度：总长：设计水线长：垂线间长：计算船长：型宽：型深：设计吃

2、水：方型系数：二、 船舶剪力与弯矩计算1. 主要数据船舶计算长度（垂线间长） L=115.50m船宽 B=19.50m海水比重 =1.025tf/m³2. 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3. 计算状态本计算中取压载出港状态进行计算排水量 =5826.25t重心纵坐标 xg=1.344m平均吃水 dm=4.24m浮心纵坐标 xb=0.44m漂心纵坐标 xf=1.13m水线面积 Aw=1537.56m²纵稳心半径 R=176.04m²4. 波型和波浪参数选择波长 = L=115.50m波高 h=5.775m坦谷波垂向坐标值采用余弦级

3、数展开式计算各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入表1：r=h/2=2.8875m =115.5m表1： yB值中垂站号1098765432101011121314151617181920x/0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951yB-2.8875-2.703 -2.179 -1.400 -0.482 0.454 1.303 1.994 2.493 2.789 2.8875中拱站号0123456789102019181716151413121110注：表中yB值由波轴线向下为正，向上为负值。5. 压载出港状态的弯矩和剪力的计算1) 船舶纵倾调整a) 船

4、舶在静水中平衡位置的确定第一次近似：首吃水：=4.531m尾吃水：=3.938m排水体积：V= =5826.25/1.025=5684.15m³第二次近似：首吃水：df2=df1+V-V1Aw+xg-xb1R(L2-xf) = 4.681m尾吃水：da2=da1+V-V1Aw-xg-xb1R(L2+xf) = 3.872mV-V1V=0.132% <0.5% xg-xb2L=0.02% <0.1%具体计算过程见表2： 表2：船舶在静水中平衡位置的计算 理论站号力臂系数第一次近似第二次近似首吃水df=4.531尾吃水da=3.938首吃水df=4.681尾吃水da=3.87

5、2横剖面浸水面积i m²力矩函数Mi=(2)*(3)m²横剖面浸水面积i m²力矩函数Mi=(2)*(5)m²1)2)3)坐标插值4)5)坐标插值6)0-100000001-93.4708118.9708-31.23723.3294118.8294-29.96462-814.4397245.4397-115.517614.1442245.1442-113.15363-728.0363374.5363-196.254127.618374.118-193.3264-643.0256505.0256-258.153642.7786504.7786-256.67

6、165-554.4745-272.372554.39625-271.981256-465.9234758.9234-263.693666.0139759.0139-264.05567-371.54805-214.6441571.86445-215.593358-277.17271001.1727-154.345477.7151001.715-155.439-178.60305-78.6030579.36-79.3610080.03341235.0334081.0051236.005011178.904878.904880.078880.078812277.77621463.7762155.55

7、2479.15261465.1526158.305213371.4348214.304472.90855218.7256514465.09341682.0934260.373666.66451683.6645266.65815553.53085267.6542555.16735275.8367516641.96831889.9683251.809843.67021891.6702262.021217729.9821993.482209.87431.08151994.5815217.570518819.98332098.9833159.866420.81742099.8174166.539219

8、912.42912206.9291111.861913.01512207.5151117.135920109.09922319.099290.9929.58212319.582195.821976.92945216.37235990.3629279.1562修正值4.549645.4964.7910547.9105修正和972.37985170.87635985.57185231.2457Vi=Li5615.493634m³5691.677434m³xbi=LMi/i1.014840981m1.354993974m(V0-Vi)/V01.21%-0.132%(xg-xbi)

9、/L0.28%-0.02%注：表中各站的横剖面浸水面积由邦戎曲线图查得。b) 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。取静水平衡线（df0=4.681 m，da0=3.872 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，即波轴线向下移动1m，量出各站横剖面浸水面积bi，根据表3计算波轴线移动参数0和b。表3：船舶在波峰上平衡位置的计算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)²m²m²m²km²m²m³1

10、)2)坐标插值3)坐标插值4)5)6)7)8)000000000011.3924116.89240.707116.207-0.685411.3924-0.6854-0.685427.1456238.14563.8141234.8141-3.3315214.2912-6.663-13.326318.5713365.071311.2979357.7979-7.2734355.7139-21.8202-65.4606437.2029499.202924.9405486.9405-12.26244148.8116-49.0496-196.1984558.9196543.7083-15.21135529

