船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)材料

1、船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)材料緒論1. 船體強(qiáng)度 ：是研究船體結(jié)構(gòu)安全性的科學(xué)。2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù) ： 選擇合適的結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)型式， 決定全部構(gòu)建的尺寸和連接方式，在保證具有充足的強(qiáng)度和安全性等要求下，使結(jié)構(gòu)具有最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。3. 全船設(shè)計(jì)過(guò)程 ：分為初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的方面：安全性；營(yíng)運(yùn)適合性；船舶的整體配合性；耐久性； 工藝性；經(jīng)濟(jì)性。5. 極限狀態(tài) ： 是指在一個(gè)或幾個(gè)載荷的作用下， 一個(gè)結(jié)構(gòu)或一個(gè)構(gòu)件已失去了它應(yīng)起的各種作用中任何一種作用的狀態(tài)。第一章 引起船體梁總縱彎曲的外力計(jì)算1. 船體梁 ：在船體總縱強(qiáng)度計(jì)算中，通常將船體理想化為

2、一變斷面的空心薄壁梁。2. 總縱彎曲：船體梁在外力作用下沿其縱向鉛垂面所發(fā)生的彎曲。3. 總縱強(qiáng)度：船體梁抵抗總縱彎曲的能力。4. 引起船體梁總縱彎曲的主要外力 ：重力與浮力。5. 船體梁所受到的剪力和彎矩的計(jì)算步驟 ：計(jì)算重量分布曲線平p(x) ；計(jì)算靜水浮力曲線bs(x) ；計(jì)算靜水載荷曲線qs(x)=p(x)-bs(x)；計(jì)算靜水剪力及彎矩：對(duì)積分、二重積分；計(jì)算靜波浪剪力及彎矩：計(jì)算總縱剪力及彎矩：+。6. 重量的分類 ：按變動(dòng)情況來(lái)分：不變重量(空船重量)、變動(dòng)重量(裝載重量)；按分布情況來(lái)分： 總體性重量 (沿船體梁全場(chǎng)分布) 、 局部性重量 (沿船長(zhǎng)某一區(qū)段分布)7. 靜力等效原

3、則 ：保持重量的大小不變；保持重心的縱向坐標(biāo)不變；近似分布曲線的圍與該項(xiàng)重量的實(shí)際分布圍相同或大體相同。8. 浮力曲線：船舶在某一裝載情況下，描述浮力沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線。9. 載荷曲線：在某一計(jì)算狀態(tài)下，描述引起船體梁總縱彎曲的載荷沿船長(zhǎng)分布狀況的曲線。10. 載荷、剪力和彎矩之間的關(guān)系 ：零載荷點(diǎn)與剪力的極值相對(duì)應(yīng)、零剪力點(diǎn)與彎矩的極值相對(duì)應(yīng)；載荷在船中前后大致相等， 故剪力曲線大致是反對(duì)成的， 零點(diǎn)靠近船中， 在首尾端約船長(zhǎng)的 1/4 處具有最大正、負(fù)值；兩端的剪力為零，彎矩曲線在兩端的斜率為零(與坐標(biāo)軸相切)。11. 計(jì)算狀態(tài) ：指在總縱強(qiáng)度計(jì)算中為確定最大彎矩所選取的船舶典型裝載狀態(tài)

4、，一般包括滿載、 壓載、 空載等和按裝載方案可能出現(xiàn)的最為不利以及其它正常營(yíng)運(yùn)時(shí)可能出現(xiàn)的更為不利的裝載狀態(tài)。12. 撓度及貨物分布對(duì)靜水彎矩的影響：撓度：船體撓度對(duì)靜水彎矩的影響是有利的；貨物：自首至尾（或自尾至首）的連續(xù)裝卸順序，將滿、空艙分散且間隔安排。13. 靜波浪彎矩的影響因素：船型、波浪要素（波形、波長(zhǎng)、波高）以及船舶與波浪的相對(duì)位置。14. 坦谷波的特點(diǎn)：波峰陡峭，波谷平坦，波浪軸線上、下的剖面積不相等。軸線以下面積 比以上面積大（波谷面積大于波峰面積）。15. 靜波浪剪力和彎矩的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法（靜置法）：將船舶靜置于波浪上，即假想船舶以波速在波浪的傳播方向上航行，船舶與波浪處

