船体强度与结构设计计算书.docx

1500 m3耙吸式挖泥船
基 本 设 计

标记
数量
修改标号记
签字
日期
总纵强度计算书
文件编号
编制
周晗
班级
2班
校对

学号
3009205278
标检

总面积

共18 页
第1页
审核

天津大学建工学院船舶工程系
审定

日期
2012.8.25

目 录
1.计算说明 …………………………………………………………………………………………………3
2. 剪力和弯矩计算………………………………………………………………………………………4
2.1计算重量分布和浮力分布………………………………………………………………………………4
2.2计算静水剪力和静水弯矩………………………………………………………………………………5
2.2.1 分别绘制站间载荷、剪力和弯矩图………………………………………………………………………7
2.3 计算总纵弯矩值和剪力值……………………………………………………………………………8
3 总纵弯曲应力、受压构件的稳定性校核及折减计算……………………………………11
3.1 临界应力失稳计算………………………………………………………………………………………13
4 结论…………………………………………………………………………………………………………14

1计算说明

本计算书是1500 m3耙吸式挖泥船总强度计算书，涉及到挖泥船的静水弯矩、剪力，波浪附加弯矩、附加剪力，计算总弯曲应力等等，以校核是否满足设计要求。这里我们只计算满载到港的情况。具体计算内容如下：
1.1 计算内容
（1） 静水弯矩、剪力
（2） 波浪附加弯矩、附加剪力
（3） 剪力、弯矩合成
（4） 计算总弯曲应力、受压构件的稳定性校核及折减计算
（5） 折减后的高次总弯曲应力计算
（6） 计算结果分析及结论
（7） 计算工况：满载出港
（8） 计算状态：中拱和中垂

1.2 主要技术参数
船长：78米；满载排水量：5020吨；平均吃水：5.4米；站距：米，波高：4米；重心在舯前：米;艏吃水:米;尾吃水: 米。
主尺度：船长：78米，船宽：14.5米，型深：6.3米，设计吃水5.1米，肋距：0.6米，强框架间距：1.8米。
海水密度：10.055KN/m3
船体材料：
计算剖面的所有构件均采用低碳钢，屈服极限 σY=235.2N/mm2
许用应力：
1. 总纵弯曲许用应力 ：[σ]=0.5σY
2. 总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力：
在板架跨中 ： [σ1+σ2]=0.65σY
在横舱壁处： [σ1+σ2]=σY

1.3静水弯矩计算资料
(1)站间重量（吨） 表（1-1）
0~1
1~2
2~3
3~4
4~5
5~6
6~7
7~8
8~9
9~10
57．605
62.716
81.581
183.623
177.206
202.028
274.463
472.659
454.598
456.448
10~11
11~12
12~13
13~14
14~15
15~16
16~17
17~18
18~19
19~20
418.771
408.105
405.117
401.806
435.472
166.794
147.993
83.401
74.619
54.859

(2)静水平衡状态各站横剖面浸水面积（ 表（1-2）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
23
41
56
66
72
75
77
77
77
77
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

77
77
78
78
79
78
68
51
25
5

2 剪力和弯矩计算
2.1 计算重量分布和浮力分布
根据表（1-1）绘制站间重量分布曲线：

图2-1 站间重量分布梯形图

依据表（1-2）计算静水浮力：
表（2-1） 静水浮力计算

图2-2 浮力分布曲线图

2.2 计算静水剪力和静水弯矩
根据表格（1-1）和表格（2-1）绘制静水剪力和静水弯矩的计算表格如下： 表（2-2）
静水计算
站号
理论站间重量（吨）
理论站间重量（KN）
理论站间浮力（KN）
理论站间载荷（KN）
（3）-（4）
第（5）列自上至下和
第（6）列积分
对第(5)列不封闭的修正值
剪力值
（6)*L/2
对第（10）列的不封闭值的修正
弯矩值
理论站号
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
（12）

