交通運輸浙江海洋學院船舶強度與結構設計

2023-01-31 08:33:03 字數 4606 閱讀 6461

一、 、工程梁響應、帶支座的船體梁模型、不帶支座的船體梁模型

一、重量分類

船體重量是由空載重量和貨物重量共同組成的,因此可用空載重量曲線和貨物重量曲線組成各種給定裝載狀態下的船體重量曲線。

二、重量曲線的繪製

空載重量曲線如何繪製?貨物重量曲線如何繪製?

三、一、 一、 浮力成因

二、 二、 邦戎曲線與浮力曲線

三、 三、 縱傾調整

注意到實船的r》kb,故在上式中近似取r-kb~r。確定首尾吃水之後,利用邦戎曲線求出對應於該吃水線時的浮力曲線。於是可計算出排水體積

若滿足上述條件,則縱傾調整完畢;否則,需進行下一次調整時船舶將上浮或下沉

一、 所以剪力曲線與縱軸相交處彎矩為極值;端點處剪力為零,所以彎矩曲線與縱軸在該點相切。這些性質均可作為檢查計算結果的依據。若不滿足條件,需進行修正。

三、剖面模數及剖面要素計算

1、 一、

第三章第三章船體區域性強度校核計算方法

船體各部分結構抵抗區域性載荷直接作用而不產生破壞和超過允許限度的變形的能力稱為船體結構區域性強度。船體結構主要組成部分為船底結構、甲板結構、舷側結構和艙壁結構。在區域性強度校核計算中,首先要將船體空間立體結構簡化為板、梁、板架和框架來進行計算,在確定區域性結構受到最大載荷(設計載荷)後,建立數學模型計算區域性結構的內力與變形。

最後要確定區域性結構的強度校核衡準。

3.1 區域性強度計算的力學模型

*區域性強度概念:船體在外力作用下除發生總縱彎曲變形外,各區域性結構,如船底、甲板、船側和艙壁板架以及橫向肋骨框架也會因區域性載作用而發生變形、失穩或破壞。研究它們的強度問題稱為區域性強度。

*區域性強度的主要研究內容:板架、框架、各種骨材以及殼板的強度計算。

*區域性強度研究方法:

(1)傳統的區域性強度計算方法:即把船體結構劃分成各種板架、剛架、連續梁和板等進行計算;

(2)有限元法:可以擴充套件成各種結構的整體計算,如立體艙段計算等。

一、建立計算模型的原則

結構模型化是計算的前提和結構分析成敗的關鍵,影響計算模型的主要因素有下列幾點:

(1)結構的重要性:對重要結構應採用比較精確的計算模型;

(2)設計階段:在初步設計階段可用較粗糙的模型,在詳細設計階段則需要較精確的計算模型;

(3)計算問題的性質:對於結構靜力分析,一般可用較複雜的計算模型,對於結構動力和穩定性分析,由於問題比較複雜,可用較簡單的計算模型。

二、構件幾何尺寸的簡化

1、板架計算時:其長度、寬度取相應的支援構件間距離。例如,船底板架和甲板板架的長度取橫艙壁之間的距離,寬度取組成肋骨框架樑中和軸的跨距,或簡單地取為船寬。

2、肋骨剛架計算時:其長度、寬度取組成肋骨框架梁的中和軸線交點間距離,用中和軸線代替實際構件。

3、構件剖面要素計算時應包括帶板(附連翼板)

三、骨架支承條件簡化

1、骨架支座形式 :

(1)自由支援在剛性支座上;

(2)剛性固定;

(3)彈性支座和彈性固定。

2、骨架支承條件簡化

簡化成何種支座,視相鄰構件與計算構件間的相對剛度及受力後的變形特點而定。

四、結構處理模型化

1、結構對稱性的利用

(1)船體結構一般都是左右對稱的,充分利用這個特點可大大減少未知量的數目。如果結構與載荷都是對稱的,可取一半結構進行計算,在對稱面的各節點加上適當的約束,如圖3-8(a)所示。

(2)如果結構具有縱、橫雙重對稱性,載荷也可對稱,則可取1/4結構進行計算。

(3)當結構對稱、載荷不對稱時,可將載荷分解為對稱與反對稱兩種情況計算。

2、等效剛度模型的利用

等效模型在船體區域性強度計算中應用是很普遍的,它可使自由度大為減少。

例如,如圖3-10所示的大艙口貨船的懸臂梁結構,就可採用一維梁模型來計算,以代替空間剛架計算。

(1)將懸臂梁簡化為支援甲板縱桁的彈性支座(見圖3-10(b)),其剛度可由圖3-10(c)所示肋骨剛架在單位力作用下的撓度求得,即

(2)艙口圍板處的彈性支座剛度由圖3-10(d)所示剛架計算得到。

3.2 船體區域性強度外力確定

一、上甲板、舷側、底部結構計算水壓力

考慮到艦船在波浪中橫搖、縱搖與公升沉運動,以及波浪衝擊下的甲板土浪,船體舷外最大水壓力比艦船的設計吃水要大,規範規定船體上甲板和艏艉樓甲板的露天部分,其計算載荷主要考慮飛濺水的作用,並按下式計算:

式中—計算水壓力(kpa); △—計算水頭高(m),並按下式計算,但任何情況下不得小於0.5m。

式中x—所計算截面距艦舯的距離(m),由艦中向艏為正,向艉為負;——所計算截面的乾舷高(m),並需計及艏樓和艉樓的高度;l——正常排水時艦船設計水線長(m)。

船體底部和舷側的計算水壓力p由下式確定:

