船舶强度与结构设计大作业(二)
(完整版)船舶强度与结构设计系统答案
2345ap 1.5ΔL 1.5ΔLP 1P 2234P 1P 11P 12345P 2P 21P 223、一海船垂线间长Lpp=160m ，设计时将分为20个理论站，机舱内有一主机，机电设备重量P=1000KN ，主机跨2-3,3-4,4-5三个理论站，距离3-4站跨中位置a=3m ，现要将该船进行局部性重力调整，使其主机重量分布2-3,3-4,4-5三个理论站，根据局部重力分配原则，试问分布到2-3,3-4,4-5三个理论站的均布重力分布分别为多少。
解：将三个理论站等分为2个理论站。
将P 1分布列2-3,3-4两个理论站将P 2分布列3-4,4-5两个理论站分配到2-3,3-4,4-5的重力分别为10、某箱型船，长l=120m ，宽b=20m ，在淡水中正浮时吃水为6米，假设船的质量沿船长均匀分布，将一个100t 的载荷加在船中后50米处的一点上，试画出其载荷，剪力和弯矩曲线，并计算此时船中的弯矩值4、一海船垂线间长Lpp=100m ，设计时将其分为20个理论站，其尾部超出理论站L0站后的船体重量P=1000kn ，超出0站的距离a=2m ，现将其对该船进行局部重力调整，使其尾部重量分布到0-1，1-2理论站，根据局部重力分配原则，试0-1.1-2站的重力分布为多少?5、某矩形剖面钢船，其剖面尺寸如图：船长L=72米，型宽B=12米，舱口边板b=3米，型深D=7.5米，吃水d=5.0米(淡水中)，假定船重量曲线为三角形(首尾端为零，船中最大)，分别画出重量曲线、浮力曲线、载荷曲线、静水力曲线、静水弯矩曲线图；同时求最大的静水弯矩。
取甲板的许用应力为[σ]=1000kgf/cm 2,试求刚好满足许用应力时的甲板厚度。
(假设甲板是等厚的) 解：船在静水受力平衡：重力方程：y(KN)x(m)721176KN重力曲线72x(m)y(KN)588KN 浮力曲线72x(m)y(KN)588588588载荷曲线0x(m)y(KN)36725292KN 5292KN 剪力曲线0x(m)y(KN)127008KN 弯矩曲线浮力方程：由载荷曲线，我们可求出载荷曲线方程∵只要对载荷曲线经行积分，就可以得剪力曲线和弯矩曲线，而图都是左右对称的，故有6、有一纵骨架式船舶，其型深为4米，第一次近似计算船舯剖面要素时，参考轴选在基线上2米处，并得到如下数据(对半剖面):面积(cm 2) 静矩(cm 2m) 惯性矩(cm 2cm 2) 参考轴以上 400 860 1500 参考轴一下 800 980 1000该剖面受到最大弯曲力矩为25000KN.m(纵骨间距为600毫米)。
船舶结构与强度设计 第2章
中和轴处腹板剪应力最大。 中和轴以上剖面对中和轴静矩：
S=[33.4×1.6×33.4/2+36×(33.4+1)]=892.4+1238.4=2130.8cm3
中和轴处腹板剪应力
Q S 380000 2130 .8 6612 N / cm 2 66 N / mm 2 I t 76532 .7 1.6
1. 规范波浪弯矩和剪力公式
中国船级社《钢质海船入级与建造规范》的波浪弯矩 和切力(剪力)计算公式，波浪弯矩和剪力与船长、船宽 方型系数有关。 （1）波浪弯矩 中拱波浪弯矩 中垂波浪弯矩
MW 190MCL2 BCb 103
kN.m
MW 110MCL2 B(Cb 0.7) 10 kN.m
M σ W
船体总强度理论很简单，关键要确定出作用在 船体梁上的弯矩和船体梁的剖面模数。
作用在船体梁上的弯矩：
M = Ms + Mw 式中 M——总弯矩；
Ms——静水弯矩，与重力及其船长分布有关
Mw——波浪弯矩，与波形范围内的船外形和波 浪要素有关。 船体剖面上的剪力： N = Ns + Nw Ns ——静水剪力
W
dw fs 2 A a a 1 10 6 2 A fs
如果不考虑面板和带板自身惯性矩65.3 cm3，则 C1=369463.2 cm4 I1=C1－A*E2=76467.4 cm4
对面板上表面剖面模数： W1=I1/E=2292 cm3 中国规范公式：
重量曲线举例 ①梯形法近似表示船体和舾装重量 已知总重量W, 重心据船中xg，假定梯形分布， 梯形面积等于W, 梯形面积形心纵坐标与重心一致， 并且b=1.195，解出a和c。
船舶强度与结构设计第二章
第2章 船体总纵强度计算根据梁弯曲理论： Z I M ⋅=σ （2-1）对于一定计算状态，可求出作用于船体剖面上的弯矩M 值。
为了计算剖面弯曲应力σ，还必须先计算剖面对水平中和轴的惯性矩I ，以及剖面任意构件至水平中和轴的距离Z 等剖面要素。
2.1 船体总纵弯曲应力第1次近似计算2.1.1 船体剖面要素计算由于船体结构对称于中纵剖面，一般只需对半个剖面进行剖面要素的计算。
具体步骤如下：首先，画出船体计算剖面的半剖面图，如图2-1所示。
