船舶结构力学手册汇总
船舶结构力学
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架 骨架大都为细长的型钢或组合型材，称为杆件或杆。 一般分析时，杆的截面形状如下：
骨架带板
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架 实际中的杆件系统简化为规则的简单计算图形。
上甲板纵骨（杆件）
中间有支柱的舱口杆系
舱口杆系（交叉杆系）
横梁与肋骨组成的刚架
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架
船底交叉杆系
大舱口货船悬臂梁结构
基本理论和方法；
结合杆及杆系的强度问题讲述力法、位移法、矩阵法和 能量法；
板的强度； 杆和板的稳定性及薄壁杆件的扭转。
船舶结构力学
张娟
第一章 绪论
第一章 绪论
研究船舶结构力学主要是为了保证船体结构具有一定的强度， 保证船舶在正常的使用过程和一定的年限内具有不破坏或不发 生过大变形的能力。
船体强度包括：总纵强度、局部强度、稳定性、扭转、应力集 中、动力响应等。 船舶结构力学只研究静力响应，包括外力计算、结构在外力作 用下的响应、许用应力的确定等。
1.2 船体结构的计算图形
（1）板
1.2 船体结构的计算图形
（1）板 一般考虑受骨架支撑的矩形平板问题；此时骨架支撑很重要。
另外还有矩形平板上的开口问题；此时骨架边界不是很重要，主要考虑开 口的形状、大小。
板的边界根据研究问题的不同而不同。 ?当研究板受垂向力的弯曲与变形时，此时的边界条件刚性固定； ?当研究板的稳定性问题时，此时的边界条件为自由支持。
第一章 绪论
船舶结构力学的任务： ① 阐明结构力学的基本原理和方法，包括力法、位移法
和能量原理； ② 应用上述原理解决船舶结构力学所要研究的问题； ③ 阐明有限单元法的基本原理及其在船体结构计算中的
船舶结构力学复习总结
力法的原理及基本求解过程
对称结构的简化
对称结构、对称荷重 对称结构、反对称荷重
固定弹性端与弹性支座的实际概念
如何形成？柔性系数取决于何因素？
简单的板架计算
一根交叉构件的板架计算
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第五章 位移法 5-1 位移法原理 5-2 位移法在杆系结构中的应用 5-3* 弯矩分配法
11
第五章 位移法
位移法的基本原理
15
第七章 矩阵法
基本概念与术语
离散、杆元与节点、坐标系统（整体坐标、局部坐标） 自由度、杆元端点力
杆元类型和杆元刚度矩阵
基本四种：拉压，扭转，xoy平面弯曲，xoz平面弯曲 组合情况：平面刚架，平面板架，平面桁架 杆元刚度矩阵的性质
16
第七章 矩阵法
结构刚度矩阵（总刚度矩阵）
总刚度矩阵的组装方法 装配总刚度矩阵时可遵循的规律 总刚度矩阵性质：对称方阵，稀疏带状
5
第二章 单跨梁的弯曲理论
等断面单跨梁的弯曲理论
力学模型：普通梁、复杂弯曲梁、弹性基础梁
梁的弯曲微分方程式
基本假定：平断面假定 边界条件：简支、刚性固定、弹性支座、弹性固定端 坐标系、符号法则、初参数方程
利用弯曲要素表计算（重点）
弯曲要素表的种类、应用范围、坐标 叠加法应用的前提条件
剪切对弯曲变形的影响
1896
1920
1987
2006
船舶结构力学
复习总结
课程内容 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 绪论 单跨梁的弯曲理论 杆件的扭转理论 力法 位移法 能量法 矩阵法 平面应力问题的有限元法 矩形板的弯曲理论 杆及板的稳定性
2
第一章 绪论 1-1 船舶结构力学的内容与任务 1-2 船舶结构力学的研究方法 1-3 船体结构的计算图形
