船体强度与结构设计课程设计

目录

一、课程设计内容及资料

1.课程设计任务书.............................................................-1-

2.课程设计主要内容...........................................................-1-

3.船舶设计资料..................................................................-1-

二、船舶剪力与弯矩计算

1.主要数据....................................................................-2-

2.参考资料...................................................................."2-

3.计算状态....................................................................-2-

4.波型和波浪参数选择.........................................................-2-

5.压载出港状态的弯矩和剪力的计算...............................................-3-

三、船舶总纵强度计算..............................

1.计算依据...................................................................-10-

2.船体总纵弯曲正应力计算....................................................-11-

3.船体总纵弯曲剪应力计算....................................................-14-

4.船体中剖面极限弯矩计算-16-

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。

船舶强度与结构设计课程设计运船1103朱炜森

2.课程设计主要内容

（一）、根据相关规范要求完成船舶肿剖面结构设计

（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：LOA=128.40/77

设计水线长：

垂线间长：

计算船长：

型宽:B=19.50m

型深：D=10.20/7;

设计吃水：

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Y=1.025tf/m3

1)2.参考资料

2)全船重量分布汇息表

3)静水力曲线图

4)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=4.24m

浮心纵坐标

xb=0.44m

漂心纵坐标Xf=1.13m

水线面积

.100TPC

4=-------Aw=1537.56m2

P

纵稳心半径

100M7CLpp

BM,«R=176.04m2

A

4.波型和波浪参数选择

波长入=L=115.50m

波高h=4.0m

坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算

2〃7TT2八4〃、

yR=r-cos——x+----(1-cos——x)

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=2.0m入=115.5m

表1:109876543210

0

0

1011121314151617181920

值

中垂站号

x/入0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951

yB-2-1.881-1.543-1.033-0.4210.2180.8151.3181.6931.9232

012345678910

中拱站号

2019181716151413121110

船舶强度与结构设计课程设计运船1103朱炜森

注：表中yB值由波轴线向下为正，向上为负值。

1）5,压载出港状态的弯矩和剪力的计算

2）船舶纵倾调整

a）船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=

△

回

=5826.25/1.025=5684.15m3

第二次近似：

首吃水：

0

02

0

01

+

0-

0

1

回

团

0

0

团

团1

团

(

0

2

回

□

)=4.729m

-3-

尾吃水:

0

02

团

01

+

0-

回

1

团

0

0

团

团

01

团

(

团

2

+

0

0

)=3.868m

展匕

--^-=0.081%<0.1%

Xa-Xb2

g=-0.02%<0.05%

LJ

具体计算过程见表2:

表2:船

舶在静

水中平力臂

第一次近似第二次近似

衡位置系数

的计算

理论站号

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尾吃尾吃

首吃水首吃水

4.531水3.9384.729水3.868

df=df=

da=da=

横剖面浸水面积3i力矩函数横剖面浸水面积3i力矩函数

m2Mi=(2)*(3)m2m2Mi=(2)*(5)m2

1)2)3)插值4)5)插值6)