然后，对纵向强力构件进行编号，并注意把所有至中和轴距离相同的构件列为一组进行编号；选取图 2-1 船体横剖面图参考轴O O '-'，该轴可选在离基线0.45倍～0.50倍型深处。
最后，列表进行计算，并分别求出各组构件剖面积i A ，其形心位置至参考轴的距离i Z （按所选定的符号法则，在参考轴以上的构件i Z 取为正），静力矩i i Z A ，惯性矩2i i Z A 。
对于高度较大的垂向构件，如舷侧板等，还要计算其自身惯性矩12/20i i h A i =（i h 为该构件的垂直高度，这种表达式也适用于倾斜板的剖面）。
则得：∑=A A i∑=B Z A i i∑=+C i ZA i i )(02 （2-2） 剖面水平中和轴至参考轴的距离为： )m (AB =∆ （2-3）由移轴定理，剖面对水平中和轴的惯性矩为： )(2)(222A B C A C I -=∆-= （cm 2 ·m 2） （2-4）任意构件至中和轴的距离为： A B Z Z Z i i i -=∆-=' （m ） （2-5）最上层连续甲板和船底是船体剖面中离中和轴最远的构件，构成了船体梁的上下翼板。
构成船体梁上翼板的最上层连续甲板通常称为强力甲板。
设中和轴至强力甲板和船底的垂直距离分别为d Z 和b Z ，则强力甲板和船底处的剖面模数分别为： d d Z I W =，b b Z I W = （2-6）在一般船舶中，中和轴离船底较近，即d Z >b Z ，因此b d W W <。
船舶强度与结构设计
2.船体强度计算内容和方法
(1)确定作用在船体及各个结构上的外力。 (2)确定船体结构在外载作用的响应：结构 剖面中的应力与变形 ；结构的极限状态分 析。即所谓内力问题。 (3)确定合适的强度标准，并检验强度条件。 这三部分内容是一个综合的整体，通常 被
分散到船舶静力学、船船结构力学等几门课 程中讨论。
局部强度─局部构件(纵桁、横梁、肋骨等)、节 点(肘板等)、局部结构(舱壁、甲板、船底板、 舷侧板等)的强度。
5
§2 作用在船 体结构上的 载荷
6
作用于船体上的载荷可按其响应和随时间变化进行 分类。
1.按结构响应分类：总体性载荷和局性载荷。 总体性载荷─引起整个船体变形或破坏的载荷和 载荷效应。如总纵弯曲的力矩、剪力、应力及纵 向扭矩等。
14
§4 评价结构 设计的质 量指标
15
为得到一个优秀的结构设汁，应考虑以下问 题：
1．安全性
即结构要能承受正常使用时各种可能的 载荷作用，并在偶然事件发生时及发生后， 仍能保持必需的整体稳定性(即仅产生局部 损坏而不发生整体的破坏)。
2.船舶的整体配合性
船舶是一个整体，在船舶设计时，结构 设计必须同总体、轮机、设备电气及通风等 其它方面的设计互相配合，以保证船舶在各 方面都具有良好的工作性能。
船体强度是研究船体结构安全性的科学。
1.结构的安全性
结构的安全性包括： (1)结构能承受在正常施工和正常使用时可 能出现的各种载荷，并在偶然事件发生时及发 生后仍能保持必需的整体稳定性。 (2)结构在正常使用时，对于民船必须适合 营运的要求，和具有足够的耐久性；对于军船 还必须满足在规定海况下，具有良好的战斗性 能和生命力。
局部性载荷─指引起局部结构、构件变形或破坏的 载荷，如水密试验时的水压力，机器的不平衡所 造成的惯性力、局部振动，海损时的水压力等。
大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业1,2,3
大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业1,2,3第一篇：大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业1,2,3 大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业1,2,3大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业一试卷总分：100测试时间：--多选题单选题判断题、多选题（共 2 道试题，共 10 分。
）1.波浪附加弯矩与（）有关。
A.船型 B.波浪要素C.船与波的相对位置D.静水弯矩满分：5分2.船体构件弯曲应力包含哪几种成分？A.板的弯曲应力B.纵骨弯曲应力 C.板架弯曲应力 D.总纵弯曲应力满分：5分大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业一试卷总分：100测试时间：--多选题单选题判断题、单选题（共 3 道试题，共 15 分。
）1.在剪力曲线的两端点处，弯矩曲线应与x轴（）。
A.相交 B.相切C.垂直D.平行满分：5分2.船体剖面模数的单位是（）。
A.米B.米的平方C.米的立方D.米的四次方满分：5分3.强度计算规定，凡是甲板开口宽度超过甲板宽度的（）者均应扣除。