船舶结构力学手册
实验1：应变片的粘贴技术实验目的通过实验了解应变片的测量原理及应变片的选用；通过应变片的实际粘贴、接线，初步掌握应变片的贴粘工艺过程；能够进行粘贴质量的检查并会采取适当防潮措施。
、实验仪器、(1) 试件：条形钢(2) 不同规格型号的应变片(3) 粘贴剂：704硅胶、保护剂(4) 仪表：兆欧表、惠斯登电桥、万用表(5) 焊接工具：电烙铁、焊锡、松香(6) 电吹风(7) 其它：0.02-0.04 ㎝导线，绝缘胶带纸，棉纱、脱脂棉、无水酒精、划丝、卡尺、0＃砂纸等。
、实验内容及步骤应变片的准备根据测试的内容（拉压力、扭矩、加速度等）、测试条件及贴片部位的情况和布片方案，二次代表的要求（阻值、灵敏度系数等）等因素，选择适当的应变片，在同一桥路中，应变片的灵敏度系数和原始阻值应尽量一致，阻值之差不能超过电阻应变仪的电阻平衡范围（0.5Ω），阻值相差太大，造成电桥的初始不平衡，影响测量精度。
应变片的几何尺寸也应选择得当。
用目测检查应变片敏感珊是否排列整齐；先用万用表初查应变片有无断路和短路现象及粗略的原始电阻值，再用惠斯登电桥精确测量应变片的阻值（精确到0.1Ω）。
2. 构件贴片表面的处理为了保证一定的粘贴强度，必须对构件表面进行处理，试件贴片部位需要处理的面积应大于应变片的基底。
首先要去掉表面的锈斑、油漆、氧化皮等污垢；然后用砂轮将表面打平，再用0#或1#砂布磨光。
如果是光滑的加工表面，用0#或1#砂布沿与应变片纵向线成450的方向打出一些纹路。
打磨面积约为应变片的3-5倍。
3. 划线在处理好的表面上,定出测点确切位置,用划针通过测点轻轻划出贴应变片位置的中心线，即应变片的方位线。
4. 清洗贴片表面用脱脂棉球蘸无水酒精对贴片表面进行擦洗。
一般要擦洗2到3次，直到没有油污为止。
擦好的表面切勿用手或其他物触碰。
5．贴片在应变片贴面上涂一薄而均匀的胶层,然后把应变片放到贴片位置上(注意对准坐标线)。
特别注意要保证应变片的方位；然后在应变片上盖一张玻璃纸，一手捏住引出线，用另一只手的母指或食指从片头到片尾轻轻均匀地滚压，把多余的胶水和气泡挤出，直到应变片粘住为止。
船舶结构力学第二章 (1)
x EIυ ′′′ = ∫ 0 qdx + A = N
x x EIυ ′′ = ∫ 0 ∫ 0 qdx 2 + Ax + B = M
1 x x x Ax 2 Bx 3 υ′ = ∫ 0 ∫ 0 ∫ 0 qdx + + +C =θ 2 EI EI EI
1 υ= EI
∫∫∫∫
0 0 0
x
M 0 x 2 N 0 x3 1 x x x x υ = υ0 + θ 0 x + + + ∫ 0 ∫ 0 ∫ 0 ∫ 0 qdx 4 2 EI 6 EI EI
1、没有载荷作用时
N0 x3 M 0 x 2 v= + + θ 0 x + v0 6EI 2EI
M 0、N 0、θ 0、v0
初始弯曲参数。
平面弯曲假设
载荷作用在梁的对称平面内，无斜弯和扭转，轴线为平面 曲线
小变形条件
• 由变形关系
o
dθ
ρ
x
ε=
y
ρ
• 小变形（小挠度）
dx
y
ε dx
y (a)
d 2v = 2 ρ dx 1
• 坐标系统，符号
d 2v 几何方程： ε = − y 2 dx
基本公式：
（1）、几何关系： （2）、物理关系： （3）、平衡关系：
（2）、刚性固定端（刚性固定在刚性支座上）
特点：它阻止梁端发生挠度和转动。 边界条件为：
v=0 θ = 0（或v′ = 0)
"' v " = 0、v = m AEIv（ 自由支持在弹性支座上）
"' （ 刚性固定在弹性支座上） v' = 0、v = m AEIv
结构力学实用手册
