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1、第三章,强度计算,第,1,节,船体总弯曲应力计算,1.,船体总弯曲应力计算公式,(1),按照梁理论计算总纵弯曲应力,Z,I,M,?,?,（,2,）船体梁概念,总强度计算时把空心薄壁结构看作一根实心梁，,称为,等值梁或船体梁,，即认为甲板、底板和船侧等结,构组成近似的,工字型材剖面,。,把空心薄壁结构的船体看作一根梁，可行吗？,2.,计算剖面选择,M,和,I,与剖面位置有关。最大弯矩一般在船中，,剖面一般选择船中附近最薄弱剖面。,一般舱口内剖面薄弱。,3.,船体剖面模数,Z,I,W,W,M,Z,I,M,?,?,?,?,给定剖面，,Z,越大,W,越小。,弯矩一定时，剖面模数越小,，,弯曲应力越大。
2、,甲板剖面模数,W,d,和船底剖面模数,W,b,b,b,d,d,Z,W,Z,W,I,I,?,?,一般，甲板剖面模数小,船底剖面模数大，甲板,总弯曲应力大。,船体剖面模数,是表征船体结构抵抗弯曲变形能,力的一种几何特征，也是衡量船体强度的一个重要,标志。,4.,船体剖面几何特性计算,船体剖面几何特性,剖面惯性矩和剖面模数,船体剖面实际是一个复杂的组合剖面，因此船,体剖面特性计算采用组合剖面特性计算方法。,船体剖面特性计算应包括哪些构件？,纵向强力构件,纵向连续并能够有效地传递,抗总纵弯曲应力的构件，即船中,0.4L,范围内纵向连续,构件。如，甲板、外板、内底板、纵骨和纵桁等。,只能包括纵向强力构
3、件！,船体梁剖面特性计算原理同简单型材（如工字型,材）计算，可列表计算。,构件,尺寸,m,mm,面积,a,(m,2,),高度,h,(m),一次矩,ah,二次矩,ah,2,自身惯性矩,i,(m,4,),强力甲板,2.5,14,0.035,9.0,0.3150,2.835,强力甲板边板,1.5,16,0.024,9.0,0.2160,1.944,强力甲板纵骨,160,14/40,14,0.0084,8.9,0.0748,0.666,舷顶列板,1.0,16,0.0160,8.5,0.1360,1.156,0.001,舷侧外板,7.2,14,0.1008,4.4,0.4435,1.951,0.435,
4、下甲板,4.0,12,0.0480,5.5,0.2640,1.452,舭列板,R0.8,14,0.0176,0.29,0.0051,0.001,0.001,内底板,6.5,14,0.0910,1.0,0.0910,0.091,内底边板,1.5,16,0.0240,1.0,0.0240,0.024,内底纵骨,200,10/66,15,0.0150,0.86,0.0129,0.011,旁纵桁,1.0,12,0.0240,0.5,0.0120,0.006,中纵桁,1.0,6,0.0060,0.5,0.0030,0.001,0.002,外底板,7.2,14,0.1008,0,0,0,0.001,外底纵
5、骨,200,10/66,15,0.0150,0.14,0.0021,0.000,上甲板纵桁腹板,0.5,25,0.0125,8.75,0.1094,0.957,上甲板纵桁面板,0.4,25,0.0100,8.5,0.085,0.723,下甲板纵桁腹板,0.5,25,0.0125,5.25,0.0656,0.346,下甲板纵桁面板,0.5,25,0.0100,5.0,0.05,0.25,半剖面总和,0.5706,1.9094,12.414,0.440,船体剖面左右对称，先计算半个剖面，然后再乘,2,。,中和轴高度：,m,a,h,a,h,i,i,i,NA,346,.,3,5706,.,0,9094
6、,.,1,?,?,?,?,?,半剖面对基线惯性矩：,I,zz,=12.414+0.440=12.854,m,3,整剖面特性：,面,积：,A,=2,0.5706=1.142,m,2,对中和轴惯性矩：,I,=2,(12.854-0.5706,3.346,2,)=12.93m,4,对甲板剖面模数,:,W,d,=12.93/(9.000,3.346)=2.287 m,3,对船底剖面模数,:,W,b,=12.93/3.346=3.864 m,3,纵向强力构件上有开口，计算时应扣除吗？,中国规范规定计算船体梁剖面模数时开口扣除,要求，如：,如甲板开口长度,(,首尾方向,),超过,2.5m,，或者,宽度超过
