第2章 船舶静置在波浪中的剪力和弯矩计算
船舶与海洋工程结构物强度智慧树知到课后章节答案2023年下哈尔滨工程大学
船舶与海洋工程结构物强度智慧树知到课后章节答案2023年下哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学
第一章测试
1. 不同类型的海洋平台的载荷工况都一样（ ）
答案:
错
2. 军船和民船的装载工况是相同的。（ ）
答案:
错
3. 海洋平台结构的破坏模式主要是屈服破坏和疲劳破坏。（ ）
答案:
错
4. 强度分析主要包括外载荷计算、内力分析、强度校核标准。（ ）
答案:
对
5. 长方形梁截面的惯性矩与（ ）无关。
答案:
粱的长度
6. 以下为全船性的外力的是（ ）。
答案:
波浪压力;船体结构重量
7. 载荷随时间的变化性质分类有（ ）。
答案:
动变载荷;静变载荷;冲击载荷;不变载荷
8. 虽然海洋平台的结构形式较多，但其总强度的模型主要有（ ）。
答案:
三维空间模型;三维空间梁模型
9. 海洋平台受到的间接自然环境载荷包括以下（ ）
答案:
系泊力;惯性力
10. 造成海损事故的原因主要有（ ）。
答案:
人为因素;恶劣海况;强度不足;意外事故
第二章测试
1. 静置在波浪上的船体载荷曲线有两条性质，分别是：沿着船长分布的整个载荷曲线与轴线之间所包含的面积之和为0；上述面积对轴上任意一点的静力矩之和为零。（ ）
答案:
对
2. 波长远大于船长或者远小于船长的情况下，浮力的分布与在静水中的浮力分布相差很小（ ）。
答案:
对
3. 船体结构的响应分析是指（ ）。
答案:
确定结构剖面中的应力或变形
4. 静置法中，船与波的相对速度为（ ）。
答案:
=0
5. 船舶静置在波浪上的总纵弯矩等于船舶在静水中的弯矩和船舶静置在波浪上的波浪附加弯矩之（ ）。
答案:
和
6. 船舶在中垂状态下，（ ）在船中，此时船中浮力较（ ）。
答案:
波谷；小
7. 进行平衡水线调整时，需要满足以下（ ）条件。
答案:
重力和浮力的力矩相等;船体的排水体积不变;重力和浮力相等
8. 绘制船体重量曲线时，需要遵循以下（ ）原则。
对船体波浪力计算书
3.2.1 风、水流和波浪对浮体产生的作用力
风、水流和波浪对浮体产生的作用力参照前苏联《波浪、冰凌和船舶对水工建筑物的荷载与作用》计算。
（1）风对浮体作用的横向分力和纵向分力
见3.2.1.1。
（2）水流对浮体作用的横向分力和纵向分力
水流对浮体作用的横向分力和纵向分力按以下公式计算：
20.59xxxFAv
20.59yyyFAv
式中：Fx、Fy—趸船计算水流力的横向分力和纵向分力(kN)；
Ax、Ay—浮趸水下横向和纵向阻水面积(m2)；
vx、vy—设计水流流速的横向和纵向分量(m/s)。
浮趸水面以下的阻水面积计算：
Ax=45×0.6=27m2；
Ay=7×0.6=4.2m2
作用在趸船上的水流力：
20.59271.5538.27kNxF
20.594.21.555.95kNyF
（3）波浪对浮体的作用力
波浪对浮体的横向分力和纵向分力按以下公式计算：
1xxQghA
yyQghA 式中：Qx、Qy—趸船计算波浪力的横向分力和纵向分力(kN)；
χ—系数，按图3-1取用，图中ds为浮趸吃水，ds=0.6m；
τ1—系数，按表1-3.6取用，表中αl为浮体水下部分纵向轮廓的最大水平尺寸（m），取αl=45m；
h—取H5%波高，h=1.3m；
Ax、Ay—浮趸水下横向和纵向阻水面积(m2)。
图3-1 系数χ值的曲线图
表1-3.1 系数τ1
/l
≤0.5 1 2 3 ≥4
系数τ1 1 0.73 0.5 0.42 0.4
/0.6/200.03sd，根据图3-1， 取χ=0.85。
/48.6/202.25l，根据表1-3.6，取τ1=0.48。 χ
/sd作用在趸船上的计算波浪力：
10.850.481.0259.81.327146.79kNxxQghAτ
0.851.0259.81.34.222.83kNyyQghA
船舶静力学基本知识
船舶静力学基本知识
1、简述表示船体长度的三个参数并说明其应用场合？
答：船长[L] Length
船长包括：总长，垂线间长，设计水线长。
总长 （Length overall）
——自船首最前端至船尾最后端平行于设计水线的最大水平距离。
垂线间长 (Length Between perpendiculars)
首垂线（F.P.）与尾垂线（A.P.）之间的水平距离。
首垂线：是通过设计水线与首柱前缘的交点可作的垂线（⊥设计水线面）
尾垂线：一般舵柱的后缘，如无舵柱，取舵杆的中心线。
军舰：通过尾轮郭和设计水线的交点的垂线。
水线长[ ](Length on the waterline)：
——平行于设计水线面的任一水线面与船体型表面首尾端交点间的距离。