结构力学实用手册第一编结构力学基础一、力学概论1.1 力学的概念力学是研究物体受外力作用时的位移、速度、加速度及其他中间现象与问题的学科，是一门基础的科学，也是研究机械与物理的理论基础，是工程技术中最基本的学科。
物理力学研究两个物体间的作用力，并利用它们解决工程机械、建筑学、给水设备、机械设备、桥梁工程、地质工程、地质勘探、兵器科学等工程问题。
1.2 力学若干基本单位与量力学课程中最重要的研究对象是各种物体间的作用力，而这些作用力的大小和方向是由物体的质量、速度以及加速度决定的。
力学分为力学的研究的基础，力学的概念、莫尔斯定律、柯西假说、位量、动量和动能原理等基本概念都是必须掌握的。
例如：牛顿第二定律的推导表明：只要作用力的矢量总和相等，则它们所作用的物体的加速度也是相等的，由此可以得出莫尔斯和柯西假说。
而柯西假说给出了一个关于结构力学的重要概念——求得逐次无止境的作用力，并使作用力的总和为零，而这一概念更加具体得确定了研究结构力学时候所要求的三种量：力、位移和应力。
1.3 力学法则1．牛顿第一定律（物体保持其运动方向的最终定律）：在物体的运动过程中，不论受到怎样的外力作用，物体都有力学上的守恒原则，即外力作用于物体后，它所受的力和外力之和加起来为零，这就是牛顿第一定律2．牛顿第二定律（物体运动量变化的定律）：物体上受外力引起的力与物体的质量之比等于物体的加速度，这就是牛顿第二定律。
以上的定律构成了力学的基础。
3．莫尔斯定律：当外力和、队、抗push力等外力作用在一个系统上时，则这个系统的加速度是由这些外力的矢量和的大小和方向决定的。
4．柯西假说：当系统处于静止状态或相对运动状态时，则这个系统中存在的作用力必须互相抵消，使得它们的矢量和等于零。
船舶结构力学
船舶结构力学船舶结构力学一、 基本概念部分 1、坐标系船舶结构力学与工程力学的坐标系比较如下图：工程力学的坐标系船舶结构力学的坐标系2、符号规则船船结构力学与工程力学的符号规则有相同点和不同点，弯矩四要素的符号基本不同，主要是指弯矩、剪力和挠度的符号规则不同，而转角的符号一致，即是以顺针方向的转角为正角。
船舶结构力学的符号规则如下图所示。
NNN工程力学的符号规则船舶结构力学力法的符号规则船舶结构力学位移法的符号规则3、约束与约束力对物体的运动预加限制的其他物体称为约束。
约束施加于被约束物体的力称为约束力或约束反力，支座的约束力也叫支反力。
4、支座的类型及其边界条件支座有四类：简支端（包括固定支座与滚动支座）、刚性固定端、弹性支座与弹性固定端。
各类支座的图示及其边界条件如下图：1)简支端边界条件：v = 0，v ″ = 02)刚性固定端边界条件：v = 0，v ′ = 03)弹性支座边界条件：v = -AEIv ′′′′′′支座左端 () v = AEIv ′′′支座右 ()端4) 弹性固定端边界条件：v =αEIv ′′左端 () v =-αEIv ′′右()端（A为支座的柔性系数）′′（ α为固定端的柔性系数）5、什么是静定梁？什么是超静定梁？如何求解超静定梁？梁的未知反力与静平衡方程个数相同时，此梁为静定梁。
反之，如果梁的未知反力多于梁的静平衡方程数目时，此时的梁称为超静定梁。
超静定梁可用力法求解。
6、什么是梁的弯曲四要素，查弯曲要素表要注意哪些事项？梁的剪力、弯矩、转角和挠度称为梁的弯曲四要素。
查弯曲要素表要注意，四个要素的符号，在位移法中查梁的固端弯矩时要注意把梁的左端弯矩值加一个负号。
7、简述两类力法基本方程的内容力法方程有两类：一是“去支座法”。
是以支座反力为未知量，根据变形条件所列的方程。
二是“断面法”。
以支座断面弯矩为未知量，根据变形连续性条件所列的方程。
8、叠加原理的适用条件是什么？当梁的弯矩与剪力与载荷成线性关系时，梁的弯矩与剪力可用叠加原理求得。
船舶结构力学