A.10% B.20% C.30% D.40% E.满分：5分大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业一试卷总分：100测试时间：--多选题单选题判断题、判断题（共 15 道试题，共 75 分。
）1.横骨架式中，由于初挠度和横荷重的存在，一般说来板的折减系数降低，**此不考虑它们的影响是偏于危险的。
A.错误 B.正确满分：5分2.许用应力就是在船体结构设计时预计的各种工况下，结构构件所容许承受的最大应力值。
A.错误 B.正确满分：5分3.载荷曲线的一次积分曲线就是剪力曲线。
载荷曲线的两次积分曲线即弯矩曲线。
A.错误 B.正确满分：5分4.计算极限弯矩实际上就是计算极限状态下的船体剖面模数。
A.错误 B.正确满分：5分5.船体的某些板材，如甲板板、内底板、外底板等是允许失稳的。
A.错误B.正确满分：5分6.船体所受弯矩值一定时，最小剖面模数越大，则最大应力越小。
第三章船舶结构强度与结构设计(使用精品PPT课件
船舶摇摆引起的扭矩
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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
i mr2da A
曲线1
（2）积分得当每个站段的转动惯量得曲线2：
2、提高扭转刚度的结构措施
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扭转强度计算的必要性
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扭转强度计算的必要性
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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。
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船舶摇摆引起的扭矩
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▪ 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。
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船舶摇摆引起的扭矩
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图 横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力
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船舶摇摆引起的扭矩
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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=0
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x 尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点
x
x
T(x)cdx0cdx0vedx
首端点扭矩为零，即
L
T 0 cdx0
船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：
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作用在船体上的扭转外力
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图 波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线
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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：
船舶结构与强度设计报告书