设计水线长：设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离。
应用场合：静水力性能计算用：
分析阻力性能用：
船进坞、靠码头或通过船闸时用：
2、简述船型系数的表达式和物理含义。
答：船型系数是表示船体水下部分面积或体积肥瘦程度的无因次系数，它包括水线面系数 、中横剖面系数 、方形系数 、棱形系数 （纵向棱形系数）、垂向棱形系数 。船型系数对船舶性能影响很大。
（1）水线面系数 ——与基平面平行的任一水线面的面积与由船长L、型宽B所构成的长方形面积之比。（waterplane coefficient）
表达式：
物理含义：表示是水线面的肥瘦程度。
（2）中横剖面系数[ ]——中横剖面在水线以下的面积 与由型宽B吃水所构成的长方形面积之比。(Midship section coefficient)
表达式：
物理含义：反映中横剖面的饱满程度。
（3）方形系数[ ]——船体水线以下的型排水体积 与由船长L、型宽B、吃水d所构成的长方体体积之比。（Block coefficient）
表达式：
物理含义：表示的船体水下体积的肥瘦程度，又称排水量系数(displace coefficient)。
船体结构直接计算分析指南
中 国 船 级 社
2003年５月
油船结构直接计算分析指南
2003
1 目 录
第1章 总则.......................................................................................................................1
1.1 一般规定...................................................................................................................................1
1.2 定义...........................................................................................................................................1
第2章 载荷直接计算....................................................................................................3
2.1 一般规定...................................................................................................................................3
2.2 静水载荷...................................................................................................................................3
2船体总纵强度计算
——————————————————————————————————————————————— 2船体总纵强度计算 船舶强度与结构设计 第2章 船体总纵强度计算 根据梁弯曲理论： σ=M?Z I（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Ai，其形心位置至参考轴的距离Zi（按所选定的符号法则，在参考轴以上的构件Zi取为正），静力矩AiZi，惯性矩AiZi。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i0=Aihi/12（hi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： 22 19 船舶强度与结构设计 ∑Ai=A i（2-2）∑AZi i=B 2i∑(AZ +i0)=C 剖面水平中和轴至参考轴的距离为： Δ=B(m) A（2-3） 由移轴定理，剖面对水平中和轴的惯性矩为： B2 I=2(C?ΔA)=2(C? （cm2 ·m2） A2（2-4） 任意构件至中和轴的距离为： Zi′=Zi?Δ=Zi?B （m） A（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Zd和Zb，则强力甲板和船底处的剖面模数分别为： IIWd=，Wb= ZdZb（2-6） 在一般船舶中，中和轴离船底较近，即Zd>Zb，因此Wd<Wb。所以，有时也称强力甲板处剖面模数为船体剖面的最小剖面模数。 2.1.2 第一次总纵弯曲应力近似计算 构件中的总纵弯曲应力为： σi=MZi′×10 （N/mm2） I（2-7）式中弯矩M以kN·m计，中拱时为正。按式（2-7）求得的应力σi称为总纵弯曲应力第1次近似计算值。 2.1.3 异种材料的面积换算