0-10000000

1-93.4625118.9625-31.16253.3294118.8294-29.9646

2-814.4258245.4258-115.406414.1264245.1264-113.0112

3-727.9454374.4454-195.617827.6225374.1225-193.3575

4-642.9207504.9207-257.524242.7545504.7545-256.527

5-554.2928-271.46454.30345-271.51725

6-465.6649758.6649-262.659665.8524758.8524-263.4096

7-371.25345-213.7603571.5087-214.5261

8-276.8421000.842-153.68477.1651001.165-154.33

9-178.24125-78.2412578.94-78.94

10079.64051234.6405080.7151235.7150

11178.534578.534579.83879.838

12277.42851463.4285154.85778.9611464.961157.922

13371.14635213.4390572.7232218.1696

14464.86421681.8642259.456866.48541683.4854265.9416

15553.3837266.918555.0568275.284

16641.90321889.9032251.419243.62821891.6282261.7692

17729.95531993.4553209.687131.15661994.6566218.0962

18819.6972098.697157.57620.99422099.9942167.9536

19911.1352205.635100.21513.4352207.935120.915

20109.06072319.060790.6079.75012319.750197.501

971.79775203.19005988.34585287.80695

修正值4.5303545.30354.8750548.7505

修正和967.2674157.88655983.4708239.05645

Vi=ALL3i5585.m35679.54387m3

xbi=ALEMi/E

0.m1.m

3i

(V0-Vi)/V01.73%0.081%

(xg-xbi)/L0.35%-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=4.729m,da0=3.868m)作为波轴线，按波峰在船中，由邦戎曲线图

上量出浸水面积3i,再取E=-im,即波轴线向下移动1m,量出各站横剖面浸水面积3bi,

根据表3计算波轴线移动参数C0和b。

表3:静水波面移轴波面力臂系

(3)-(2)(2)*(5)⑷*⑸⑷*⑸2

船浸水面积浸水面积数

-5-

3i3bi

理论

站号

m3

m2m2m2km2m2m

1坐标插坐标插

2)3)4)5)6)7)8)

)值值

0000000000

11.3924116.8920.707116.207-0.68511.3920.6854-0.685

27.1456238.1453.8141234.814-3.3315214.291-6.663-13.326

318.5713365.07111.297357.797-7.2734355.7139-21.8202-65.4606

437.2029499.20224.940486.940-12.2624148.8116-49.0496-196.198

558.919643.708-15.2115294.5982-76.0567-380.283

680.6364773.63662.476755.476-18.1605483.8184-108.961-653.770

795.573176.752-18.8207669.0120-131.742-922.197

8110.5091034.5091.0291015.02-19.4808884.0792-155.843-1246.74

115.190-19.4901036.713-175.412-1578.71

995.7009

35251525025

1119.8701274.87100.371255.37

-19.500101198.708-195.001-1950.01

08080707

1

115.91996.474-19.444111275.109-213.885-2352.73

1

1

111.9671497.9692.5791478.57-19.388121343.606-232.657-2791.88

2

1

96.437078.116-18.320131253.681-238.169-3096.19

3

1

80.90691697.9063.6531680.65-17.253141132.696-241.546-3381.64

4

1

59.758945.418-14.34015896.3835-215.109-3226.63

5

1

38.61091886.6127.1831875.18-11.42716617.7744-182.846-2925.54

6

1

22.17331985.6714.1521977.65-8.02117376.9461-136.357-2318.06

7

1

11.62032090.626.75332085.75-4.86718209.1654-87.606-1576.90

8

船舶强度与结构设计课程设计运船1103朱炜森

1

5.81482200.313.100G2197.G02.714219110.481251.5G98-979.826

9

2

3.68042313.681.79022311.79-1.89022073.608-37.804-756.08

0

940.018612076.590

1191.9012-251.8825-2558.7855-30412.9161

54

,b5684.15

1191.9012+251.88255C+2558.7855—=「…

no205.775

,b5684.15x59.15

12076.59044-2558.7855C+30412.91615—=------——r-------

。n205.7752

式中x1=g+Xb=

59.15

经整理：251.88255C0+127.94b=-207.633

2558.7855L+1520.646b=-1995.296

联立方程式，解得Co=-o.92m,b=0.188m

首吃水：df=df0+g0+b=4.729-0.92+0.1898=3.999m

尾吃水：da=da0+C0=3.868-0.92=2.948m

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

力臂系数静水波峰

号

df=4.729da=3.868df=3.999da=2.948

力矩困数力矩困数

横剖面浸水横剖面浸

Mi=(2)*(3)mMi=(2)*(5)m

面积32水面积3i2

1)2)3)4)5)坐标插值6)