船舶结构规范设计书5000吨江海直达船指导老师:班级：船海1101班小组成员：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：完成日期：2014/7/2目录一．小组成员分工及贡献度二．小组设计任务三．5000吨江海直达船说明四．确定4800mm平台构件尺寸（1）#5 —#12区域（2）#12—#35区域（3）#35—#134区域（4）#134—船首区域五．4800mm平台甲板结构图六．有限元建模及强度计算七．课程设计总结八．附件一．小组成员分工及贡献度1.成员分工按规范确定4800mm平台甲板构件尺寸：绘制4800mm平台甲板结构图：#134—船首有限元建模及结构强度直接计算：Word制作及后期整理：PPT制作：2.贡献度xxx 1.0xxx 1.0xxx 1.0xxx 1.0二．小组设计任务1.按照规范确定4800mm平台甲板构件尺寸，绘制甲板结构图2. #134—船首区域有限元建模及结构强度直接计算三．5000吨江海直达船说明一．说明本船主要运输矿石及钢材，兼顾煤碳及水泥熟料等货物。
航行于长江武汉至宁波中国近海航区及长江A、B 级航区。
船舶结构首尾为横骨架形式，中部货舱区采用双底双舷、单甲板、纵骨架式形式，所有构件尺寸均按 CCS 《国内航行海船建造规范》(2006)要求计算。
1. 主要尺度设计水线长：WL L 107.10米计算船长：L 104.10米型宽：B 17.5米型深：D 7.6米结构计算吃水：d 5.8米2.主要尺度比 长深比：104.1 5.95517.5L B ==> 宽深比：17.5 2.30 2.57.6B D ==<2. 肋距及中剖面构件布置：尾~#10以及#140~首 肋距为600mm#10~#140 肋距为700mm本船按规范要求的标准肋距为：1.2.8.1 肋骨、横梁或纵骨（船底、舷侧、甲板）的标准间距Sb 应按下式计算：0.0160.5Sb L =+ m ,且不大于0.7m式中：L—船长，m。
船舶结构与强设计
③ 为什么要规定不发生过大变形 什么情况会发生变形？结构变形有什么危害？ ——吊车轨梁变形吊车不能正常工作。 ——轿车厢变形不美观。
2 如何计算结构强度
（1）构件破坏形式 构件破坏形式：
① 构件断裂
材料达到强度极限—— 300-400MPa拉杆断裂
强度分析在结构设计中的作用——检验所设计的结 构是否安全，材料使用是否合理。
如，如果结构应力超过许用应力，结构不安全。如 果应力很小，虽然结构安全，但材料可能浪费。
如何修改设计？
第3节 船舶结构强度特点
1.船体结构的作用 实现船舶功能的基础：为船上货物、机械设备提供
装载平台、为船上人员提供生活和工作场所。
拉杆例子 圆杆能力= σy×圆杆面积 影响圆杆能力的因素： 你能保证：σy≥235 MPa， 圆杆直径≥20mm 焊接质量（如果圆杆长需要焊接）
影响圆杆载荷的因素： 你能保证：重物不超过5吨？ 这些不定因素用安全系数来解决。 构件材料破坏极限应力通常取屈服应力。对于受
压缩作用细长杆或薄板，极限应力通常取失稳的临 界应力。
船体结构会受到各种外力的作用： 重力：货物、设备、油水以及结构 水作用力：浮力，波浪动力 意外作用力：碰撞、触礁、搁浅和爆炸等
在这些外力作用下，船体结构会产生多大的变形， 是否会产生断裂破坏，这是造船工程师必须回答的问 题。
2 船体强度
船体在正常使用过程中和在一定寿命期内具有不 破坏或不发生过大变形的能力，以保证船舶能正常工 作。为了使船舶能在其寿命期内正常工作，船体必须 具备足够的强度。
材料达到屈服极限—— 200-260MPa 拉杆明显变形
② 构件失稳
什么情况下发生失稳？
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船舶总纵强度计算
班级：船海1301
姓名：禹宗昕
学号：U201312263
完成日期：2016.4.18
一．计算依据
1.横剖面图和尺寸
图1.1 横剖面图和尺寸
注：6,18分别为全部的甲板纵骨和船底纵骨；20,21分别为统一水平高度的加强筋。
2.计算载荷
中垂，计算弯矩M=9.0×107N·m
3.船体材料
计算剖面所有的构件均采用低碳钢，屈服极限σr=350N/mm²
4.总纵弯曲许用应力[σ]=0.5σr
二．总纵弯曲正应力
1.总纵弯曲正应力第一次近似计算
剖面简图如上图所示，和图中编号对应的各强力构件尺寸已表明。
第一次近似总纵弯曲应力的计算在下表中完成，参考轴取在基线处。
表2.1 总纵弯曲正应力第一次近似计算
第一次近似中和轴参考轴（基线）距离：
Δ=2275.61/1756.59=1.580 m
船体剖面对水平中和轴的惯性矩为
I=2*[9928.905+154.262-Δ2 *1756.59]=11394.7448 cm2m2
总纵弯曲应力为
σi=M/I*Z i*10 N/mm2
2.临界应力计算
因为处于中垂状态，下面只列出了中和轴以上部分受压板，纵骨，纵桁的临界应力。
（1）纵骨架式板格按下式计算：
σcr=76*（100t/b）2 N/mm2
表2.2.1 纵骨架式板格临界应力计算
（2）.纵骨剖面要素及临界应力计算入下表，其中欧拉临界应力计算式：
σcr=π2Ei/a2（f+b e t）N/mm2
式中，a为实肋板间距，a=120cm，b e为带板宽度平均值
b=40cm < a/6 =20cm, 因而带板的计算依据a/6.