船舶结构力学解法浅析本书主要讨论船舶的结构，具体即讨论船舶结构的强度计算。
船体结构可简化为板和杆系，杆系又可分为连续梁，刚架和板架。
在强度计算时，主要有四种方法，初参数法，力法位移法，能量法。
下面将对后三种方法做简要解析。
力法♐一.基本概念♐力法是将静不定结构多余的约束去掉，代之以约束反力，使之成为静定结构。
♐在计算式时，以“力”（支座反力，断面弯矩）为未知数，根据变形连续条件（一般铰支座处左右转角相等）建立方程式，最后解出力来。
二，几种典型机构的力法分析♐①简单刚架计算♐不可动节点简单刚架，可将节点当作连续梁的支座，在节点处切开并加上弯矩，然后列出转角连续方程式求解♐②弹性支座连续梁计算♐去掉支座代之以支反力R，利用变形连续条件（支反力R和其他载荷在该节点处作用的饶度与弹性支座扰度AR相等）列出方程式求解♐③一根交叉构件板架计算♐与简单板架相似，在此不详细阐述三，解题步骤♐ 1.观察机构类型，将静不定结构多余约束去掉，代之以约束反力（或切开支座加弯矩等）♐ 2.在去掉约束反力的地方列变形连续性方程，保证基本结构的变形与原结构相同♐ 3.联立方程式求解四.典型例题♐解：1.分析♐在此结构杆系中，以1-2梁为主要研究对象，4-5与1-2交叉且不受外载可简化为弹性支座。
2-6,2-3与1-2在同一平面内且不受外载，可简化为弹性固定端.514362♐ 2.求4-1-5作为弹性支座的柔性系数A ，设1处扰度为V ♐ 3.求2-6,2-3作为弹性固定端的柔性系数α♐ 4.得出柔性系数，利用弯曲要素表即可求出各处扰度EIA EIP P A V L L 6/48/**33)2(===MLM M A V EI L M EI L M L V EI M M EI L M EI L M */)(*03/6/0/3/)(6/3/2323232322623αθθθθθ==+==+⇒=++=--⇒=位移法♐一.基本概念♐将机构节点处的自由度约束住♐以节点转角位基本未知数，再根据节点断面弯矩平衡或剪力平衡列出方程式，从而求出转角二.主要公式1.在铰支座节点处ijji ijji ijXY XY XY XY XY M M V L E V M V V L E M L E M M M M MM '='-='+='+=''='+=j ij i ij j i i ij j ij j ij i ij */I 6*/L 6EI */I 2*/L 4EI */I 2*/L 4EI 0时，当节点处有扰度为杆端弯矩作用产生）为固端弯矩（由外载荷θθθθ当节点处有位移要考虑剪力影响时j 3ij ij i 3ij ij j 3ij ij i 3ij ij j i j 2ij ij i 2ij ij j 2ij ij i 2ij ij */L 12EI */L 12EI */L 12EI */L 12EI */L 6EI */L 6EI */L 6EI */L 6EI V V N V V N V V N N N N N N N YX XY YXXY XY XY XYXY XY +-='-='--='+='''+=时，当断面处有扰度为杆端弯矩作用产生）为固端剪力（由外载荷θθθθ三.解题步骤♐ 1.判断机构节点处自由度个数，有几个自由度则有几个相对应的方程♐ 2.设出固定自由度之后的转角和位移，计算杆端弯矩和固端弯矩，杆端剪力和固端剪力♐ 3.列出弯矩平衡方程和剪力平衡方程，求出转角或扰度四，位移法典型例题分析1.先看自由度，节点2,3处有转角，还有水平位移，设刚架只要弯曲不可压缩且变形很小，则竖直方向位移不考虑，即有三个未知量1234234.联立方程式求得转角和扰度。
《船舶结构力学》word版
第一章：绪论1由于船舶经常在航行状态下工作，它所受到的外力是相当复杂的。