式中—計算載荷(kpa);—計算截面的舷側高度(m); z—計算結構中點距基線的高度(m),對手底板、舷側板、底部縱骨、舷側縱骨及舷側縱桁取構件中點距基線的高度,對於底部板架取計算構件的中點距基線的高度的平均值。

二、其它甲板和平台設計計算載荷

1、其它甲板和平台設計計算載荷

船體甲板或平台區域性強度計算還應考慮以下計算載荷,並取所有這些載荷的最大載荷作為甲板或平台區域性強度的計算載荷。

①上甲板遮蔽部分以下不考慮破損水壓頭的下層甲板和平台的區域性強度計算載荷取為

式中—計算載荷(kpa); —固定重物載荷(kpa); —水壓力取4.91 kpa。

②艏艉兩端附近甲板和平台上裝有重物或板厚大於20mm時,需計算重物或結構因艦艇搖擺面引起的慣性力,具體計算見3.1.6節。

③保證艦艇不沉性的甲板,其區域性強度計算載荷不應小於破損水壓頭高,詳見3.1.7節。

④作為液艙結構一部分的甲板或平台,應取高達艙頂或注入管(空氣管)高度的水柱壓頭作為計算載荷。

3.1.3 上層建築區域性強度計算載荷

,重力和慣性力的計算方法見3.1.6節,下面主要介紹上層建築各部分結構的等效計算水壓頭。

①對於艏樓、艉樓甲板和第一層橋樓甲板的露天部分及側壁的計算載荷取9.8△(kpa),其中△由式(2—2)確定。

第一層甲板室甲板露天部分及側壁的計算載荷按下式計算:

式中 ——計算壓力(kpa); ——甲板室寬度(m); ——該處船寬(m),△由(2-2)式確定。

所有第一層上層建築甲板和側壁的計算載荷均不得小於4.9kpa。

②第1層前上層建築的前壁,其計算載荷應增加到1.5倍的側壁計算載荷且不小於9.8kpa;第1層後上層建築的後壁,其計算載荷應增加到1.

3倍的側壁計算載荷且不小於9.8kpa。其餘第1層上層建築端部與側壁計算載荷相同。

③第2層上層建築側壁和端壁的計算載荷分別為第1層相應部位規定載荷的75%;第3層及其以上的上層建築,其側壁和端部的計算載荷分別為第1層相應部位規定載荷的50%,但均不得小於4.9kpa。

④第2層及其以上的上層建築甲板,露天部位計算載荷取4.9kpa,遮蔽部分計算載荷取2.94kpa。

3.3 船體骨架的帶板

一、帶板的概念:

船體結構中絕大多數骨架都是焊接在鋼板上的,當骨架受力發生變形時,與它連線的板也一起參加骨架抵抗變形。因此,為估算骨架的承載能力,也應當把一定寬度的板計算在骨架剖面中,即作它的組成部分來計算骨架梁的剖面積、慣性矩和剖面模數等幾何要素,這部分板稱為帶板或附連翼板。

二、帶板的計算

(1)我國《海船規範》規定:安裝在平板上的主要構件帶板的有效面積為:

式中 (cm2),但不大於1; b—主要構件支承面積平均寬度,m; l—主要構件的長度,m; tp—帶板的平均厚度,mm。

(2)中國船舶檢驗局頒布的《內河鋼船建造規範》(1991)(以下簡稱《河船規範》規定:強骨材帶板寬度取其跨度的1/6,即,但不大於負荷平均寬度亦不小於普通骨材間距。

3.4 典型船體結構的區域性強度計算

一、 船底結構的強度計算

船底縱桁應力要與總縱彎曲應力合成(見圖2-19),此時船底板架的計算載荷應取相應的總縱彎曲計算時的載荷狀態和波浪位置的水頭高度。船底板架計算水頭為舷外水壓與貨物反壓力之差值。

1.船底外板的強度計算

力學計算模型:受均布水壓力作用的船底板,一般可作為四周剛性固定的剛性板來計算。

(1)對於橫骨架式板格(見圖3-14(a)),若c/s>2,則長邊中點(2點)的最大應力(沿船長方向)可按下式計算:

板中點(1點)沿船長方向的應力為:

式中 q—水壓力,n / mm2;s—肋骨間距,mm;t—板厚,mm。

(2)縱骨架式板格(見圖3-14(b)),若s/b>1.5~2.0時,可按下式計算:

短邊中點沿船長方向的應力:

板中點沿船長方向的應力:

長邊中點沿船寬方向的應力:

式中b——船底縱骨間距,mm。

船底板的許用應力,在板中點處可取,在骨架處[σ]≤0.9 σy (為材料屈服極限)。

2.船底縱骨彎曲應力計算

力學計算模型:船底縱骨由肋板支援(參見圖6-12),由於縱骨在結構上以及所承受的載荷對稱於肋板,可以把縱骨當作兩端固定在肋板上的單跨樑計算(見圖3-2),其支座剖面和跨中的彎矩按下式計算:

式中 b—縱骨跨距; a——縱骨間距; q——載荷強度,分別取中拱和中垂時的水壓力縱骨彎曲應力為:

式中w——縱骨自由翼板或帶板的剖面模數,cm3。

3.船底板架計算

船底一般都是由多根交叉構件和很多主向梁組成的板架。對於橫骨架式板架,主向梁(實肋板)承受肋板間距範圍內的荷重,交叉構件只承受節點反力;對於縱骨架式板架,載荷通過縱骨傳給實肋板,交叉構件也只承受節點反力,如圖3-15所示。

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