0-1000000

1-93.3294-29.96460.765116.265-6.885

2-814,1264-113.01124.1114235.1114-32.8912

3-727.6225-193.357512.0164358.5164-84.1148

4-642.7545-256.52726.293488.293-157.758

5-554.30345-271.5172545.61435-228.07175

6-465,8524-263.409664.9357757.9357-259.7428

7-371.5087-214.526179.553-238.659

8-277.165-154.3394.17031018.1703-188.3406

9-178.94-78.9499.03105-99.03105

1008C.7150103.89181258.89180

11179.83879.838100.17585100.17585

1227S.961157.92296.45991482.4599192.9198

13372,7232218.169681.9276245.7828

-7-

14466,4854265.941667.39531684.3953269.5812

15555.0568275.28448.6359243.1795

16643,6282261.769229.87651877.8765179.259

17731.1566218.096216.02621979.5262112.1834

18820,9942167.95367.92932086.929363.4344

19913.435120.9153.80852198.308534.2765

20109.750197.5012.21112312.211122.Ill

988.34585-1445.75984.82815167.40925

修正值4.87505-32.1751.1055511.0555

修正和983.4708-1413.57983.7226156.35375

Vi=ALLwi5679.543875680.

Xbi=ALLMi/12wi1.0.

(Vo-Vi)/Vo0.08%0.06%

(Xg-Xbi)/L-0.02%0.37%

3）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=6

108xn

该船长宽比L/B-6,属于瘦型船舶，取b=1.195,于是有

3=0.61+54^=0.6998

c=0.61-54^-=0.5202

压载出港时，空船重量W=2561.67t,贝

W

a—=15.5208

Lt

W

b-=26.5039

L

W

c-=11.5375

L

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

船舶强度与结构设计课程设计运船1103朱炜森

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AL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

