第三章船舶结构强度与结构设计课件(使用.pptx

L o g Company LogoCompany Logo本节内容本节内容船体扭转强度计算的必要性船体扭转强度计算的必要性1作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力2船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩3扭转强度计算的标准状态扭转强度计算的标准状态4L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性1、船舶大开口引起船舶抗扭刚度减小 甲板开口船舶如下图所示：L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性 甲板面积严重损失，开口宽度b与船舶宽度B比值可达到80%。开口和闭口的自由扭转惯性矩按下式计算开口惯性矩：闭口惯性矩：L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性 开口后，扭转惯性矩显著降低。因此大开口船舶容易出现扭转刚度不足发生扭转变形破坏。2、提高扭转刚度的结构措施L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性 L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性3、船体扭转强度计算的方法与步骤 1）确定扭矩产生的原因，计算扭矩；2）根据横剖面结构的布置，确定扭转刚度严重消弱的剖面，计算该剖面的船体抗扭惯性矩；3）计算扭转剪应力 计算模型：船体梁模型，按照总强度第一次总弯曲应力的计算方法，将船体简化为梁模型，计算剖面的抗扭特性。L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力船舶斜浪航行引起的扭转力矩船舶斜浪航行引起的扭转力矩 计算假定：不考虑波浪的动效应，计算结果为静波浪扭矩。波长与船长之间关系为：L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 图 4-1.船舶斜浪航行受力图L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 1、垂向力引起的扭矩 前体浮心距离中纵剖面为e,排水量为V；后体浮心距离中纵剖面为e。在船中的扭矩为:前体排水量。单位长度扭矩的计算：考虑单位船长，重力作用线通过中纵剖面，但是浮力的作用线离开中纵剖面为距离e,如下图L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 图 单位长度浮力作用线偏离中纵剖面L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 单位长度的扭矩为：单位长度船舶浮力作用线到中纵剖面的距离；：单位长度的浮力 ：单位长度的扭矩。计算斜浪航行的波浪扭矩关键是计算每个横剖面上的波面线,即确定波面与横剖面的交线。L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点首端点扭矩为零，即船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 图 波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 扭矩曲线的斜率等于分布扭矩曲线：L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力大开口船舶水平力引起的扭矩大开口船舶水平力引起的扭矩 由于扭转中心离开重心G较远，扭转中心在横剖面结构的下方，水平力：两舷压力差引起水平扭矩，如下图:微段上压力差的合力作用中心；：作用中心线到扭转中心的距离。水平力引起的单位长度的扭矩为：L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 图4-4.吃水不对称引起的压力差L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力 单位长度的总 扭矩为垂向力单位长度扭矩和水平力单位长度扭矩叠加，即单位长度扭矩=L o g Company LogoCompany Logo作用在船体上的扭转外力作用在船体上的扭转外力船舶倾斜产生的扭矩(货物引起的扭矩)船舶倾斜由于装载不对称引起，船舶在航行过程中，由于风浪作用船舶发生剧烈运动，货物移动，导致装载不对称引起船舶出现倾角，船舶在有横倾角的状态保持平衡状态：即全船重量=排水量，横倾力矩=复原力矩。产生扭矩的原因：虽然总体上船舶满足平衡状态，但是单位长度上倾斜力矩与复原力矩不相等，其存在差额，该差额引起扭矩。L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 船舶在波浪上横摇时，横摇加速度引起惯性力，产生扭矩。L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 图 横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 扭转轴：通过全船重心的纵轴。1、离心力对于扭转轴的回转力矩=02、切向惯性力对于扭转轴的倾斜力矩 ：横摇加速度引起的单位长度的倾斜力矩L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 单位长度整个剖面质量对于扭转轴的质量惯性矩。3、船舶倾斜 角时，浮力作用产生的复原力矩 船舶倾斜 角时，浮力作用产生复原力矩c和倾斜力矩k在单位长度上是不相等的，其差值（k-c）引起单位长度的扭矩。距离尾端x处剖面上的扭矩为：L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩:船舶倾斜后的复原力矩,:船舶单位长度的排水量;:单位长度上浮力作用线到重力作用线的距离。L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 图 .船舶倾斜后重力作用线到浮力作用线的距离eL o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 4、扭矩曲线的特点尾端扭矩=0首端扭矩为：船舶静水中横摇的运动方程为:L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 GM为初稳性高，M为横稳心；G重心；I全船的极惯性矩。倾斜力矩 复原力矩L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 全船转动平衡条件，得：即横摇扭矩曲线端部为零。L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 5、横摇扭矩曲线的计算和绘制（1）计算单位长度剖面的惯性矩 （3）给定横摇角 ，计算浮力引起的复原力矩c：（2）积分得当每个站段的转动惯量得曲线2：曲线1曲线2曲线3L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 曲线4：（4）积分得当每个站段的浮力引起的复原力矩：在曲线的右端，船首部：（5）转动惯量曲线2扩大 ，得到惯性力矩曲线L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 曲线5=曲线2 L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩（6）横摇扭矩为曲线5与曲线4之差：曲线6L o g Company LogoCompany Logo船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩 结语：结语：总横摇惯性扭矩大约为斜浪波浪扭矩的30%，因此可在得到波浪扭矩后，引入系数1.3，放大波浪扭矩作为考虑横摇惯性力的扭矩。L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的标准状态扭转强度计算的标准状态(1)船体无横倾船体无横倾;(2)航向角为航向角为45度度;(3)取坦谷波取坦谷波,有效波长等于船长，波高等于有效波长等于船长，波高等于-有效波长有效波长。（4）计算时，分别取波峰在船中和波谷在船中。）计算时，分别取波峰在船中和波谷在船中。L o g Company LogoCompany Logo小结小结 小小 结：结：（1）引起的扭矩的因素：斜浪扭矩：斜浪航行，前体和后体浮力分布反对称，引起扭矩；货物扭矩：货物移动，引起船舶重心偏移，单位长度上，重量力矩和浮力力矩不完全相同，存在差额，该差额引起货物扭矩；L o g Company LogoCompany Logo扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性 横摇扭矩：船舶横摇运动的惯性力引起扭矩。（2）总扭矩：总扭矩=波浪扭矩+货物扭矩+横摇扭矩（3）斜浪扭矩占总扭矩的70%，如果货物没有偏移，则货物扭矩为零，横摇惯性力引起的扭矩占斜浪扭矩的30%。L o g oC l i c k t o e d i t c o m p a n y s l o g a n