船体强度与结构设计复习
绪论
1.总纵强度:在船体总纵强度计算中,通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁,简称船
体梁。船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲,称为总纵弯曲。船体梁抵抗总纵弯曲的能力,称为总纵强度。
2.船体总纵强度计算的传统方法:将船舶静置在波浪上,求船体梁横剖面上的剪力与弯曲
力矩以及相应的应力,并将它与许用应力相比较以判断船体强度。
3.评价结构设计的质量标准:安全性,营运合适性,船舶的整体配合性,耐久性,工艺性,经
济性。
4.按照静置法所确定的载荷来校核船体的总纵强度,就是否反映船体的真实强度,为什
么？答:按照静置法所确定的载荷来校核船体总强度,不反映船体的真实强度,因为海浪就是随机的,载荷就是动态的,而且当L较大时载荷被夸大,但具有相互比较的意义。
第一章引起船体梁总纵弯曲的外力计算
5.总纵弯曲:船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内所发生的弯曲。(中拱:船体梁中部向
上拱起,首、尾两端向下垂。中垂:船中部下垂,首、尾两端向上翘起。)
6.重量曲线:船舶在某一计算状态下,描述全船重量沿船长分布状况的曲线。绘制重量曲
线的方法:静力等效原则。
7.浮力曲线:船舶在某一装载情况下,描述浮力沿船长分布状况的曲线
8.载荷曲线:在某一计算状态下,描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲
线。
9.静水剪力:船体梁在静水中所受到的剪力沿船长分布状况的曲线。
10.弯矩曲线:船体梁在静水中所受到的弯矩沿船长分布状况的曲线。
(重量的分类:按变动情况来分:①不变重量,即空船重量,包括:船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量。②变动重量,即装载重量,包括货物、燃油、淡水、粮食、旅客、压载等各项可变重量。按分布情况来分:①总体性重量,即沿船体梁全长分布的重量,通常包括:主体结构、油漆、锁具等各项重量。②局部性重量,即沿船长某一区段分布的重量。)
11.局部重量的分配原则(P12):重量的分布原则:静力等效原则。①保持重量的大小不变,
这就就是说要使近似分布曲线所围成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,即要使近似分布曲线所围的面积的形心纵坐标与该项重量的重心坐标相等。③近似分布曲线的范围(分配到理论站的范围)与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。
12.如何获得实际船舶重量分布曲线:答:通常将船舶重量按20个理论站距分布(民船尾－
首,军船首－尾编排),用每段理论站距间的重量作出阶梯形曲线,并以此来代替重量曲线。作梯形重量曲线时,应使每一项重量的重心在船长方向坐标不变,其重量分布范围与实际占据的范围应大致对应,而每一项理论站距内的重量则当做就是均匀的。最终,重量曲线下所包含的面积应等于船体重量,该面积的形心纵向坐标应与船体重心的纵向坐标相同。
13.静水力浮力曲线的绘制:浮力曲线的垂向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,该面积的形心的纵向坐标即为浮心的纵向位置。浮力曲线通常根据邦戎曲线来求得。
14.用于总纵强度计算的剪力曲线与弯矩曲线的特点:①首尾端点处的剪力与弯矩为零,亦
即剪力与弯矩曲线在端点处封闭②零载荷点与剪力的极值相对应,零剪力点与弯矩的极值相对应③剪力曲线大致就是反对称的,零点在靠近船中的某处,在离首尾约船长的
1/4处具有最大正值或负值④弯矩曲线在两端的斜率为零,最大弯矩一般在船中0、4倍船长范围内。
15.波浪剪力:完全由波浪产生的附加浮力引起的附加剪力。
16.波浪弯矩:船舶静置于波浪上,由于波面下的浮力分布相对于原静水面下的浮力分布的
变化而产生的弯矩。(船舶由静水进入波浪时,重量曲线p(x)并未改变,但水面线发生了变化,从而导致浮力的重新分布。波浪下浮力曲线相对静水状态的浮力增量就是引起静波浪剪力与弯矩的载荷。)
17.静水弯矩与波浪弯矩分别与哪些因素有关:静水弯矩就是指在静水中船体在重力与浮
力的总载荷作用下发生弯曲变形产生的弯矩。与船体挠度(有利)与货物分布有关。静波浪弯矩与船型、波浪要素以及船舶与波浪的相对位置有关。