震—Frll:600mm；Fll:6.6

Frll—Fr39:700mm：F39:26.2

Fr39—Frll2:750mm；F112:80,95

Frll2—Frl51:700mm；F151:108.25

FrlSl—)W：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而力矩

ITEMweight,tKG,mL.C.G.,mV.M.,t-mL.M.,t-mMfs,l-m

空船lightship2561.677.329-8.12118774.5-20803.30.0

船员和行李3.1013.620-36.13142.2-112.00.0

粮食14.3413.306-33.650190.8-482.50.0

货物No.I货舱/Fr111-1310.00.03.00.00.00.0

货物No.2货舱/Fr75-1110.00.00.00.00.00.0

货物No.3货舱/Fr39-750.00.00.00.00.00.0

货物No.4货舱/Fr2-220.00.00.00.00.00.0

小计0.00.00.00.00.00.0

轻油舱/P/F31-3820.581.120-34.55923.1-711.620.0

轻油舱/S/F3I-3825.621.120-34.55428.7-885.324.0

日用轻油舱/F22-334.1911.690-43.10049.0-180.60.0

小计50.391.999-35.2678.4-147.844.0

No.2重油舱/P/F39-75151.940.523-18.02279.5-2738.3412.0

No.3重油舱/P&S/F39-4880.734.740-27.812382.7-2245.30.0

-9-

日用重油舱/P/F23-3131.5111.690-39.950368.4-1258.80.0

小计264.183.144-23.62999.1-744.64i2.0

滑油储存柜/S/F13-2214.657.050-46.390103.3-679.60.0

滑油循环柜/C/F24-3419.191.120-38.55021.5-739.80.0

小计33.843.687-41.94470.8-804.90.0

首尖舱F/I51-165183.814.06555.201747.210146.50.0

No.l压载水舱/P&S/F14I-I51246.803.88046.654957.611514.200

No.2压载水舱/P&S/F131-14I91.30135039.760123.33630.10.0

No.3压载水舱/P&S/F111-131201.820.81028.810163.55814.40.0

No.4压载水舱/P&S/F93-111193.870.84015.330162.92972.00.0

No.5压载水舱/P&S/F75-93231.540.8402.168194.5502.00.0

No.6年载水舱/P&S/F38-75368.330.840-16.541309.4-6092.50.0

No.7压载水舱/P&S/F48-57132.864.760-21.280632.4-2827.30.0

No,2边压载水舱/P&S/F13I-141131.175.19039.572680.85190.70.0

No.3边压载水舱/P&S/F111-131354.774.74029.8141681.610577.10.0

No.4边压载水舱/P&S/F93-111239.454.74017.1151135.04098.20.0

No.5边压载水舱/P&S/F75-93222.824.7402.2011056.2490.40.0

No.6边压载水舱/P&S/F57-75212.814.740-11.2731008.7-2399.00.0

小计2811.353.14915.515670.13301.60.0

淡水舱P&S80.889.456-57.727764.8-4669.016.3

污油舱6.500.675-43.4344.4-282.30.0

结冰0.00.00.00.00.00.0

载重量deadweight3264.583.3428.77）10911.128632.1472.3

排水量displacement5826.255.0951.34429685.67828

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

载荷

曲线

重力

曲线

浮力

曲线

剪力

曲缉

船舶强度与结构设计课程设计运船1103朱炜森

一方矩

曲线

曲线

力

重

线

曲

力

浮

线

曲

力

剪

得：

波峰状态最大剪力：N=932.1058tf最大弯矩M=12451.58tfm

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

-11-

2）计算载荷

计算弯矩：M=12451.58tf・m=.8kN・m

计算剪力：N=932.1058tf=9321.058kN

3）船体材料

4）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。

5）许用应力

a）总纵弯曲许用应力［。］=0.5。s=1175kgf/cm2=11750tf/m2

b）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［。］=0.65。s=1527.5kgf/cm2=15275tf/m2

ii.横舱壁处［。］=°s=2350kgf/cm2=23500tf/m2

c）许用剪应力［T］=0.35。s=822.5kgf/cm2=8225tf/m2

1.2.船体总纵弯曲正应力计算

2.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。

图8:73号肋位剖面典型剖面图（见下页）

船舶强度与结构设计课程设计运船1103朱炜森

5C0

160*8

g

220-10

7100*5

\240*1

表5:总纵弯曲正应力第一次近似计算表

构件名称构件尺数构件剖距参考静力矩惯性矩自身构件至中中拱时总。邑

寸，mm量面积轴距离5)X6),6)X7),惯性矩，和轴距离纵弯曲正kgf/cm2

LBAi,cmJZi,mcm2,mcm2・m2cm2・m2Zi),m应力。i

1)2)3)4)5)6)7)8)9)10)11)12)

梁侧板39867.1115.762>os

210015131511.253543.756.59794292.7605

95

梁顶板5673.37>0S

155000.537.512.3461.250.7.64794339.3506

5

梁底板155000.537.510.2382.53901.50.5.54794246.1705〉。S

梁加强筋1722.366.83E-02100

8160112.811.6148.486.94794308.2906

85

梁加强筋1520.766.83E-02100

8160112.810.9139.526.24794277.2305

85

围板面板1330013912.3479.75900.310.7.64794339.35061577

围板加强筋1722.366.83E-02100

8160112.811.6148.486.94794308.2906

85

-13-

围板加强筋1520.766.83E-02100

8160112.810.9139.526.24794277.2305

85

舱口围板47840.6〉。S

210018137811.254252.5138.9156.59794292.7605

3

上甲板281500142010.2428443696.80.027445.54794246.1705>0S

舷侧外板62168.7569.076〉。S

29002818128.7571054.09794181.8318

57

舷侧内板33304.6304.862>0S

29001514358.753806.254.09794181.8318

95

二层甲板9150011357.3985.57194.150.2.64794117.4931450

甲板纵骨7575.18>os

3002517510.05753.750.56255.39794239.5147

8

舷侧加强筋202002809.4757587182.050.4.82294214.0011>。S

舷侧加强第1648.656.83E-02100

8160225.68