船体静波浪剪力与弯矩的计算

1、项目二项目二 船体强度计算基本知识船体强度计算基本知识 【3】2-4 船体静波浪剪力和弯矩的计算船体静波浪剪力和弯矩的计算教学目标教学目标:1、掌握传统的标准计算方法；、掌握传统的标准计算方法；、了解坦谷波的绘制、了解坦谷波的绘制、掌握静波浪剪力和弯矩表格计算方法、掌握静波浪剪力和弯矩表格计算方法 四、四、 静波浪剪力和弯矩计算静波浪剪力和弯矩计算船舶由静水状态进入到波浪状态中时，浮力分船舶由静水状态进入到波浪状态中时，浮力分布将改变。浮力分布的变化引起附加波浪剪力布将改变。浮力分布的变化引起附加波浪剪力与弯矩。与弯矩。（一）传统的标准计算方法（一）传统的标准计算方法 分析分析：l对于给定船型

2、的静波浪弯矩，其大小主要取决于对于给定船型的静波浪弯矩，其大小主要取决于波浪要素以及波浪与船舶的相对位置。波浪要素以及波浪与船舶的相对位置。2. 波浪要素波浪要素：波形、波长以及波高。：波形、波长以及波高。3. 坦谷波：波形特征坦谷波：波形特征-波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴线上下的剖面积不相等。线上下的剖面积不相等。2、船与波浪的相对位置、船与波浪的相对位置 波浪是随机的，波浪是随机的，波浪要素波浪要素及船舶在波浪上的及船舶在波浪上的危危险位置险位置的选择，主要考虑的选择，主要考虑可能引起较大的静波浪弯可能引起较大的静波浪弯矩矩。* 1）相对位置对弯矩的影响：）相对位置

3、对弯矩的影响：A：波峰、波谷位于船中：船中剖面会产生最大的：波峰、波谷位于船中：船中剖面会产生最大的波浪弯矩。波浪弯矩。* 其它剖面中的最大弯矩并不发生在波其它剖面中的最大弯矩并不发生在波峰或波谷在船中时；峰或波谷在船中时；B：波长远小于船长：船长范围内有几个波峰和波谷，波高较：波长远小于船长：船长范围内有几个波峰和波谷，波高较小，浮力分布未产生明显的变化；小，浮力分布未产生明显的变化；C：波长远大于船长：波长远大于船长： 也不会引起过大的波浪弯矩；也不会引起过大的波浪弯矩；D：波长稍大开船长：得到最大的波浪弯矩：波长稍大开船长：得到最大的波浪弯矩-但此时的弯矩与但此时的弯矩与波长等于船长时的

4、弯矩相差不大【实际计算时波长等于船长时的弯矩相差不大【实际计算时取波长等于船取波长等于船长长，并且按波峰在船中或波谷在船中两种典型状态进行计算】，并且按波峰在船中或波谷在船中两种典型状态进行计算】* 3、传统的标准算法的假定：、传统的标准算法的假定：）将船舶）将船舶静置于波浪上静置于波浪上：相对静止状态：相对静止状态即：假设波长等于船长，船舶以波速在即：假设波长等于船长，船舶以波速在波浪的传播方向上航行。波浪的传播方向上航行。）以二维坦谷波作为标准波形以二维坦谷波作为标准波形，计算波长，计算波长等于船长，计算波高按有关规范或强度标准等于船长，计算波高按有关规范或强度标准选取；（内河船舶斜置于一

5、个波长上）选取；（内河船舶斜置于一个波长上）取波峰位于船中及波谷位于船中）取波峰位于船中及波谷位于船中两种计两种计算状态算状态分别进行计算。分别进行计算。（二）坦谷波的绘制方法：（二）坦谷波的绘制方法：坦谷波为：车轮滚动时，轮盘内任一点的运动轨迹。坦谷波为：车轮滚动时，轮盘内任一点的运动轨迹。 1. 按坦谷波面方程原理按坦谷波面方程原理其公式如下：【推导】其公式如下：【推导】 cossin2ryrxV2. 坦谷波曲线的计算表坦谷波曲线的计算表 1-3 【p24】按波长按波长/波高波高 比的不同；比的不同；求各站的求各站的y/值，制成表格。值，制成表格。（三）静波浪剪力及弯矩计算（三）静波浪剪力