11、4.59825-76.05675-380.28375680.6364773.636462.4761755.4761-18.16036483.8184-108.9618-653.7708795.5731576.7528-18.820357669.01205-131.74245-922.197158110.50991034.509991.02951015.0295-19.48048884.0792-155.8432-1246.74569115.1903595.7001-19.4902591036.71315-175.41225-1578.7102510119.87081274.8708100.37

12、071255.3707-19.5001101198.708-195.001-1950.0111115.91996.4749-19.4441111275.109-213.8851-2352.736112111.96721497.967292.57911478.5791-19.3881121343.6064-232.6572-2791.88641396.4370578.11635-18.3207131253.68165-238.1691-3096.19831480.90691697.906963.65361680.6536-17.2533141132.6966-241.5462-3381.6468

13、1559.758945.4183-14.340615896.3835-215.109-3226.6351638.61091886.610927.1831875.183-11.427916617.7744-182.8464-2925.54241722.17331985.673314.15231977.6523-8.02117376.9461-136.357-2318.0691811.62032090.62036.75332085.7533-4.86718209.1654-87.606-1576.908195.81482200.31483.10062197.6006-2.714219110.481

14、2-51.5698-979.8262203.68042313.68041.79022311.7902-1.89022073.608-37.804-756.081191.9012940.01865-251.8825512076.5904-2558.7855-30412.91621191.9012+251.882550+2558.7855b20=5684.155.77512076.5904+2558.78550+30412.91615b20=5684.15×59.155.7752式中 xb'=L2+xb=59.15经整理： 251.882550+127.94b=-207.6332

15、558.78550+1520.646b=-1995.296联立方程式，解得 0=-0.92m， b=0.188m首吃水： df=df0+0+b=4.681-0.92+0.188=3.949m尾吃水： da=da0+0=3.872-0.92=2.952 m求出平衡位置后，即可从邦戎曲线上量出船舶处于平衡位置时横剖面浸水面积，如表4：表4：船舶平衡位置的计算结果理论站号力臂系数静水波峰df=4.681da=3.872df=3.949da=2.952横剖面浸水面积i力矩函数Mi=(2)*(3)m²横剖面浸水面积i力矩函数Mi=(2)*(5)m²1)2)3)4)5)坐标插值6)0-

16、10000001-93.3294-29.96460.734116.234-6.6062-814.1442-113.15364.4543235.4543-35.63443-727.618-193.32611.8342358.3342-82.83944-642.7786-256.671625.3342487.3342-152.00525-554.39625-271.9812545.1606-225.8036-466.0139-264.055664.987757.987-259.9487-371.86445-215.5933579.876-239.6288-277.715-155.4394.7651

17、018.765-189.539-179.36-79.3699.3284-99.328410081.0050103.89181258.8918011180.078880.078899.447699.447612279.1526158.305295.00341481.0034190.006813372.90855218.7256581.2677243.803114466.6645266.65867.5321684.532270.12815555.16735275.8367548.70425243.5212516643.6702262.021229.87651877.8765179.25917731

18、.0815217.570517.02621980.5262119.183418820.8174166.539211.92932090.929395.434419913.0151117.13595.73432200.234351.608720109.582195.8212.22312312.223122.231990.3629-1445.75989.10985223.30085修正值4.79105-32.1751.1115511.1155修正和985.57185-1413.57987.9983212.18535Vi=Li5691.6774345705.690183xbi=LMi/i1.35499

19、39741.240255572(V0-Vi)/V0-0.13%-0.38%(xg-xbi)/L-0.02%0.09%2) 剪力、弯矩计算a) 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=108 xg7L该船长宽比L/B6，属于瘦型船舶，取b=1.195，于是有a=0.61+54xg7L=0.6998c=0.61-54xg7L=0.5202压载出港时，空船重量W=2561.67t，则： aWL=15.5208bWL

20、=26.5039cWL=11.5375进而获得船舶空船重量曲线分布，如图1：图1： 船舶空船重量曲线分布再分配载重量。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（图2）和压载出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）。图2： 船舶布置图艉 Fr11：600mm； F11:6.6Fr11Fr39：700mm； F39:26.2Fr39F