0
0

0
0-1
57.605
565.105
647.03925
-81.9342
-81.9342
-81.9342
-7.28985
-74.6443
-159.772
-128.153
-31.6192
1
1-2
62.716
615.244
1254.864
-639.62004
-721.554
-885.423
-14.5797
-706.975
-1726.57
-256.305
-1470.27
2
2-3
81.581
800.310
1901.90325
-1101.59364
-1823.15
-3430.12
-21.8696
-1801.28
-6688.74
-384.458
-6304.29
3
3-4
183.623
1801.341
2392.0845
-590.74287
-2413.89
-7667.16
-29.1594
-2384.73
-14951
-512.61
-14438.4
4
4-5
177.206
1738.391
2705.8005
-967.40964
-3381.3
-13462.4
-36.4493
-3344.85
-26251.6
-640.763
-25610.8
5
5-6
202.028
1981.895
2882.26575
-900.37107
-4281.67
-21125.3
-43.7391
-4237.93
-41194.4
-768.915
-40425.5
6
6-7
274.463
2692.482
2980.302
-287.81997
-4569.49
-29976.5
-51.029
-4518.46
-58454.2
-897.068
-57557.1
7
7-8
472.659
4636.785
3019.5165
1617.26829
-2952.22
-37498.2
-58.3188
-2893.9
-73121.5
-1025.22
-72096.3
8
8-9
454.598
4459.606
3019.5165
1440.08988
-1512.13
-41962.6
-65.6087
-1446.52
-81827
-1153.37
-80673.6
9
9-10
456.448
4477.755
3019.5165
1458.23838
-53.8949
-43528.6
-72.8985
19.00362
-84880.7
-1281.53
-83599.2
10
10-11
418.771
4108.144
3019.5165
1088.62701
1034.732
-42547.8
-80.1884
1114.92
-82968.1
-1409.68
-81558.4
11
11-12
408.105
4003.510
3019.5165
983.99355
2018.726
-39494.3
-87.4782
2106.204
-77013.9
-1537.83
-75476
12
12-13
405.117
3974.198
3039.12375
935.07402
2953.8
-34521.8
-94.7681
3048.568
-67317.4
-1665.98
-65651.5
13
13-14
401.806
3941.717
3058.731
882.98586
3836.786
-27731.2
-102.058
3938.843
-54075.8
-1794.14
-52281.7
14
14-15
435.472
4271.980
3078.33825
1193.64207
5030.428
-18864
-109.348
5139.775
-36784.7
-1922.29
-34862.5
15
15-16
166.794
1636.249
3078.33825
-1442.08911
3588.339
-10245.2
-116.638
3704.976
-19978.1
-2050.44
-17927.7
16
16-17
147.993
1451.811
2862.6585
-1410.84717
2177.491
-4479.37
-123.927
2301.419
-8734.78
-2178.59
-6556.19
17
17-18
83.401
818.164
2333.26275
-1515.09894
662.3924
-1639.49
-131.217
793.6097
-3197
-2306.75
-890.26
18
18-19
74.619
732.012
1490.151
-758.13861
-95.7462
-1072.84
-138.507
42.76095
-2092.04
-2434.9
342.8527
19
19-20
54.859
538.167
588.2175
-50.05071
-145.797
-1314.39
-145.797
0
-2563.05
-2563.05
-0.00389
20
由表（2-2）可知：
满载重量：W=49246.2KN 重心坐标 米
艏吃水: 米；尾吃水: 米
最大剪力值 Nmax= 满足精度要求。
2.2.1 分别绘制站间载荷、剪力和弯矩图如下

图2-3 站间载荷分布图

图2-4 静水载荷剪力图

图2-5 静水弯矩图

2.3 计算总纵弯矩值和剪力值：
根据表格（1-2）和（2-2）进行总纵弯矩值和剪力值的计算： 表（2-3）
波浪载荷（2-3）
合成剪力及弯矩计算
理论站号
波面下横剖面浸水面积（m)
静水下横剖面浸水面积
横剖面积浸水面积增值（3）-(2)
对（4）列的积分
对（5）列的积分
静波浪剪力
不封闭调整
修正后的剪力
波浪弯矩
不封闭修正值
修正后的
静水剪力
静水弯矩
合成剪力
合成弯矩
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
（16）
0
23.2
10
-13.2
-13.2
-13.2
-258.816