5、于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)；以二維坦谷波作為標(biāo)準(zhǔn)波形，計(jì)算波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)，計(jì)算波高按有關(guān)規(guī)或強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)選??；取波峰位于船中兩種狀態(tài)分別進(jìn)行計(jì)算。16. 確定船舶在波浪上平衡位置的方法：逐步近似法、直接發(fā)（麥卡爾法）。17. 波浪浮力修正（史密斯修正）：計(jì)及波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力的影響，即考慮波浪動(dòng)水壓力影響對(duì)浮力曲線所作的修正。18. 總縱彎矩：船舶在同一計(jì)算狀態(tài)下，靜水彎矩和靜波浪彎矩的代數(shù)和。第二章船體總縱強(qiáng)度計(jì)算1 .船體剖面模數(shù)（W=I/Z）:表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一種幾何特性，也是衡量船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志。2 .計(jì)算剖面（危險(xiǎn)剖面）：可能出現(xiàn)最大彎曲應(yīng)力的剖面。3 .縱向強(qiáng)力構(gòu)件

6、：縱向連續(xù)并能有效地傳遞總縱彎曲應(yīng)力的構(gòu)件。4 .間斷構(gòu)件：長(zhǎng)度較短的縱向構(gòu)件。 其參與總縱彎曲的有效性取決于其長(zhǎng)度及與船體的連接情況。5 .船體總縱強(qiáng)度計(jì)算中必須考慮的兩個(gè)主要問(wèn)題：反映船體結(jié)構(gòu)的工作特征（結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和構(gòu)件的多重作用）。6 .縱向強(qiáng)力構(gòu)件分類：第一類構(gòu)件：只承受總縱彎曲；（不計(jì)甲板橫荷重的上甲板）第二類構(gòu)件：同時(shí)承受總縱彎曲和板架彎曲;（船底縱桁、底板）第三類構(gòu)件：同時(shí)承受總縱彎曲、 板架彎曲、縱骨彎曲/板的彎曲；（縱骨架式中的船底縱 骨、橫骨架式中的船底板）第四類構(gòu)件：同時(shí)承受總縱彎曲、板架彎曲、縱骨彎曲、板的彎曲；（縱骨架式中的船底板）7 .許用應(yīng)力：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)的各

7、種工況下，船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件所容許承受的最大應(yīng)力值。（許用應(yīng)力通常小于構(gòu)件材料破壞時(shí)的極限應(yīng)力值或結(jié)構(gòu)發(fā)生危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)材料所對(duì)應(yīng)的極限應(yīng) 力值，以保證其強(qiáng)度有足夠的儲(chǔ)備，許用應(yīng)力值隨船長(zhǎng)而增加）8 .安全系數(shù)（K）:考慮強(qiáng)度計(jì)算中的許多不確定性，為保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必要的安全度而引入的強(qiáng)度儲(chǔ)備。9 .船體總縱彎曲的總撓度：彎曲撓度與剪切撓度之和，船體的總撓度與船長(zhǎng)之比應(yīng)小于1/4001/500 。10 .船體極限彎矩：在船體剖面離中和軸最遠(yuǎn)點(diǎn)的剛性構(gòu)件中引起的應(yīng)力達(dá)到結(jié)構(gòu)材料屈服 極限（受拉）或構(gòu)件的臨界應(yīng)力（受壓）的總縱彎曲力矩。第三章船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度計(jì)算1 .局部強(qiáng)度：船體在外力作用下除發(fā)生總縱彎曲變形