7、,1.2m,或,0.04B,(,取其较小者,),，,应扣除,其剖面,积。,若纵骨或纵桁的开孔,(,如减轻孔、流水孔、焊,缝处的单个扇形孔,),高度不超过腹板高度的,25%,，则,在计算船体梁剖面模数时,不必扣除,其面积。,4.,总弯曲应力计算,（,1,）弯曲应力,总弯曲应力计算公式：,Z,I,M,?,?,已知,M,S,=,140100,kN.m,M,W,=,202800 kN.m,M,=,M,S,+,M,W,=,（,140100+202800,）,=,342900 kN.m,（中垂）,如果,M,W,=,+,202800 kN.m,，,M=,？,下甲板应力：,?,?,MPa,Z,I,M,57,1
8、000,346,.,3,5,.,5,93,.,12,342900,?,?,?,?,?,?,?,?,船底板应力：,?,?,MPa,Z,I,M,89,1000,346,.,3,0,93,.,12,342900,?,?,?,?,?,?,?,直接利用甲板模数计算主甲板总弯曲应力：,MPa,Wd,M,d,150,1000,287,.,2,342900,?,?,?,?,?,?,?,如何校核总强度？,?,找出最大总弯矩,?,计算最大弯曲应力,?,与许用应力比较,第,2,节,总弯曲时剪应力计算,1,剪应力计算,剪切应力公式,：,t,I,S,N,?,?,?,?,其中：,N,为计算剖面剪力；,S,为求剪应力点一侧
9、剖面积对中和轴静力矩；,t,为求剪应力点板的总厚度,。,对指定剖面，,N,和,I,是一定值，剪应力随,S,/t,变化。,一般情况，中和轴处船侧板应力最大。,总剪力,N=12100kN,中和轴之上剖面积对中和轴,的静矩,S=0.832m,3,中和轴处船侧板总厚度,t=0.028m,。,静力矩计算,构件,尺寸,m,mm,面积,a,(m,2,),高度,h,(m),距中和轴,h-3.346,一次矩,m,3,强力甲板,2.5,14,0.035,9.0,5.654,0.198,强力甲板边板,1.5,16,0.024,9.0,5.654,0.136,强力甲板纵骨,160,14/40,14,0.0084,8.
10、9,5.554,0.047,舷顶列板,1.0,16,0.0160,8.5,5.154,0.082,舷侧外板,7.2,14,0.1008,4.4,1.054,0.106,下甲板,4.0,12,0.0480,5.5,2.154,0.103,上甲板纵桁腹板,0.5,25,0.0125,8.75,5.404,0.068,上甲板纵桁面板,0.4,25,0.0100,8.5,5.154,0.051,下甲板纵桁腹板,0.5,25,0.0125,5.25,1.904,0.024,下甲板纵桁面板,0.5,25,0.0100,5.0,1.654,0.017,总和,N=,0.832,MPa,t,I,S,N,28,1
11、000,028,.,0,93,.,12,832,.,0,12100,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,开式剖面结构和闭式剖面结构,开式剖面,结构剪应力直接按上述公式计算。,闭式剖面,结构剪应力按上述公式计算结果不太,准确，应按照剪流理论计算。,规范给出典型船体剖面类型剪应力计算公式。,作业,1.,方驳剖面如图，型宽,8m,，型深,2.5m,，甲板、舷侧,和纵壁板厚,10mm,，底板厚,12mm,，甲板纵桁,300,10/150,12(T),，底纵桁,400,10/150,12(T),，,计算中剖面对甲板和船底模数。,2.,如果中垂静水弯矩,M,S,6210kN.m,，分别计算甲,板和船底
12、板总弯曲应力。,第,3,节,许用应力,许用应力：在预计的各种工况下，船体结构所容许承,受的最大应力值。,中国规范规定,:,许用总弯曲应力,：,=175/K,，,N/mm,2,许,用,剪,切应力,：,=110/K,，,N/mm,2,K,材料换算系数,按照规范的许用应力校核强度，静水弯矩、波浪,弯矩，总弯曲应力、剪切应力等也必须按照规范规定,的方法计算，这样强度比较才有意义。,第,4,节,结构稳定性,屈曲强度校核,船体在弯曲过程中，受压作用的构件并不一定能,保持稳定，充分发挥作用。如果不能充分发挥作用，,则船体的抗弯能力将打折扣。,（,1,）受压作用构件破坏形式,?,屈服破坏,塑性变形,?,失稳破
