第四章船舶结构强度与结构设计课件(使用.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,#,单击此处编辑母版标题样式,L o g o,Company Logo,本节内容,船体结构设计概述,1,型材剖面设计,2,型材的稳定性计算,3,待定,4,Company Logo,船体结构设计概述,船舶设计过程,合同设计，初步设计，详细设计，生产设计，完工设计。,合同设计：谈判，初步的技术指标，船用途、主尺度、航速、主机、工期；,初步设计：丰满合同设计的各项指标。具体表现：型线图，总布置图，外板展开图，以及一系列计算书（浮性、稳性，快速性，耐波性，安全性）,详细设计：完善除生产过程外的所有准备技术工作。如：肋骨型线图，分段结构图。,Company Logo,船体结构设计概述,完工设计：归档存档,船舶主尺度、船体型线、船舶建筑形式、甲板层数、内底分布、舱壁位置，最初确定的。,结构设计的任务是在上面的基础上决定船体结构形式、构件尺寸和连接方法。成功的设计乃是合理地选择结构材料，保证结构具有必须的强度和刚性的情况下，使结构重量最轻。,Company Logo,船体结构设计概述,规范设计法：简便，安全，不易反应具体船舶特点、新技术成果，适用于常规的民船,直接规范设计和间接规范设计，前者根据船型、船籍和主尺度直接查规范确定结构形式和构件尺寸，后者是参考母型，取构件尺寸，根据规范修正尺寸大小。,直接计算法：合理，可反映具体船舶特点，但计算工作量大，适用于军船，大新特民船（高附加值）,Company Logo,船体结构设计概述,计算设计,所谓计算设计，其实质就是依据作用在结构上的外力，从强度和稳定性条件出发，选择适当的结构型式和构件尺寸。,船体结构形式：船体是由板和型材组成的薄壁结构，即板架结构。根据位置和受力特点，认为分为船底板架、甲板板架、船侧板架和舱壁板架等。由于位置和受力的不同，采用不同的骨架型式。,Company Logo,船体结构设计概述,一般，普通常规船上甲板和船底板架多采用纵骨架式，舷侧板架为横骨架式。这样的布置一方面总纵强度方面容易满足，另外，横骨架式对横向载荷的抵抗也增大，使局部强度容易满足，又不至于占据过大的舱容。,特殊情况：,干货船在下面两种情况下上甲板宜于采用横骨架式：,Company Logo,船体结构设计概述,1.,船长小于,90100m,时，不论船长,L,与型深,D,之比的比值如何；在,100130,之间，,L/D1.7,时；,2.,当船长小于,80100m,，,L/D,小于,12,时，船底外板厚度不是由强度条件来决定的，而是取决于锈蚀磨耗的要求时；,3.,当船的中垂弯矩远大于中拱弯矩，即当,M,中垂,/M,中拱,1.52.0,时,4.,船底易搁浅或者舱内用抓斗起货物而舱底又无护板时。,Company Logo,船体结构设计概述,若船底板架为横骨架式，建议每档肋骨设实肋板，这样可以提高外底稳定性、局部强度和简化工艺。,船侧板架由舱壁间距、甲板和舱底间的距离而定。,军船舷侧靠近甲板和船底多采用纵骨架式，其他采用横骨架式。,船端多采用横骨架式，但是由于横骨架式和纵骨架式在过渡衔接的问题，目前也有纵骨架式存在。,Company Logo,船体结构设计概述,船体钢料选择：高强度钢问题。,目前船体构件选择主要考虑两方面：强度和稳定性。强度方面主要借助的材料特性是屈服极限，而稳定性方面的标准时临界应力。,选择钢料要根据具体情况而定。,在结构设计时，我们希望选择的钢料能使船体结构最轻。,Company Logo,型材剖面设计,型材剖面利用系数和比面积,船体结构中的型材,球扁钢，,T,型材，扁钢，角钢,衡量型材剖面利用率的指标,1.,对型材剖面设计的要求,（,1,）构成剖面的各个部分应该具有足够的强度、刚度和稳定性；,（,2,）应该满足生产与工艺的要求，制造简单,（,3,）剖面内材料的分布合理，材料利用率高。,衡量剖面内材料利用率的指标：剖面利用系数和比面积。,Company Logo,型材剖面设计,理想剖面：两个离中和轴距离相等、面积各为,0.5 F,的翼板组成的剖面称为理 想剖面。,理想剖面的剖面模数为,理想剖面形式,Company Logo,型材剖面设计,实际型材的最小剖面模数，小于理想剖面的剖面模数，因为，在同等面积下，平行于中和轴是所有情况中惯性矩最大的情况。即,Company Logo,型材剖面设计,W,1,-,实际型材剖面的最小剖面模数；,-,剖面利用系数,，其反映剖面中材料的分布的合理程度，剖面利用系数越大，则剖面材料的利用越接近理想剖面。,利用剖面利用系数时,同一类型材的剖面利用系数才可以比较,例如不同型号的角钢可以比较剖面利用系数,而角钢和钢管的剖面利用系数不可以比较。所以剖面利用系数不能反映所有构件不同剖面形状材料的利用率。,Company Logo,型材剖面设计,剖面模数比面积：,F-,型材剖面积；,W-,包括带板在内的型材的,剖面模数。,C,w,小，表明利用较少的材料，获得了较大的剖面模数，所以剖面材料的利用率越高，显然,C,w,越小越有利。,惯性矩比面积：,Company Logo,型材剖面设计,I,包括带板在内的剖面惯性矩，,C,i,小，表明利用较少的材料，获得了较大的惯性矩，所以剖面材料的利用率越高，显然,C,i,越小越有利。