带板受到压缩应力大于临界应力时应做折减，带板宽度按下式确定：
b e=a/6/2*（1+φ）
带入可得，
φ1=118.75/222.725=0.533 b e1=153.3168445
φ2=171/222.725=0.767 b e2=176.7762561
表2.2.2 纵骨剖面要素及临界应力
2.船体总纵强度第二次近似计算
（1）.剖面折减系数计算
表2.3.1
通过上表对比可得，甲板纵骨不失稳，两块甲板板失稳。
（2）.总纵弯曲第二次近似计算
表2.3.2
由表可得第二次近似中和轴距基线距离为
Z2=2547.31/1704.703=1.494 m
剖面惯性矩
I2=2 [ 9078.63- 1.494²*1704.702]=10544.43643 (cm²·m²)第二次近似计算总纵弯曲应力由下式计算：
σ2=M/I2*Z2*10 N/mm2
其中，I2取本次计算结果，Z2由第二次计算的中和轴位置调整得。
表2.3.3 第二次总纵弯曲应力计算
第二次和第一次总纵弯曲应力计算结果对比，大多数相差大于5%，不符合要求，因而进行第三次计算。
4.船体总纵强度第三次近似计算
（1）.剖面折减系数计算
表2.4.1
（2）.总纵弯曲第三次近似计算
表2.4.2
由表可得第二次近似中和轴距基线距离为：
Z1=2506.885/1695.515=1.479 m
剖面惯性矩：
I1=2 [ 8900.7533- 1.479²*1695.515]=10388.44998 (cm²·m²)
第二次近似计算总纵弯曲应力由下式计算：
σ3=M/I*Z3*10 N/mm2
表2.4.3
由上表（2.4.3）中第二次和第三次总纵弯曲应力计算结果可见，多数构件和板的两次计算结果相差小于5%，结果可用。
注意到13号构件，6号舷侧纵骨由于本身应力较小，10.523N/mm²，因为前后相差1.5左右，却又较大的相对误差，到前后两次值本身相对接近，以及远小
于材料屈服极限235Mpa，因而认为第三次总纵弯曲应力的计算结果有效。
三．总结
本次大作业利用Excel进行，没有选用matlab是基于两个原因。
其一是，本次作业中会涉及很多变量，而且变量含义相对独立，如果一张总表用一个矩阵统一存储，可能对后期的数据选择带来困难，比如只选择大矩阵的某一
列进行修正时，编写程序需要人为识别，再重新定义。
如果一张总表中分项定义，
则会造成变量过多，给数据的录入带来困难。
其二是，本次操作中会有较多判别项。
比如第一次大作业中需要判别的条件就只有一个：不满足精度要求时继续循环；然而本次还可能涉及失稳的判定，例如，
假如本次用的是235钢，则在第二次总纵应力计算过程中，会发现两块甲板板失稳，甲板纵骨不失稳，然而这里如果没有一个判定条件，则很可能就以-0.027
执行后续的计算，从而引起较大误差。
而如果此时用excel计算则可以清楚地发现
问题，并用简单的修正来解决问题。
并且，可有第二次的计算结果，在第三次应力
计算过程中，就只计算两块甲板的折减系数即可，而此时如果此时是用matlab，
还是设置有甲板纵骨项，则会造成存储的浪费，尤其如果是实际问题中，这种浪费
可能大量存在。
然而工程使用中，上述两大缺陷其实都应该是很好地集成之后的，即相应的判
别函数都已经很完善，相应的存储变量也已经很明确。
上述两个问题也将会让步给矩阵存储带来的便捷。