6、及弯矩计算 1、船舶在波浪中浮态的轴线、船舶在波浪中浮态的轴线【假设【假设以静水线作为坦谷波的轴线，发现不能平衡】以静水线作为坦谷波的轴线，发现不能平衡】根据坦谷波的特点，坦谷波在波轴线以上的剖面积根据坦谷波的特点，坦谷波在波轴线以上的剖面积比在轴线以下的剖面积小。比在轴线以下的剖面积小。1）船中位于波谷时：）船中位于波谷时：中部较两端丰满，船舶在此位置时的浮力要比在静中部较两端丰满，船舶在此位置时的浮力要比在静水中减少许多，因而不能处于平衡，水中减少许多，因而不能处于平衡，船舶将下沉船舶将下沉值值2）船中位于波峰时：相反，一般船舶要）船中位于波峰时：相反，一般船舶要上浮上浮一些。一些。3）同

7、时，船体首尾线型不对称使船舶发生）同时，船体首尾线型不对称使船舶发生纵倾变化纵倾变化。2、波浪上平衡位置的确定、波浪上平衡位置的确定* * * * 结论：求船舶在波浪上的平衡位置，实际上可归结为结论：求船舶在波浪上的平衡位置，实际上可归结为求平衡时波浪轴线的位置求平衡时波浪轴线的位置 和和假定：船舶静置在波浪上，尾垂线较静水时下沉假定：船舶静置在波浪上，尾垂线较静水时下沉可西可西（下沉为正），纵倾角变化为（下沉为正），纵倾角变化为普西普西（首下沉为正），则（首下沉为正），则在距尾垂线在距尾垂线x处剖面下沉或上浮的距离：处剖面下沉或上浮的距离： xx003、利用平衡条件，即排水量和浮心位置与静水

8、中相等的条件，、利用平衡条件，即排水量和浮心位置与静水中相等的条件， 则则b必须满足以下条件必须满足以下条件： 0000dxxbxdxxbLL* 确定平衡的方法：确定平衡的方法： 直接法直接法和和逐步近似法逐步近似法【不介绍】【不介绍】 直接法（直接法（麦卡尔法）：麦卡尔法）：利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位置。的平衡位置。 直壁式无横倾假设直壁式无横倾假设：船舶在水线附近为壁式，同时无横倾：船舶在水线附近为壁式，同时无横倾发生。该方法仅适用于大型运输船舶。【发生。该方法仅适用于大型运输船舶。【电算时可以无此假电算时可以无此假定定】利用直壁式假设利用直壁式假

9、设，实际波面下的浸水面积的计算为：，实际波面下的浸水面积的计算为：iABAiABAiACxFFFFFFFFFiiIiiiii0利用平衡条件，即排水量和浮心位置与静水中相等的条件利用表格计算出上述五个积分系数后，可由上式解出和值，于是就得到了船舶静置于波浪上的实际平衡位置。 特别提示：在进行上述表格计算时注意各符号代表的意义，如有可能请自己推导出来。 bxcxcxVxdxxFVdxxF00276035022020LxVbLVbbb 对于船长大于波长的对于船长大于波长的内河船内河船，需要用将船舶斜置于波浪上的，需要用将船舶斜置于波浪上的方法进行静波浪弯矩计算，斜置的目的在于使船体受力最不利。方法进

10、行静波浪弯矩计算，斜置的目的在于使船体受力最不利。斜置的影响：斜置的影响：在各个在各个非船中剖面非船中剖面，浮力沿船宽的分布不是均匀的了，而，浮力沿船宽的分布不是均匀的了，而是按坦谷曲线。因此船舶除受到总纵弯曲力矩的作用外，还是按坦谷曲线。因此船舶除受到总纵弯曲力矩的作用外，还将受到扭转力距的作用。将受到扭转力距的作用。（四）船舶斜置在波浪上的静波浪弯矩计算（四）船舶斜置在波浪上的静波浪弯矩计算（五）（五）波浪浮力修正波浪浮力修正(或称或称史密斯修正史密斯修正) 考虑了波浪的惯性力；考虑了波浪的惯性力； 修正之后修正之后浮力曲线将会变得更平坦浮力曲线将会变得更平坦（不论波峰或波谷），（不论波峰或波谷），因而静波浪弯矩与剪力也将变小。因而静波浪弯矩与剪力也将变小。 修正后反而偏危险！修正后反而偏危险！ 结果表明：结果表明：一般船舶在满载吃水时，静波浪弯矩可减少一般船舶在满载吃水时，静波浪弯矩可减少左右，而总纵弯矩大约减少左右，而总纵弯矩大约减少 如图如图1-28 29六、总纵弯矩六、总纵弯矩1. 船舶在同一计算状态下，船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩静水弯矩和静波浪弯矩的代数的代数和，称为总纵弯矩，即和，称为总纵弯矩，即)()()(xMxMxMws2. 其他其他各个剖面的最大弯矩的确定：各个剖面的最大弯矩的确定： 其他剖面处的其他剖面处的Mmax