这些外力包括船的各种载重〔静载荷〕、水压力、冲击力、以及运动所产生的惯性力〔动载荷〕等。
为了保证船舶在各种受力下都能正常工作，船舶具有一定的强度。
所谓具有一定的强度是指船体构造在正常使用的过程中和一定的年限内具有不破坏或不发生过大变形的才能。
2船体强度包括中拱状态、总纵强度、部分强度、改变强度问题、应力集中问题、低周期疲劳。
3把船舶整体当做空心薄壁梁计算出来的强度就成为船体的总纵强度。
部分强度是指船体的横向构件〔如横梁、肋骨、及肋板等〕一集船体的部分构建〔如船底板、底纵衍等〕在部分载荷作用下的强度。
4船体强度所研究的问题通常包括外力，构造在外力作用下的响应，及内力与变形，以及许用应力确实定等一系列问题。
船舶构造力学只研究船体构造的静力响应，及内力与变形，以及受压构造的稳定性问题，因此，船舶构造力学的首要任务是说明构造力学的根本原理与方法，即说明经典的方法、位移法及能量原理。
5船舶设计与制造是一个综合性很强的行业。
学习本课程不要仅仅满足于会计算船体构造中一些典型构件〔如连续梁、钢架、板架、板〕还应学会解决一般工程构造的计算问题。
6船体构造是由板和骨架等构件组成的空间复杂构造，在进展构造计算之前需要对实际的船体构造加以简化。
简化后的构造图形称为实际构造的理想化图形或计算图形〔又称计算模型或力学模型等〕7构造的计算图形是根据实际构造的受力特征，构建之间的互相影响，计算精度的要求以及所采用的计算方法，计算工具等因素确定的。
因此，对于同一个实际构造，基于不同的考虑就会得出不同的计算图形，对于同一个实际构造，其计算图形不是唯一的，一成不变的。
8首先是船体构造中的板，板是船体的纵、横骨架相连接的，且通常被纵、横骨架划分成许多矩形的板格。
9其次是船体构造中的骨架，船体构造中的骨架无外乎是横向构件—横梁、肋骨、肋板和纵向构件—纵桁、纵骨等，它们大都是细长的型钢或组合型材，故称为“杆件〞或简称为“杆〞。
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竖梁b=12mm；h=8mm; H=300mmE=210GPa这样 ， y= =1.014 按其求得的梁跨中挠度误差约为1.4。可见，当竖梁很强、横梁很弱，可将刚架梁简化两端刚性固定梁。
实验内容和步骤用电子数显百分表测量刚架跨中挠度。1.将电子数显百分表安装在万向磁性表架上，将电子数显百分表的测杆垂直顶在横梁的中点。 2.将电子数显百分表置位移档并置零。3.在横梁的中点挂好花兰,并加砝码加载,每个花兰为100g，砝码为100g、400g、500g，根据表1和表2要求加载。4.每个刚架共逐级加载三次,然后逐步卸载.并同时记录百分表的读数。5.每个刚架加载、卸载重复两次。实验注意事项1.电子数显百分表安装时，必须与梁垂直。2.加载时轻装轻卸。3.由于百分表与刚架接触面存在磨擦,待电子数显百分表稳定后再读数。实验梁有关理论计算1.简支梁挠度计算y( )= 2.两端刚性固定梁挠度计算y( )=
九．附录1．百分表记录表
表1刚架Ｉ（强横梁）测量数据表
载荷
第一次
第二次
500g
1000得结论从以下几个方面去考虑1.对于本实验,模型实际为刚架梁结构，将其简化为一个简支梁或两端固定梁结构进行计算，分析简化是否合理 ２.对实验中所产生的误差进行分析。实验报告要求实验报告的内容对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。实验数据单位要完整。