18.坦谷波:波峰陡峭、波谷平坦,波浪轴线上下的剖面积不相等的波。
19.波浪包括哪些要素,在实际计算时各个波浪要素如何选取:波浪要素包括波形、波长与
波高。①在实际计算时,取波长等于船长,并且规定按波峰在船舯与波谷在船舯两种典型状态进行计算。②波长λ与波高h之间没有固定的关系。波高可以按有关规范或强度标准选取(一般随船长而变化)。
20.船舶由静水进入波浪,浮态的变化:若以静水线作为坦谷波的波轴线,①当船舯位于波
谷时,由于坦谷波在波轴线以上的剖面积小于波轴线以下的剖面积,同时船体舯部又比船艏艉两端丰满,所以此时船舶的浮力要比在静水中小,因而不能处于平衡,船舶将下沉ξ值;②而当船舯位于波峰时,一般此时船舶的浮力要比在静水中大,船舶将上浮ξ
值。另外,由于船体艏艉线型不对称,船舶还将发生纵倾。
21.麦卡尔假设的含义:确定船舶在波浪上的平衡位置一般采用直接法,该方法就是由麦卡
尔提出的,故也称麦卡尔法。该方法就是利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位置。因此,在计算时,1要求船舶在水线附近就是直壁(即邦戎曲线在水线附近就是直线)2同时船舶没有横倾发生。
22.静波浪剪力与弯矩的标准计算方法:坦谷波理论。在实际计算时,取计算波长等于船长,
并且规定按波峰在船中与波谷在船中两种典型状态进行计算。传统标准计算方法:①将船舶静置于波浪上,即假想船舶以波速在波浪的传播方向上航行,船舶与波浪处于相对静止状态。②以二维坦谷波作为标准波形,计算波长等于船长,计算波高按有关规范或强度标准选取。③取波峰位于船中及波谷位于船中两种状态分别进行计算。
23.计算状态:通常就是指在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型的装载状
态,一般包括满载、压载、空载与按装载方案可能出现的最不利以及其它正常营运时可能出现的更为不利的装载状态(针对以上方法↑)当波峰位于船舯时,此时船舯部浮力较大,艏艉处浮力较小,船舶处于中拱状态;当波谷位于船舯时,此时船舯部浮力较小,艏艉处浮力较大,船舶处于中垂状态,如图所示。
静水面
波面
中拱静水面
波面
中垂
24.船体挠度对静水弯矩的影响:前面介绍浮力曲线的绘制时,假定船体梁没有任何变形。
实际上,船体梁在载荷的作用下会产生总纵弯曲变形。因此,当船体梁处于中拱状态时,其中部浮力减小,而艏艉两端浮力增大(相对于不考虑船体变形而言),于就是中拱弯曲程度减弱;反之,当船体梁处于中垂状态时,其中部浮力增加,而艏艉两端浮力减小,于就是中垂弯曲趋于平缓。因此,船体挠度对静水弯矩的影响就是有利的。
第二章船体总纵强度计算
25.船体总纵强度校核时,计算剖面的选取:为了进行总纵强度校核,必须首先确定对哪些
剖面进行计算。显然,仅仅需要对可能出现最大弯曲应力的剖面进行计算,这些剖面称为危险剖面或计算剖面。计算剖面的选择原则:1)由总纵弯曲力矩曲线可知,最大弯矩一般在船中0、4倍船长范围内,所以计算剖面一般应选择此范围内的最弱剖面,即有最大的舱口或其它开口的剖面,如机舱、货舱开口剖面。2)船体骨架改变处的剖面,上层建筑端壁处的剖面,主体材料分布变化处的剖面,以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。
26.纵向强力构件:纵向连续并能有效地传递总纵弯曲应力的构件。
27.间断构件:长度较短不能完全有效的传递总纵弯曲应力的构件、
28.上层建筑参与船体总纵弯曲的程度取决于哪些因素:长度超过15% 船长,且长度大于6
倍自身高度的上层建筑以及同时受到不少于3个横舱壁或类似结构支持的长甲板室,可以认为其中部能完全有效的参加抵抗总纵弯曲,但就是其端部参加抵抗总纵弯曲的程度较小,需要扣除不参加抵抗总纵弯曲的构件面积。
29. 最小剖面模数:在一般船舶中,中与轴离船底比较近,一般称强力甲板处的剖面模数为船
体剖面的最小剖面模数。
30. 总纵弯曲应力的第一次近似计算:①画出船体半剖面图;②对纵向强力构件进行编号;
选取参考轴;③进行表格计算;④确定剖面中与轴;⑤计算构件i 的总纵弯曲应力。构件中的总纵弯曲应力就是'i i Z I
M =σ,按上式求得的应力称为总纵弯曲应力的第一次近似计算值。总纵弯曲应力的第一次近似计算,仅仅就是一种强度方面的计算,其前提就就是剖面上的构件没有失稳。
31. 折减系数:i
cr σσ?=,板的临界应力与该板所受到的总纵弯曲的压应力之比来确定该板的折减系数。(1≤?)