船舶强度计算题
船舶与海洋工程结构物强度 练习题
船舶强度部分
1. 设某船船长为Ｌ，船体部分的重量为Ｗ，其重心位于船舯后 xｇ处。若该船体重量分布可由图1所示梯形曲线表示，其中艏、舯和艉处三剖面的重量集度分别为 cW/L，bW/L和aW/L。试证明： a＋4b＋c＝6
a－c＝1087xg/L
2. 试按静力等效原则，分别将图2所示的局部重量在相应的理论分段内均布。
(1) 均布重量，其重量集度为q，分布长度为ｂ，重心位置以距离ａ表示。 0
(2) 梯形分布重量，三剖面处的分布集度分别为ａ、ｂ和ｃ。
3. 长方形浮码头，长 20m，宽 5m，深 3m，空载时吃水为 1m (淡水)。当其中部 8m范围内承受均布载荷时，吃水增加至 2m。假定浮码头船体重量沿其长度方向均布。试绘出该载荷条件下的浮力曲线、载荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线，并求出最大剪力和最大弯矩值。
4. 长方形货驳长Ｌ＝10m，均匀装载正浮于静水中。若假定货驳自重沿船长均匀分布，且在货驳中央处加一集中载荷Ｐ＝100kN，如图4所示。试绘出其载荷、剪力和弯矩曲线。
5. 长方形驳船，长Ｌ＝50m，宽Ｂ＝10m，高Ｈ＝6m，如图5所示正浮于静水中。已知自重沿船长均布，其集度为ｗ＝200kN/m，在甲板中部向首、尾各ｌ＝10m的范围内堆放了ｑ＝500kN/m的均布荷重。
(1) 试绘出静水中的载荷、剪力和弯矩曲线，并求船舯处的弯矩值。
(2) 若船体静置于一波高ｈ＝3m，波长λ＝50m的正弦波中，试计算当波峰位于船舯时的
波浪附加弯矩和合成弯矩。水的比重取为γ＝10kN/m3。
6. 某箱型船长 100m，宽 18m，在淡水中正浮时吃水为 5m。假定船体重量沿船长均匀分
布。兹将一质量为 150t的物体置于艉端处。
(1) 求船体平衡时的平均吃水和纵倾角。
(2) 计算船体的最大剪力和最大弯矩值。
7. 如图7所示，长度为L的长方形货驳，其自身重量沿船长均匀分布。当船舯前方的Ｌ/2范围内堆放单位长度重量为ｑ的货物时，为保持船体在水中的正浮状态，问在船艉处所加的集中载Ｐ＝？并绘出相应的剪力和弯矩图，标明最大剪力和弯矩的数值。
船舶结构与强度第二版答案
船舶结构与强度第二版答案
一、判断题(每题2分，共10分)
1、船体梁的最大剪力发生在船中剖面处。(x)
2、船体梁上浮力曲线与纵向坐标轴所围的面积等于作用在船体上的浮力，该面积的形心为船体浮心。(√)
3、第二次及更高次总纵弯曲近似计算中在不同弯曲状态下构件的折减系数是相同的。(x)
4、计算槽型舱壁的槽形体的弯曲时，可将其作为弹性固定的单跨梁或连续梁。(√)
5、为了防止应力集中，甲板上应避免采用长边沿船长方向布置的开孔。(x)
二、概念题(每题3分，共12分)
1、重量分布曲线
船舶在某一计算(装载)状态下，表示船长方向单位长度上重量大小的曲线。
2、许用应力
在结构设计预计的各种工况下，船体结构构件所容许承受的最大应力值。
3、船体极限弯矩
在船体剖面内离中和轴最远点的刚性构件中引起的应力达到结构材料屈服极限(在受拉伸时)或构件的临界应力(在受压缩时)的总纵弯曲力矩。
4、应力集中
间断构件在其剖面形状与尺寸突变处的应力，在局部范围内产生急剧增大的现象。
三、简答题(每题8分，共48分)
1、简述船体总纵强度计算中剪力和弯矩的计算步骤。
答:(1)计算重量分布曲线p(x);(2)计算静水浮力曲线b(x);(3)计算静水剪力及弯矩:
N,(x)=∫ [p(x)-b,(x)]dx’ M,(x)=∫N,(x)dx ;(4 )计 算 静 波 浪
剪 力 及 弯 矩: N„(x) =∫ [-Δb(x)]dx ，
M(x)=[N(x)dx;(5)计算总纵剪力和弯矩:N(x)=N,(x)+N_(x)，M(x)=M,(x)+M„(x)。
2、简述计算重量分布曲线时采用的静力等效原则。
答:重量的分配原则:重量不变，重心不变，范围不变，站距均布。最终，应使重量曲线所围的面积等于
全船的重量，该面积的形心纵向坐标与船舶重心的纵向坐标相同。
或:(1)保持重量的大小不变，这就是说要使近似分布曲线所围的面积等干该项实际重量:(2)保持重量
船舶剪力弯矩计算
船舶剪力弯矩计算
船舶剪力和弯矩是船体结构力学计算中的重要参数，用于评估船舶在不同工况下的结构强度。下面是船舶剪力和弯矩的计算方法：
1. 载荷计算：首先需要确定船舶的运载条件，包括船舶吃水线、载货量、货物分布、燃油和水污染物负荷等。根据这些信息，可以计算出载荷的大小和分布情况。