实验1：应变片的粘贴技术实验目的通过实验了解应变片的测量原理及应变片的选用；通过应变片的实际粘贴、接线，初步掌握应变片的贴粘工艺过程；能够进行粘贴质量的检查并会采取适当防潮措施。、实验仪器、(1) 试件：条形钢(2) 不同规格型号的应变片(3) 粘贴剂：704硅胶、保护剂(4) 仪表：兆欧表、惠斯登电桥、万用表(5) 焊接工具：电烙铁、焊锡、松香(6) 电吹风(7) 其它：0.02-0.04 ㎝导线，绝缘胶带纸，棉纱、脱脂棉、无水酒精、划丝、卡尺、0＃砂纸等。、实验内容及步骤应变片的准备根据测试的内容（拉压力、扭矩、加速度等）、测试条件及贴片部位的情况和布片方案，二次代表的要求（阻值、灵敏度系数等）等因素，选择适当的应变片，在同一桥路中，应变片的灵敏度系数和原始阻值应尽量一致，阻值之差不能超过电阻应变仪的电阻平衡范围（0.5Ω），阻值相差太大，造成电桥的初始不平衡，影响测量精度。应变片的几何尺寸也应选择得当。用目测检查应变片敏感珊是否排列整齐；先用万用表初查应变片有无断路和短路现象及粗略的原始电阻值，再用惠斯登电桥精确测量应变片的阻值（精确到0.1Ω）。2. 构件贴片表面的处理为了保证一定的粘贴强度，必须对构件表面进行处理，试件贴片部位需要处理的面积应大于应变片的基底。首先要去掉表面的锈斑、油漆、氧化皮等污垢；然后用砂轮将表面打平，再用0#或1#砂布磨光。如果是光滑的加工表面，用0#或1#砂布沿与应变片纵向线成450的方向打出一些纹路。打磨面积约为应变片的3-5倍。3. 划线 在处理好的表面上,定出测点确切位置,用划针通过测点轻轻划出贴应变片位置的中心线，即应变片的方位线。4. 清洗贴片表面用脱脂棉球蘸无水酒精对贴片表面进行擦洗。一般要擦洗2到3次，直到没有油污为止。擦好的表面切勿用手或其他物触碰。5．贴片在应变片贴面上涂一薄而均匀的胶层,然后把应变片放到贴片位置上(注意对准坐标线)。特别注意要保证应变片的方位；然后在应变片上盖一张玻璃纸，一手捏住引出线，用另一只手的母指或食指从片头到片尾轻轻均匀地滚压，把多余的胶水和气泡挤出，直到应变片粘住为止。应变片贴完后，应该胶层均匀、位置准确、整齐干净。6．干燥固化贴片后，按照所用粘结剂规定的方法和时间进行干燥固化。一般在贴好后需自然干3到4小时，或更长。但为了更快地固化好，可以在自然干燥一定时间后，用热吹风吹烘。7．焊接引出导线为保证焊接处的绝缘，焊前在应变片的引出线下面粘贴一层绝缘胶带纸，此举意在保证引出线焊点处的绝缘。尔后将测量导线的一端靠近应变片的引出线，在测量导线焊接端去皮约3mm并涂上焊锡后，用电烙铁将应变片引出线与测量导线进行锡焊．接时要快且准，以免产生氧化物而影响焊点质量，焊点要求光滑牢固、无虚焊、假焊、以保证焊点的机械性能和电气性能，焊好后将引线用绝缘胶带固定。为防止机械损伤，可用织物或胶布将贴片部位保护。8．贴片质量检查（1）检查应变片的粘贴是否牢固，胶层是否均匀，位置是否准确。（2）用万用表检查已贴好的应变片有无断路或短路现象，应变片的原始阻值有无变化（3）用万用表高阻档或兆欧表检查应变片与构件表面间的绝缘电阻，在一般实验中绝缘电阻到达500到1000兆欧就即可。绝缘电阻小，表面粘贴质量不好，会使应变仪调平困难及应变片在工作中产生较大的蠕变。注意：用兆欧表测量绝缘电阻时，要慢摇手柄，严防击穿；一般情况下，应尽量少用兆欧表。9．应变片的防护 应变片接好导线后，应立刻涂上防护层。这主要是防止大气中水分的侵入，应变片吸水后会降低绝缘电阻、粘结强度会影响其正常使用。常用环氧树脂来作防潮防护。四、 实验报告总结贴片的工艺过程及质量检查要求 所贴应变片的型号，阻值及灵敏度系数 为什么要求应变片电阻丝与试件的绝缘电阻高？
挠度y为y= = 实验模型刚架I为：横梁b=12mm；h=8mm；l=500m竖梁b=12mm；h=2mm；H=300mm E=210GPa这样 ，
y= =0.963 按其求得的梁跨中挠度误差约为3.7。可见，当竖梁很弱、横梁很强，可将刚架梁简化简支梁,实验模型刚架II为：横梁b=12mm；h=2mm; l=500mm