8、外，各種局部結(jié)構(gòu)，如船底、甲板、船 側(cè)和艙壁板架以及橫向肋骨框架也會(huì)因局部在和作用而發(fā)生變形、失穩(wěn)或破壞。2 .影響計(jì)算模型的主要因素 ：結(jié)構(gòu)的重要性：對(duì)重要結(jié)構(gòu)應(yīng)采用比較精確的計(jì)算模型；設(shè)計(jì)階段：在可步設(shè)計(jì)階段可用較粗糙的模型,在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段則需要較精確的計(jì)算模型；計(jì)算問(wèn)題的性質(zhì)：對(duì)于結(jié)構(gòu)靜力分析， 一般可用較復(fù)雜的計(jì)算模型，對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力和穩(wěn)定性分析，由于問(wèn)題比較復(fù)雜，可用簡(jiǎn)單的計(jì)算模型。3 .三種支座情況：自由支持在剛性支座上；剛性固定；彈性支座和彈性固定。（簡(jiǎn)化成何種支座，視相鄰構(gòu)件與計(jì)算構(gòu)件間的相對(duì)剛度及受力后變形特點(diǎn)而定）4 .帶板（附連翼板）：為估算骨架的承載能力，應(yīng)八一定寬度的板

9、計(jì)算在骨架剖面中，即作 為它的組成部分來(lái)計(jì)算骨架梁的剖面面積、慣性矩和剖面模數(shù)等幾何要素。5 .船底結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算步驟：船底外板的強(qiáng)度計(jì)算；船底縱骨彎曲應(yīng)力計(jì)算；船底板架計(jì)算；第四章 船體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算1 .甲板大開(kāi)口船舶特點(diǎn)：艙口寬度已達(dá)到、甚至超過(guò)船寬的80%艙口長(zhǎng)度達(dá)到艙壁間距的90%2 .作用在船體上的扭轉(zhuǎn)外力：船舶斜浪航行時(shí)的扭矩;船舶傾斜時(shí)的扭矩;船舶搖擺 時(shí)的扭矩；3 .扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) ：船體為直立狀態(tài)；船的航向角與波浪行進(jìn)方向的夾角取作a=45° ;取坦谷波，有效波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)：入 /cos45 0 =入根號(hào)二二L,同時(shí)，取波高h(yuǎn)為波長(zhǎng)入的 1/20 ;船與波浪的

10、相對(duì)位置是把船中設(shè)在波峰上（中拱）或設(shè)在波谷上（中垂），并且通常不做史密斯修正。4 .符拉索夫兩個(gè)基本假設(shè)：薄壁梁中面無(wú)剪切變形；梁的橫剖面外廓投影形狀不變（剛周邊假設(shè)）。5 .等直薄壁梁扭轉(zhuǎn)理論：開(kāi)口剖面薄壁梁自由扭轉(zhuǎn)；閉口剖面薄壁梁自由扭轉(zhuǎn)。第五章型材剖面設(shè)計(jì)1 .型材剖面設(shè)計(jì)應(yīng)符合的要求 ：具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；應(yīng)盡可能符合生產(chǎn)與工藝方面的要求，如簡(jiǎn)單制造簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量高；滿足特殊結(jié)構(gòu)與營(yíng)運(yùn)使用的要求；剖面材料分布合理，使所得結(jié)構(gòu)重量最輕，這是船體結(jié)構(gòu)工程師的重要目標(biāo)之一。2 .衡量型材剖面材料分布合理程度的指標(biāo)：剖面利用系數(shù)；比面積。3 .船體骨架梁帶板寬度的變化對(duì)梁材最小剖面