-504.691
0
-504.691

1
42.4
23
-19.4
-45.8
-72.2
-898.012
-10.3036
-887.708
-2760.5
-1247.14
-1513.36
-74.6443
-31.6192
-962.353
-1544.98
2
59.42
41
-18.42
-83.62
-201.62
-1639.56
-20.6072
-1618.95
-7708.77
-2494.28
-5214.49
-706.975
-1470.27
-2325.93
-6684.76
3
72.17
56
-16.17
-118.21
-403.45
-2317.77
-30.9108
-2286.86
-15425.6
-3741.42
-11684.1
-1801.28
-6304.29
-4088.14
-17988.4
4
77.01
66
-11.01
-145.39
-667.05
-2850.7
-41.2144
-2809.48
-25504.1
-4988.56
-20515.5
-2384.73
-14438.4
-5194.22
-34953.9
5
77.09
72
-5.09
-161.49
-973.93
-3166.37
-51.518
-3114.86
-37237.4
-6235.7
-31001.7
-3344.85
-25610.8
-6459.71
-56612.5
6
70.14
75
4.86
-161.72
-1297.14
-3170.88
-61.8216
-3109.06
-49595
-7482.84
-42112.2
-4237.93
-40425.5
-7347
-82537.7
7
62.06
77
14.94
-141.92
-1600.78
-2782.66
-72.1252
-2710.54
-61204.4
-8729.98
-52474.5
-4518.46
-57557.1
-7229
-110032
8
56.37
77
20.63
-106.35
-1849.05
-2085.23
-82.4288
-2002.8
-70696.8
-9977.12
-60719.7
-2893.9
-72096.3
-4896.71
-132816
9
51.42
77
25.58
-60.14
-2015.54
-1179.18
-92.7324
-1086.45
-77062.4
-11224.3
-65838.2
-1446.52
-80673.6
-2532.97
-146512
10
50.14
77
26.86
-7.7
-2083.38
-150.976
-103.036
-47.9398
-79656.2
-12471.4
-67184.8
19.00362
-83599.2
-28.9362
-150784
11
51.11
77
25.89
45.05
-2046.03
883.3066
-113.34
996.6462
-78228.2
-13718.5
-64509.7
1114.92
-81558.4
2111.567
-146068
12
58.34
77
18.66
89.6
-1911.38
1756.81
-123.643
1880.453
-73080
-14965.7
-58114.3
2106.204
-75476
3986.657
-133590
13
67.43
78
10.57
118.83
-1702.95
2329.93
-133.947
2463.876
-65110.8
-16212.8
-48898
3048.568
-65651.5
5512.444
-114549
14
77.67
78
0.33
129.73
-1454.39
2543.649
-144.25
2687.899
-55607.3
-17460
-38147.4
3938.843
-52281.7
6626.742
-90429.1
15
84.72
79
-5.72
124.34
-1200.32
2437.965
-154.554
2592.519
-45893.2
-18707.1
-27186.1
5139.775
-34862.5
7732.295
-62048.6
16
91.87
78
-13.87
104.75
-971.23
2053.859
-164.858
2218.717
-37134.1
-19954.2
-17179.9
3704.976
-17927.7
5923.693
-35107.6
17
85.63
68
-17.63
73.25
-793.23
1436.231
-175.161
1611.392
-30328.5
-21201.4
-9127.08
2301.419
-6556.19
3912.811
-15683.3
18
70.6
51
-19.6
36.02
-683.96
706.2531
-185.465
891.7179
-26150.6
-22448.5
-3702.1
793.6097
-890.26
1685.328
-4592.36
19
38.38
25
-13.38
3.04
-644.9
59.60604
-195.768
255.3744
-24657.2
-23695.7
-961.535
42.76095
342.8527
298.1354
-618.683
20
5.17
5
-0.17
-10.51
-652.37
-206.072
-206.072
-0.0002
-24942.8
-24942.8
-0.00428
0
-0.00389
-0.0002
-0.00817

根据上表分布绘制合成剪力图和合成弯矩图如下：

图2-6 合成剪力图

图2-7 合成弯矩图

由表格（2-3）可以得到最大弯矩值和最大剪力值：
最大剪力值： Nmax=7732.295 KN
最大弯矩值： Mmax=-150784 KN.m

3 总纵弯曲应力、受压构件的稳定性校核及折减计算

计算剖面选在弯矩最大的船中66.5号肋位，参与总纵弯曲的构件如图3-1所示：

图3-1 66.5号肋位剖面图
各个构件的名称、尺寸、面积及其形心到到参考轴的距离如表3-1所示。参考轴选在船底基线。
表 3-1 参与总弯曲构件
构件编号
构件名称
构件尺寸（mm）
构件剖面积（）
距参考轴距离（m）
静力矩（cm2*m）
惯性矩
(cm2*m2)
构件自身惯性矩(cm2*m2)
矩中和轴距离
(m)
总纵弯曲应力
(N/mm2)
1
平板龙骨