21、r112：750mm； F112:80.95Fr112Fr151：700mm； F151:108.25Fr151艏：600mm: 115.45压载出港载况下重量分布：No.3 压载出港项 目 重量 重心高度 重心纵标 垂向力矩 纵向力矩 液面力矩ITEM weight, t KG, m L.C.G., m V.M., t-m L.M., t-m Mfs, t-m空船 light ship 2561.67 7.329 -8.121 18774.5 -20803.3 0.0船员和行李3.10 13.620 -36.131 42.2 -112.0 0.0粮食14.34 13.306 -33.650

22、190.8 -482.5 0.0货物 No.1 货舱 /Fr111-131 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0货物 No.2 货舱 /Fr75-111 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0货物 No.3 货舱 /Fr39-75 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0货物 No.4 货舱 /Fr2-22 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0小计0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0轻油舱 /P/F31-38 20.58 1.120 -34.559 23.1 -711.6 20.0轻油舱 /S/F31-38 25.62 1.120 -34.554 2

23、8.7 -885.3 24.0日用轻油舱 /F22-33 4.19 11.690 -43.100 49.0 -180.6 0.0小计50.39 1.999 -35.267 8.4 -147.8 44.0No.2 重油舱 /P/F39-75 151.94 0.523 -18.022 79.5 -2738.3 412.0No.3 重油舱 /P&S/F39-48 80.73 4.740 -27.812 382.7 -2245.3 0.0日用重油舱 /P/F23-31 31.51 11.690 -39.950 368.4 -1258.8 0.0小计264.18 3.144 -23.629 99

24、.1 -744.6 412.0滑油储存柜 /S/F13-22 14.65 7.050 -46.390 103.3 -679.6 0.0滑油循环柜 /C/F24-34 19.19 1.120 -38.550 21.5 -739.8 0.0小计33.84 3.687 -41.944 70.8 -804.9 0.0首尖舱 F/151-165 183.81 4.065 55.201 747.2 10146.5 0.0No.1 压载水舱 /P&S/F141-151 246.80 3.880 46.654 957.6 11514.2 0.0No.2 压载水舱 /P&S/F131-141 9

25、1.30 1.350 39.760 123.3 3630.1 0.0No.3 压载水舱 /P&S/F111-131 201.82 0.810 28.810 163.5 5814.4 0.0No.4 压载水舱 /P&S/F93-111 193.87 0.840 15.330 162.9 2972.0 0.0No.5 压载水舱 /P&S/F75-93 231.54 0.840 2.168 194.5 502.0 0.0No.6 压载水舱 /P&S/F38-75 368.33 0.840 -16.541 309.4 -6092.5 0.0No.7 压载水舱 /P&am

26、p;S/F48-57 132.86 4.760 -21.280 632.4 -2827.3 0.0No.2 边压载水舱 /P&S/F131-141 131.17 5.190 39.572 680.8 5190.7 0.0No.3 边压载水舱 /P&S/F111-131 354.77 4.740 29.814 1681.6 10577.1 0.0No.4 边压载水舱 /P&S/F93-111 239.45 4.740 17.115 1135.0 4098.2 0.0No.5 边压载水舱 /P&S/F75-93 222.82 4.740 2.201 1056.2 4

27、90.4 0.0No.6 边压载水舱 /P&S/F57-75 212.81 4.740 -11.273 1008.7 -2399.0 0.0小计2811.35 3.149 15.515 670.1 3301.6 0.0淡水舱 P&S 80.88 9.456 -57.727 764.8 -4669.0 16.3污油舱6.50 0.675 -43.434 4.4 -282.3 0.0结冰0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0载重量 deadweight 3264.58 3.342 8.771 10911.1 28632.1 472.3排水量 displacement 582

28、6.25 5.095 1.344 29685.6 7828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。b) 船舶在静水中剪力和弯矩计算c) 船舶在波峰中剪力和弯矩计算得：波峰状态最大剪力：N=900.8864 tf 最大弯矩M=12464.877 tfm具体计算过程详见附表。三、 船舶总纵强度计算1. 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) 参考图纸和计算书a) 基本结构图b) 典型横剖面图c) 弯矩和剪力计算书2) 计算载荷计算弯矩：M=12464.877tfm=124648.77kNm计算剪力：N=900.8864 tf=9008.864k

29、N3) 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/cm²。4) 许用应力a) 总纵弯曲许用应力=0.5s=1175kgf/cm²=11750tf/m2b) 总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力i. 板架跨中=0.65s=1527.5kgf/cm²=15275tf/m2ii. 横舱壁处=s=2350kgf/cm²=23500tf/m2c) 许用剪应力=0.35s=822.5kgf/cm²=8225tf/m22. 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