11、模數(shù)的影響不大（f2變化對(duì)W1的影響不大）4 .增加不對(duì)稱剖面型材最小剖面模數(shù)最有效地辦法是增加腹板的高度，或者腹板高度不變時(shí)，增加小翼板的剖面積（增加 fl或增加h, W1增加明顯）。5 .型材腹板的相當(dāng)面積：相當(dāng)于使最大剪應(yīng)力沿腹板高度均勻分布的剖面積。6 .型材的局部穩(wěn)定性：其翼板和腹板的穩(wěn)定性。7 .型材剖面設(shè)計(jì)要求：翼板最大彎曲正應(yīng)力（T不超過(guò)許用應(yīng)力（T ,即（T =M/W1<=b ；腹板最大剪應(yīng)力。不超過(guò)許用值° ,及。=NS/It<= t ;保證腹板不喪失局部穩(wěn)定性，即要求 h/t<=m ;考慮腐蝕或工藝性，即要求 t>=t0 ;保證面板不能喪

12、失局部穩(wěn)定性，即要求 b/t1<=n0。第六章 船體中剖面計(jì)算法設(shè)計(jì)1. 船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)：運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析方法的綜合來(lái)確定船體橫剖面的最優(yōu)尺寸和所有構(gòu)件的尺寸，并保證結(jié)構(gòu)在外載荷作用下具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性。2. 基本要求：在計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，假定船體總布置和線型已經(jīng)確定。 廣義地說(shuō)， 中剖面結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)應(yīng)包括綜合決定縱、橫構(gòu)件布置及其尺寸。3. 相當(dāng)厚度：是船體板厚度與所有縱骨剖面積平鋪在其寬度上的假想厚度相加所得。4. 設(shè)計(jì)問(wèn)題分步（分級(jí)優(yōu)化） ：計(jì)算滿足總縱強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)相當(dāng)厚度，即解決材料在整個(gè)橫剖面上的最優(yōu)配置；根據(jù)求得的相當(dāng)厚度， 按局部強(qiáng)度與穩(wěn)定性等要求確定板格及縱骨的尺寸，

13、即解決材料在板與縱骨間的合理分配。5. 插值法實(shí)質(zhì)： 用插值方法求船體剖面在甲板和船底應(yīng)力都等于其許用應(yīng)力時(shí)真實(shí)中和軸的位置。6. 設(shè)計(jì)要求：總強(qiáng)度要求；局部強(qiáng)度要求；穩(wěn)定性要求：保證縱骨具有足夠的剛度和 穩(wěn)定性，使它在板格失穩(wěn)之前不發(fā)生失穩(wěn)破壞，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首要的和最基本的原則。第七章 船體結(jié)構(gòu)規(guī)法設(shè)計(jì)1. 規(guī)法設(shè)計(jì)的基本步驟 ：根據(jù)對(duì)母型船的研究和所設(shè)計(jì)船的特殊要求， 分析所設(shè)計(jì)船的船體強(qiáng)度要求， 選擇合適的建造規(guī)；根據(jù)型線圖和總布置圖， 繪制中剖面圖、 基本結(jié)構(gòu)圖和肋骨型線圖等草圖， 并進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步布置；按規(guī)計(jì)算船體主要構(gòu)件的尺寸，邊計(jì)算、邊繪圖、邊完善初始的結(jié)構(gòu)布置方案。2. 建造規(guī)的選用 ： 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前， 首先要根據(jù)設(shè)計(jì)船的建造材料、 航行區(qū)域及類型等選擇合適規(guī)。3. 結(jié)構(gòu)布置的一般原則和規(guī)定 ：結(jié)構(gòu)的整體性原則；受力的均勻性和有效傳遞原則；結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和減少應(yīng)力集中原則；局部加強(qiáng)原則；一些基本規(guī)定。第八章 上層建筑設(shè)計(jì)1. 上層建筑 ：船體最上層連續(xù)甲板以上的艙室結(jié)構(gòu)物。2. 上層建筑的特點(diǎn) ：以一舷伸至另一舷的或其側(cè)壁板離舷側(cè)外板向部大于船寬的4%；甲板室的側(cè)壁則在主題舷側(cè)外板向相當(dāng)?shù)木嚯x。3. 端點(diǎn)效應(yīng) ： 由于水平剪力對(duì)上層建筑的偏心作用， 將使上層建筑向與主