32. 刚性构件:受压不失稳的刚性骨架梁、舭列板等相毗连的每一侧宽度等于该板格短边长
度0、25倍的那一部分板。
33. 柔性构件:板格的其余部分在受压后可能失稳,称为柔性构件。只能承受等于临界应力
的压应力。
34. 折减面积i A :构件i 需要折减的剖面积。该值等于板的剖面总面积减去属于刚性构件
部分的剖面积。
35. 在计算船体总纵弯曲的过程中,逐步近似的原因:从折减系数的计算公式可以瞧到,折
减系数的大小与总纵弯曲应力有关,而计算总纵弯曲应力时又假定构件的折减系数已知,因此总纵弯曲应力的计算必定就是个逐步近似的过程。当然,如果总纵弯曲的压应力均未超过板的临界应力,则不必进行折减计算,因而第一次近似计算求得的总纵弯曲应力,就就是进行强度校核的计算应力。
36. 按照纵向构件在传递载荷的过程中产生的应力种类与数目,可将纵向构件分为哪几类:
①只承受总纵弯曲1σ的纵向构件称为第一类构件,如不计甲板横向载荷的上甲板;②同时承受总纵弯曲1σ与板架弯曲2σ的纵向构件称为第二类构件,如船底纵桁、内底板;③同时承受总纵弯曲1σ、板架弯曲2σ以及纵骨弯曲3σ的纵向构件;或者同时承受总纵弯曲1σ、板架弯曲2σ以及板的弯曲4σ(横骨架式)的纵向构件称为第三类构件,如纵骨架式中的纵骨与横骨架式中的船底板;④同时承受总纵弯曲1σ、板架弯曲2σ、纵骨弯曲3σ以及板的弯曲4σ的纵向构件称为第四类构件,如纵骨架式中的船底外板。以上各种弯曲,除总纵弯曲外均称为局部弯曲。
37. 开式剖面弯曲剪应力的计算:由于船体中心线处甲板没有与其它构件相连接,故该处剪
应力等于零,这种结构相当于开式剖面结构,因此按公式It
NS =τ即可求得剖面上各点的剪应力。
38. 许用应力标准就是如何确定的:许用应力就就是在船体结构设计时预计的各种工况下,
结构构件所容许承受的最大应力值。在理论上,材料的极限应力除以安全系数即得到许用应力值。在实际上,许用应力标准就是根据舰船设计、建造与营运的经验,以及积累的实船静载测量与航行试验结果,根据安全与经济的原则而确定的。
39. 极限弯矩:j j j W M σ=就是指船体剖面内离开中与轴最远点的刚性构件中的应力达到结
构材料的屈服极限时(在受拉伸时)或构件的临界应力时(在受压缩时),船体剖面中所对应的总纵弯矩。j σ:船体结构材料的屈服极限γσ,或距中与轴最远点的构件的临界应力cr σ;j W :距中与轴最远点的构件中的拉应力等于材料的屈服极限时的船体最小剖面模数,或距中与轴最远点的构件中的压应力等于该构件的临界应力时的船体最小剖面模数。
40. 过载系数n:n M M j
≥,j M 极限弯矩;M 船舶静置于标准波浪上的计算弯矩;n 值的大
小表明船体结构所具有的承受过载能力的大小。对于不同类型的船舶,n 值就是不同的,具体要求见相关标准。
41. 为什么船体总纵强度的校核内容需要包括极限弯矩:因为船体结构除保证在正常航行
状态中具有足够的强度外,对某种意外的状态也应具有一定的强度储备,船舶可能遇到的意外情况多种多样,如搁浅,碰撞,水下爆炸等。 这些情况下计算状态的外力难于确定。 因而需要用船体剖面中的极限弯矩来估计船体所需过载能力。
42. 船体总纵强度校核通常包括哪三项内容:(1)总合正应力[]
总和总和σσ≤max (2)剪应力[]ττ≤(3)极限弯矩计算M M n j ≥
第三章 船体结构局部强度计算 43. 带板的宽度有哪两种不同的定义:带板:为估算骨架的承载能力,也应当把一定宽度的
板计算在骨架剖面中,这部分板称为带板或附连翼板。针对骨材的具体计算要求,带板的宽度有两种不同的定义与数值:(1)考虑骨材稳定性时的稳定性带板宽度;(2)考虑骨材弯曲时的强度带板宽度。 44. 在校核船底外板的局部强度与稳定性时,板的边界条件如何选取:船底板被船底骨架分
成矩形板格,在板的外表面上作用着均布水压力。由于相邻板格的结构以及所承受的载荷均对称于支承周界 ,所以通常可以认为船底板的四边就是刚性固定的。如图所示,均布载荷q 作用下长边为a,短边为b 的四边刚性固定矩形板的挠度与弯矩的计算公式就是
a
b
x
y
o 45. 在校核船底纵骨的局部强度与稳定性时,纵骨的力学模型如何选取:船底纵骨由肋板支
持,由于纵骨自身结构以及所承受的载荷均对称于肋板,所以可以把纵骨瞧作两端刚性固定在肋板上的单跨梁进行计算,如图所示。 第五章 型材剖面设计
46. 型材理想剖面:由两个面积各为0、5F 的翼板组成,没有腹板,剖面最小剖面模数最大。
47. 型材剖面利用系数:实际剖面模数W 与理想剖面模数0W 的比值0W W =
η称为剖面的利用系数,η值越大,剖面材料的利用率就越高。
48. 型材剖面模数的比面积:剖面面积F 与剖面模数的无因次比值w C 称为型材剖面模数的
比面积,即32w W F
C =。
49. 型材惯性矩的比面积:剖面面积F 与剖面惯性矩的无因次比值i C 称为型材惯性矩的比
面积,即21i I F
C =。
50. 型材剖面要素的计算:型材要素:剖面面积、剖面模数与剖面惯性矩。剖面中与轴到参
考轴的距离:A B e =;剖面对中与轴的惯性矩:eB C Ae C I -=-=2:剖面模