232.2
2.0
0
0
0.0063
-3.26
84.59
2
箱 型 内
龙 骨

44．0
0.33
14.52
4.79
0.92
-2.93
76.03
3
箱 型 底
纵 骨
L
15.0
0.06
0.93
0.06
0.013
-3.2
83.04
4
箱 型 上
纵 梁

22.8
2.6
59.28
154.12
0.017
-0.66
17.12
5
箱 型 上
下 弧 板
600
102
3.0
306
9.18
3.06
-0.26
6.75
6
箱型纵骨

L

15
15

30
0.6
1.2

2.20
9.3
18.6

66
5.58
22.32

145,2
0.013
0.013

0.025
-2.66
-2.06

-1.06
69.02
53.45

27.51
7
箱型竖板

240
0.75
180
135
45
-2.51
65.13
8
箱型斜板

258
2.2
567.6
1248.72
77.615
-1.06
27.50
9
船 底 板

256
0
0
0
0.006
-3.26
84.59
10
舭 板

280
0.6
168
100.8
93.34
-2.66
69.02
11
侧 板

608
3.05
1854.4
5655.92
731.63
-0.21
5.45
12
顶 列 板

240
5.65
1356
7661.4
45
2.39
-62.01
13
船底纵骨
L
101
0
0
0
0.297
-3.26
84.593
14
舭 纵 骨
L
33.7
0.4
13.48
5.39
0.09
-2.86
74.21
15
舷侧纵骨
L
67.7
1.6
108.32
173.31
0.057
-1.66
43.08
16

舷侧纵骨
L
L
22.2
66.6
3.0
4.4
66.6
293.04
199.8
1289.3
0.015
0.045
-0.26
1.14
6.75
-29.58
17
甲板边板

210
6.3
1323
8334.9
0.003
3.04
-78.88
18
甲 板 板

154
478.5
6.5
6.5
1092
2827.5
7098
18378.
0.003
0.004
3.24
3.24
-84.07
-84.08
19
甲 板
纵 行

248
6.0
1488
8928
0.53
2.74
-71.1
20
甲板纵骨
L
202.4
6.0
1214.4
7286.4
0.44
2.74
-71.1
21
泥仓纵骨
L
L
88.8
66.6
2.0
5.0
177.6
333
355.2
1665
0.06
0.04
-1.26
1.74
32.70
-45.15
22
泥仓竖壁

560
4.3
2408
10354.
746.67
1.04
-26.98
23
泥仓斜壁

336
1.5
504
756
123.48
-1.76
45.67
24
泥仓竖壁

88
0.27
23.76
6.4152
2.22
-2.99
77.59

求和：

5053.5

16473.33
82753.473

求和可知：
剖面面积 A= 5053.5 cm2
静力矩： B= 16473.33 cm2*m
惯性矩： C= 80882.86+1870.612=82753.473 cm2*m2
∆=B/A= 3.26 m
I=2（C-∆2*A）=2（C—B2/A）=58107.876 cm2*m2

3.1 临界应力失稳计算
满载中垂状态。船体梁中和轴以下处于受拉状态，中和轴以上处于受压状态。故只需要计算中和轴以上部分受压板及纵骨的临界应力。
受压纵骨架式甲板的临界应力计算公式：
(N/mm2) (3-1)
受压板的临界应力 表（3-2）
构件名称
编号
板长边a（cm）
板短边b(cm)
板厚t(cm)
(100tb)2
板的临界应力σcr(N/mm2)
甲板板
18
180
65.9
1.1
2.786
211.736
甲板边板
17
180
65.9
1.4
4.513
235.2
受压纵骨剖面要素及临界应力计算表格如下：
计算公式：
(N/mm2) （3-2）
式中a 为肋板间距：a=180cm 。be为带板的宽度， 。计算可以得到be=30cm。
E=200GPa。
所以：
(N/mm2)
而 0.5σY=0.5*235.2=117.6 (N/mm2)
σE>0.5 σY
所以纵骨的临界应力 σR按下式计算：

(N/mm2)

经计算可以得到： (N/mm2)
纵骨满足其稳性要求。

4 结论

经过以上步骤的计算，同过比较可以得到以下结论：
1. 船体强度设计满足要求。最大弯曲应力 小于许用应力： 。
2. 船体满足稳性要求。临界应力都大于最大弯曲应力，在船体构件承受最大弯曲应力时，船体并不会失稳。