2. 应力分析：根据船舶的结构形式和载荷情况，可以采用材料力学的原理计算出船舶结构的应力分布情况。剪力和弯矩是应力的两个重要参数，决定了船舶结构的强度。
3. 剪力计算：剪力是指作用于一物体两个相邻截面上的力之间的内力。船舶的剪力主要是由船舶在水中的浮力和引起船身产生剪切力的水流压力引起的。剪力的计算可以通过应力平衡方程来进行计算。
4. 弯矩计算：弯矩是指作用于物体上的力矩。船舶的弯矩主要是由载荷引起的。弯矩的计算可以通过将整个船体划分为若干截面，然后根据力和力矩的平衡条件来进行计算。
总结起来，船舶剪力和弯矩的计算是基于船舶结构的应力分析和力的平衡条件进行的。通过计算剪力和弯矩，可以评估船舶结构的强度，从而确保船舶在不同工况下的安全运行。
船舶计算说明
船舶总纵强度计算
一. 主要数据及原始资料
1. 主要数据
计算船长L=94.407m
船宽B=17.000m
水密度ρ=1.000t/m3
重力加速度g=9.8m/s2
计算状态 满载到港
2. 根据完整稳定性计算书选取初始计算参数
总重量W=66756.7768 kN
重心纵向坐标Xg=-5.121m
计算吃水吃水dm=4.956m
3. 确定总重量后，根据静水力曲线数据及线性插值得到
浮心纵向坐标Xb=0.6721m
浮心垂向坐标Zb=2.5967m
漂心纵向坐标Xf=2.8279m
水线面面积Aw=1500.5605m2
纵稳心半径R=146.5132m
二. 重量分布计算
1. 用库尔求莫夫法计算空船重量分布
船舶集度系数K取4
2. 其它重量分布确定
根据完整稳定性计算书中船总重量分布及总布置图粗略确定各部分重量分部。
3. 总重量分部确定
将各站重量加和，得到总重量分部曲线。
三. 浮力分布计算
1. 第一次近水计算
首吃水 mxLRxxddfbgmf0875.5)2(1
尾吃水 mxLRxxddfbgma394.84)2(1
浮力B1=66261.1192KN
浮心纵向坐标Xb1=0.9757M
精度检验 （W-B1)/W=0.74%
（Xg-Xb1）/L=0.09%
2. 第二次近水计算
首吃水 5.1493)2(1112fbgffxLRxxagBWdd 0.0000 500.0000 1000.0000 1500.0000 2000.0000 2500.0000 3000.0000 3500.0000 4000.0000 4500.0000 5000.0000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 总重量
总重量 尾吃水 482.84)2(1112fbgaaxLRxxagBWdd
船舶强度与结构设计_授课教案_第二章 总纵强度计算
第二章 总纵强度计算
§2-1船体总纵弯曲应力第一次近似计算
一、危险剖面的选择
危险剖面：可能出现最大弯曲应力的剖面，由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围的，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—既有最大的船口或其电开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。除此之外，一般还要对船体骨架改变处剖面，上层建筑端壁处剖面，主体材料分布变化处剖面，以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。
二、纵向强力构件
1、 1、 纵向强力构件
纵向连续并能有效的传递总纵弯曲应力的构件。
船中0.4~0.5倍船长区域内连续的纵向构件，上甲板板、外板、内底板、纵桁、中内龙骨等都是纵向强力构件。
船中非连续构件参加总纵弯曲的有效性取决于本身的长度及与主体的连续情况。
（1）、构件连续长度≥3h计算剖面
船口纵围板、纵桁等纵向构件可计入船体梁剖面计算中，但除外机座纵桁和其它加强纵桁不应计入。
（2）、构件长度L%15的上层建筑。
（3）、不少于三个横舱壁或类似结构支柱的长甲板室。
2、 2、 间断构件
（1）、相临舱口甲板。 （2）、纵桁板上的Hh%20的开口。
三、剖面模数及剖面要素计算
1、 1、 不同材料剖面面积折算
根据变形相等的条件，承受相同的力P即在计算时，可以船体梁仅由一种基本材料构件，而把与基本材料弹性横量E不同和构件剖面面积乘以两材料的弹性横量之比EEi，同时又不改形心位置。
因此，对薄壁构件，相当于只对板厚作上述变换。
2、 2、 剖面要素的计算步骤
（1）、画出船体计算剖面的剖面图并编号（i）
（2）、选定参数轴—离基线（0.45～0.5）型深处。确定形心至参数轴距离（iZ）。
（3）、计算剖面积（A）、静力矩（B）、惯性矩（C）。 iAA
iiZAB
)(02iZACii
（4）、求中和轴至参考轴的距离（）、任意构件至中和轴的距离（'iZ）