,Company Logo,型材剖面设计,型材的强度要求与剖面要素,强度要求：（,1,）弯曲强度要求；（,2,）剪切强度要求,型材剖面模数与惯性矩的计算,f,1,-,小翼板面积；,f,2,-,大翼板面积；,f-,腹板面积,;h-,腹板高度,t-,腹板厚度。,中和轴距离基线,h,1,：,Company Logo,型材剖面设计,Company Logo,型材剖面设计,剖面对中和轴的惯性矩,对小翼板的最小剖面模数,Company Logo,型材剖面设计,最小剖面模数改写为,K=36,Company Logo,型材剖面设计,参数,h,、,f1,、,f2,对于剖面最小剖面模数的影响：,（,1,）剖面高度,h,不变，增加大翼板,f2,的面积，可减小,K,值，使,W1,增大，但是由于,K,的取值范围变化较小。所以加大大翼板面积，,W1,增加缓慢；,（,2,）增加小翼板面积,f1,可使,W1,较大增加，比增加,f2,面积有效；,（,3,）增加腹板高度,h,，,W1,增加最快，是提高剖面模数的最有效的方法。,Company Logo,型材剖面设计,腹板的相当面积和剪切稳定性,腹板承受剖面上的大部分剪力。剖面剪力为,N,，假定腹板承受全部剪力,N,，而且剪应力沿高度方向均匀分布，任意高度处的剪应力均为最大剪应力，则有：,-,称为腹板的相当剪切面积。,Company Logo,型材剖面设计,由于,所以,将,I,及,S,max,计算式代入上式，可得,Company Logo,型材剖面设计,大翼板,f,2,为船体板的一部分，其为常量。调整小翼板和腹板面积比值时，可得相当腹板剪切面积的变化的范围为,Company Logo,型材剖面设计,腹板的剪切强度要求,相当腹板剪切面积平均值：,满足腹板剪切强度要求腹板的面积应该为：,Company Logo,型材剖面设计,抗弯强度与抗剪强度关系,要求梁具有相同的剪切强度和弯曲强度，则由于材料的许用剪切应力为,剪切和弯曲强度相同的条件为：,Company Logo,型材剖面设计,型材的稳定性计算,型材的局部稳定性,1,、翼板的稳定性,力学模型：三边自由支持，一边自由,翼板,2,、腹板的稳定性,四边自由支持，四边承受剪应力和长边承受弯曲正应力。,Company Logo,型材剖面设计,引用俄罗斯巴波考维奇的成果，计算临界应力。,（,1,）仅承受线性分布的弯曲正应力时，临界应力为,Company Logo,型材剖面设计,（,2,）如果弯曲正应力等于零，则 临界剪切应力为,Company Logo,型材剖面设计,（,3,）如果腹板同时承受弯曲正应力和剪切应力，则板的失稳条件为,为最大压应力。,将弯曲和剪切临界应力公式分别代入上式，得,Company Logo,型材剖面设计,或者整理得到：,m-,腹板高度与厚度得比值。比值,m,大，不利于稳定，减小,m,值，稳定性增加。,Company Logo,型材剖面设计,强度与稳定性的矛盾要求：,（,1,）保持腹板面积不变，减小板厚，增加腹板高度，抗弯惯性矩增加，有利于强度；,（,2,）保持腹板面积不变，增加板厚，减小腹板高度，抗弯惯性矩减小，不利于强度，但是腹板的,m,值减小，有利于腹板的稳定性。,（,3,）为了兼顾强度和稳定性，必须选取合适的,m,值，船舶工程中，一般取,m=70100,。,Company Logo,型材剖面设计,型材整体的稳定性,1,、型材总稳定性问题的提出,仓壁扶强材等一类构件承受水压力,在压力较小时，构件的弯曲在腹板的平面内发生，当压力载荷增加到超过一定数值时，构件向腹板平面外发生弯曲，即侧向弯曲，也称为侧向失稳。侧向失稳属于型材总稳定性问题，如果型材总稳定性不足，则会导致结构的整体破坏，例如整个仓壁发生破坏。,型材侧向失稳如下图所示。,Company Logo,型材剖面设计,图 构件侧向失稳,Company Logo,型材剖面设计,2,、型材总稳定性临界压力集度的确定,型材总稳定性的分析模型为：仓壁板对扶强材提供抗转约束，扶强材端部的 约束取为自由支持。,图 承受水压的扶强材,Company Logo,型材剖面设计,水压的最大集度为 。研究在图示水压力作用下，型材的总体稳定性。,采用如下的分析模型，计算最大临界压力集度。,Company Logo,型材剖面设计,图 扶强材剖面及约束,表示单位宽度舱壁板对于扶强材的抗转约束,Company Logo,型材剖面设计,扶强材,扶强材,扶强材,M=1,2b,图中，梁为单位宽度的板条梁；,b-,扶强材间距。求出单位力矩作用下板条梁的转角 ，则抗扭刚度为,扶强材的临界压力集度 可查表确定。,Company Logo,型材剖面设计,图 临界压力集度系数表,Company Logo,型材剖面设计,3,、型材总稳定性的初次校核,影响型材总稳定性的因素有：腹板高度、型材跨度、小翼板宽度等。增加小翼板宽度，可提高型材总稳定性。,初次设计校核总稳定性可按下式,Company Logo,型材剖面设计,-,材料的屈服极限。,b,1,-,小翼板半宽。,Company Logo,“,规范”法设计,Company Logo,型材剖面设计,Click to edit company slogan.,Thank You!,