13、坏,屈曲破坏,受压杆的屈曲破坏,受压板格的屈曲破坏,纵骨理想弹性杆屈曲应力计算,两端简支单跨杆欧拉应力,:,其中,:,i,包括带板的骨材剖面惯性矩；,?,?,t,b,f,a,Ei,e,E,?,?,2,2,?,?,（,2,）杆件稳定性及临界应力计算,例题,甲板结构，强横梁间距,2.4m,，纵骨间距,0.8m,，,甲,板,厚,14mm,，,纵,骨,16,b,球,扁,钢,，,材,料,屈,服,应,力,s=,235,N/mm,2,，,E=2.06,10,5,N/mm,2,。,16,b,球扁钢剖面积,21.16cm,2,，自身惯性矩,527,cm,4,，,重心轴,9.75,cm,。包括带板的剖面惯性矩,2
14、489,cm,4,。,?,?,2,2,5,2,/,659,4,.,1,80,16,.,21,240,2489,10,06,.,2,mm,N,E,?,?,?,?,?,?,?,?,欧拉应力超过屈服极限，修正后得临界（屈曲）应力。,2,/,214,4,1,mm,N,E,s,s,cr,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,当压缩应力达到,cr,=,214N/mm,2,时，甲板纵骨连同带,板将发生像压杆一样的失稳。,（,3,）板的稳定性及临界应力计算,纵、横骨架式板格,甲板和船底板欧拉应力按四边自由支持，单向受压,板计算。,2,2,/,100,80,mm,N,b,t,E,?,?,?
15、,?,?,?,?,?,2,2,2,2,2,/,1,100,20,mm,N,b,a,a,t,E,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,纵骨架式甲板：,横骨架式甲板：,由于,2,2,/,100,20,mm,N,a,t,E,?,?,?,?,?,?,?,?,四边受剪应力作用板欧拉应力：,2,2,/,100,107,mm,N,b,t,E,?,?,?,?,?,?,?,?,板欧拉应力与板厚度和短边宽度有关。,横骨架式板欧拉应力约为纵骨架板格的四分之一。,哪种骨架形式甲板稳定性好,?,“,玛丽”号事故？,横骨架式板欧拉应力近似为：,1,1,2,2,2,?,?,?,?,?,?,?,
16、?,?,?,b,a,例题中甲板板格,2,2,/,245,800,14,100,80,mm,N,E,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,甲板板格临界应力,cr=179 N/mm,2,临界应力计算,校核骨材和板的稳性时，一般先按理想弹性材料来,计算，然后考虑超出胡克定律的影响，最后得到判,断构件是否失稳的临界失稳应力。,（,4,）中国船级社钢质海船入级与建造规范屈,曲强度计算,船长大于等于,90m,的船舶，受船体梁弯曲和剪切,应力作用的板格及纵向构件，应进行屈曲强度校核。,柱屈曲模式纵骨理想弹性屈曲应力：,2,2,/,001,.,0,mm,N,Al,I,E,a,E,?,?,式中：,I,a,纵骨
17、惯性矩，,cm,4,；包括带板；,A,纵骨横截面面积，,cm,2,，包括带板；,l,纵骨跨距，,m,。,该式实际由压杆稳定的欧拉公式推导出：,?,?,?,?,?,?,?,?,2,2,2,4,2,2,2,2,001,.,0,100,/,Al,I,E,l,cm,A,cm,I,mm,N,E,Al,EI,a,E,?,?,?,?,?,?,受压板格的理想弹性屈曲应力：,2,/,1000,9,.,0,mm,N,s,t,E,K,b,C,E,?,?,?,?,?,?,?,?,式中：,E,材料弹性模量，,N/mm2,；,s,板格的短边长度，,m,；,t,b,板的厚度，,mm,；,K,C,系数：,对于与纵骨架式板,:,K,C,4,对于横骨架式板,:,K,C,1,注意规范规定的单位！,如何衡量板和纵骨是否满足屈曲强度要求？,规范要求板和纵骨的工作压应力,(,总弯曲应力,),应,符合下式要求：,式中：,=1,对板和对加强材的腹板,=1.1,，,对加强筋,?,?,?,1,?,第,5,节,船体挠度,EI,qL,2,384,5,?,?,船体挠度过大时，对主机和轴系有不利的影响，,容易引起波激振动。,什么情况下船体挠度可能过大？,通过均布载荷简支梁挠度计算公式，看影响挠度,的主要因素：,铝合金船、船长与型深之比大的船，船体挠度可,能过大，应注意挠度问题。,