30、面图所示。图8: 73号肋位剖面典型剖面图（见下页）表5：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,cm²距参考轴距离Zi,m静力矩 5)×6), cm²·m惯性矩 6)×7), cm²·m²自身 惯性矩, cm²·m²构件至中和轴距离Zi',m中拱时总纵弯曲正应力iE, kgf/cm²LB1）2）3）4）5）6）7）8）9）10）11）12）梁侧板210015131511.253543.7539867.19115.76256.59794

31、292.7605>s梁顶板155000.537.512.3461.255673.3750.0014067.64794339.3506>s梁底板155000.537.510.2382.53901.50.0014065.54794246.1705>s梁加强筋8160112.811.6148.481722.3686.83E-056.94794308.29062100梁加强筋8160112.810.9139.521520.7686.83E-056.24794277.23052100围板面板1330013912.3479.75900.310.0005497.64794339.35061

32、577围板加强筋8160112.811.6148.481722.3686.83E-056.94794308.29062100围板加强筋8160112.810.9139.521520.7686.83E-056.24794277.23052100舱口围板210018137811.254252.547840.63138.9156.59794292.7605>s上甲板281500142010.2428443696.80.027445.54794246.1705>s舷侧外板29002818128.75710562168.75569.07674.09794181.8318>s舷侧内板29

33、001514358.753806.2533304.69304.86254.09794181.8318>s二层甲板9150011357.3985.57194.150.0009112.64794117.4931450甲板纵骨3002517510.05753.757575.1880.56255.39794239.5147>s舷侧加强筋202002809.4757587182.050.0013334.82294214.0011>s舷侧加强筋8160225.68.025205.441648.6566.83E-053.37294149.66242100舷侧加强筋8160225.68.75

34、22419606.83E-054.09794181.83182100纵舱壁3400812725.61523.28529.92262.02670.9479442.06152250纵舱壁2400912162.7583.21574.64103.68-1.95206-86.6159347舷侧板34001515105.6285615993.6491.30.9479442.06152880舷侧板24001513602.79722624.4172.8-1.95206-86.6159964舷侧平台8150011203.94681825.20.00064-0.75206-33.37356内底板121500118

35、01.52704050.00216-3.15206-139.862800舭龙骨5100150.753.752.81251.04E-05-3.90206-173.142100舭列75168.75126.56250.004219-3.90206-173.14>s外底50000.023203-4.65206-206.4191901内底板1182501907.51.51361.252041.8750.009151-3.15206-139.8621022外底纵骨2401092160.1225.923.11040.1152-4.53206-201.

36、0941458内底纵骨2201091981.39275.22382.55580.088733-3.26206-144.7431736旁桁75405303.7533.75-3.90206-173.14>s中桁材1500120.5900.7567.550.62533.75-3.90206-173.14>s工字梁翼板25015137.56.432241.21551.3980.1953131.7799478.97862>s工字梁腹板500200.5506.432321.62068.5312.0833331.7799478.97862>s8030.937

37、360.23314112.57 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(AiZi²+i0)-²Ai=280621.1cm²·m²剖面上的应力为i=10³M·Zi/I (kgf/cm²)2. 欧拉应力计算1) 板的欧拉应力计算表6：纵骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算E=800(100t/b)²构件名称短边b,cm板厚t,cm(100t/b)²E梁侧板701.54.592 3673 舱口围板701.86.612

38、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 表7：横骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算E=200(100t/s)²(1+s²/b²)²构件名称短边s,cm长边b,cm板厚t,

39、cm100t/s(1+s²/b²)²E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表8： 自由翼板（面板三边自由支持一边完全自由）欧拉应力计算E=84(100t/b)²构件名称长边a,cm短边b,cm板厚t,cm(100t/b)²E梁加强筋75160.8252100 梁加

40、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表9：纵桁腹板（四边自由支持）欧拉应力计算E=800(100t/b)²构件名称长边a,cm短边b,cm板厚t,cm(100t/b)²E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。3. 船体总纵弯曲剪应力计算本次计算中所用剖面的S/I值代替最大剪应力作用区的S/I值。故可利用总纵弯曲正应力第一次近似计算表中的构件尺寸及其距中和轴的距离计算剪应力计算公式中的静矩S值。表10：静矩S值计算构件名