船舶结构设计基础 第二次作业

1、叙述骨架支撑条件简化中支座的简化原则。

答：

1 2

图1所示肋骨框架，由结构力学知，当I23》I01时，图1b可作为图1a的计算简图。

图2a所示钢架，因部分承受载荷，可把这部分从结构中分离出来，看成有弹性支座的单跨梁，即把相邻部分看成梁段12的弹性支座。计算简图如图2b所示。

图3所示结构是一等截面两跨连续梁，短跨AB的转动刚度比长跨BC的转动刚度要大。当短跨AB受载荷，长跨BC可视为短跨BA的弹性支座，得AB跨的弯矩图3a与AB跨B支座为铰支时的弯矩图3b相近；当长跨BC受载荷，BC跨又以BA梁作为弹性支座，此弹性支座的刚性较强，得BC跨的弯矩图3c与BC梁左端为刚性固定时弯矩图3d相近。

由上述情况看出，当相邻部分刚度相差较大时，可按极限情况处理简化计算。只要两梁的转动刚度相差20倍以上，其计算简图可简化成图3b或图3d，所得的误差在5%以内。

一般来说，当支座转动刚度K*大于所支撑杆件转动刚度K很多时，弹性支座可以化为刚性固定支座。如K*K》20时，其误差在5%以下。反之，当支座转动刚度K*小于其所支撑杆件转动刚度K很多时，支座可简化成铰支座。如K*K《1/20时，误差亦在5%以下。

2、有一海船舯剖面，该剖面弯矩为32000KN.m，该剖面对中和轴的惯性矩为16000cm2.m2(整个剖面)。若该船的型深为8米，上甲板离中和轴的距离为4.5米，则上甲板、外底板和中和轴处的弯曲应力为多少？若剖面中所有构件都满足稳定性要求，求该剖面的极限弯矩（船体材料的屈服极限为235Mpa）。

答：上甲板σ1= M/I×Z×102 (N/mm2)

=3.2×1010(N. m) /1.6×1012(mm2.mm2) ×4.5 ×1000 mm

=90 N/mm2

外底板σ2= M/I×Z×102 (N/mm2)

=3.2×1010(N. m) /1.6×1012(mm2.mm2) ×(8-4.5 )×1000 mm

=70 N/mm2

中和轴σ3= 0 (N/mm2)

该剖面的极限弯矩M max=σ×I/ Z

=235(N/mm2)×1.6×1012(mm2.mm2) /4.5 ×1000 mm

=83555.6 KN.m

3、假设不考虑构件失稳对强度的影响，试论述如何用计算法设计船底板和甲板板的厚度。

答：进行设计时，可根据已知的条件画出船体中剖面结构布置草图。并令甲板的相当厚度为δ1，船底的相当厚度为δ0.相当厚度是包括纵骨在内的甲板或船底平均厚度。为了减少计算时未知数的数目，可将所有参加总纵弯曲的纵向构件分类：

（1）给定尺寸的构件。这些构件可由构造上、工艺上或使用上的观点来决定其尺寸。在设计时，这些构件的尺寸是已知的，如下甲板、纵舱壁等，它们可由局部强度或构造上的理由来决定。

（2）厚度与甲板相当厚度δ1成比例的构件，如甲板边板等。

（3）厚度与船底相当厚度δ0成比例的构件，如内底板、平板龙骨、竖龙骨、底纵桁和船侧外板等。有时船侧外板由剪力大小决定，或者由局部强度决定。若δ0和δ1相差很大时，夜可用1/2（δ0+δ1）来作为船侧板的相当厚度。

4、什么是应力集中，降低应力集中的措施有哪些？

答：间断构件在其剖面形状与尺寸突变处的应力,在局部范围内会产生急剧增大的现象,这种现象称为应力集中。

特点：应力高、变化急剧，最大应力比平均应力大许多倍，最大应力范围仅限于局部。

1)减小应力集中系数K或应力集中范围

圆孔——尽量减小其直径（不影响K值，但可缩小范围，若d/t＜20则可不必加强）

椭圆孔——使其长轴//受力方向（使K值下降）

矩形孔——采用交大的圆弧（使K值下降）

2）采用加厚板或增设覆板，以覆盖高应力区。

3）结构突变处采用过渡结构。