船体强学习教程.pptx

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1、二、利用叠加原理计算内力 1、波浪中浮力的分解：静水浮力+波浪附加浮力 （1）静水弯矩 （2）波浪附加弯矩 2、基本计算公式 1）载荷计算公式 2）剪力计算公式第1页/共47页 3）弯矩计算公式其中，三、重量分布 重量分布曲线：表示船长方向单位长度上重量大小的曲线。重量曲线的物理意义：面积等于全船重量，形心为船舶重心。1、船舶重量的分类固定重量、可变重量。第2页/共47页序号名 称重 量垂向力矩横向力矩纵向力矩垂 向力 臂力矩横向力臂力矩纵 向力 臂力 矩固定重量=空船重量 1主体钢料、焊条、油漆8852.231973.6-0.3-265.50.87082甲板室24#34#6.6126.023

2、9.82-9.29-61.4117.68116.873电气设备15#48#5.3082.2912.18-5.571-29.5716.2286.104机舱设备16#24#13.002.026.0-6.0-78.022.80296.405尾部左舷锚绞车1#10#45.01.96588.43-0.8-3631.414136尾部右舷锚绞车19#24#45.01.96588.433.616221.69727首部左舷锚绞车92#97#45.01.96588.43-9.0-405.0-22.8-10268首部右舷锚绞车92#97#45.01.96588.439.0405.0-22.8-10269尾部锚2只2

3、#7#205.1102.00.00.033.1662.0第3页/共47页10首部锚2只101#106#205.1102.00.00.0-27.6-552.011固定压载32#48#360.518.8.4302.410.8388.8空船重量重心合计空船重量重心合计1165.922.2532627.32-0.005-6.081.7502040 可变重量12燃油仓16#24#390.519.75-6-23422.8889.213淡水仓26#32#370.518.5-6-2221866614甲板货18#110#41001041000000.4164015压载水32#48#550.738.58.4462

4、10.8594可变重量合计可变重量合计 423141076.863789.2 固定重量+可变重量5397.08.1043704.10.0-0.081.085829.22、重量的分配原则 重量不变，重心不变，范围不变，站距均布第4页/共47页3、主体钢料及舾装分配（全船性重量分配）1）梯形分布方法 单位长度重量，均布为，平行舯体部分构件强大，重量集度大因此，重量分布沿船长方向应该为中间集度大，向首尾逐渐减小。图1、重量沿船长方向的分布 第5页/共47页系数 的确定。方程的建立原则：面积=重量 面积形心=重心提供两个方程，根据船舶的外形，丰满程度，补充第三个条件确定系数b，则可确定系数a和c。重量

5、等于面积和形心等于重心得第6页/共47页 对于瘦形船舶，b=1.195 对于丰满 的船舶，b=1.174。对于瘦型船舶b=1.195第7页/共47页 2）阶梯型分布方法 重量G，重心位置 ，重心在船中后为正。第8页/共47页3）抛物线分配方法第9页/共47页令解出：重量分布曲线表达式：第10页/共47页4、局部性重量分配1）分布在两个站距内的重量 2）分布在三个站距内的重量3）分布在站外的重量的处理第11页/共47页5.重量汇总1）重量汇总 序号名 称重 量垂向力矩横向力矩纵向力矩垂 向力 臂力矩横向力臂力矩纵 向力 臂力 矩固定重量=空船重量 1主体钢料、焊条、油漆8852.231973.6

6、-0.3-265.50.87082甲板室24#34#6.6126.0239.82-9.29-61.4117.68116.873电气设备15#48#5.3082.2912.18-5.571-29.5716.2286.104机舱设备16#24#13.002.026.0-6.0-78.022.80296.405尾部左舷锚绞车1#10#45.01.96588.43-0.8-3631.414136尾部右舷锚绞车19#24#45.01.96588.433.616221.69727首部左舷锚绞车92#97#45.01.96588.43-9.0-405.0-22.8-10268首部右舷锚绞车92#97#45.

7、01.96588.439.0405.0-22.8-10269尾部锚2只2#7#205.1102.00.00.033.1662.01）重量汇总表 第12页/共47页10首部锚2只101#106#205.1102.00.00.0-27.6-552.011固定压载32#48#360.518.8.4302.410.8388.8空船重量重心合计空船重量重心合计1165.922.2532627.32-0.005-6.081.7502040 可变重量12燃油仓16#24#390.519.75-6-23422.8889.213淡水仓26#32#370.518.5-6-2221866614甲板货18#110#4

8、1001041000000.4164015压载水32#48#550.738.58.446210.8594可变重量合计可变重量合计 423141076.863789.2 固定重量+可变重量5397.08.1043704.10.0-0.081.085829.22）重量汇总示意图 第13页/共47页 分配到各站间重量叠加，得到各个站间的总重量，如下图所示：图 船体站间重量分布结果第14页/共47页10首部锚2只101#106#205.1102.00.00.0-27.6-552.011固定压载32#48#360.518.8.4302.410.8388.8空船重量重心合计空船重量重心合计1165.922

9、.2532627.32-0.005-6.081.7502040 可变重量12燃油仓16#24#390.519.75-6-23422.8889.213淡水仓26#32#370.518.5-6-2221866614甲板货18#110#41001041000000.4164015压载水32#48#550.738.58.446210.8594可变重量合计可变重量合计 423141076.863789.2 固定重量+可变重量5397.08.1043704.10.0-0.081.085829.2第15页/共47页1、3 静水剪力和静水弯矩静水中船舶的浮力曲线 关键问题：确定船舶在静水中的平衡时的浮态，这称

10、之为纵倾调整。纵倾调整：即调整首尾吃水，使船舶达到受力和弯矩的平衡状态。纵倾调整的依据为：平衡条件：平衡条件：第16页/共47页已知技术资料：船舶的重量重心、静水力曲线、邦戎曲线。纵倾调整的步骤如下：（1）由计算工况，确定船舶的型排水体积 -外板排开的水的体积所占的比例。第17页/共47页 （2）查静水力曲线确定首尾吃水dm假定:1)纵倾调整过程中,水线面面积A不变；2）漂心位置不变；3）不计船体变形的影响。英寸第18页/共47页如果上式不满足，说明船舶处于不平衡状态，需要调整首尾的吃水，调整船舶浮心的纵向位置。由型排水体积，查处dm 计算排水体积、纵向坐标 ,漂心 ,、水线面面积A、纵稳心M

11、半径、浮心高度和浮心纵向位置。检查浮心的纵向位置和重心的纵向位置，精度第19页/共47页（3）第一次调整首尾吃水 平均吃水时，浮心离开重心向尾部一定距离，为使船舶平衡，浮心需要向船首移动，即加大船首 吃水，减小船尾吃水 。图 第一次纵倾调整H第20页/共47页假定纵倾角为 ，则首尾吃水为使船首倾力矩为使船尾倾力矩为 于是得 船舶纵摇平衡时为小量。R：纵稳心半径-纵稳性高第21页/共47页，由da和df在邦戎曲线上作出水线，计算排水体积和浮心得纵向位置，得到邦戎曲线第22页/共47页当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡，继续改变首尾吃水，进行调整。（4）第二次调整首尾吃水 比较排

12、水体积和 ，比较 浮心纵向位置 和重心的纵向位置 ,第23页/共47页如果V0大于 V1，则船舶需要增加吃水，加大排水量才能平衡；如果V0小于 V1，则船舶需要减小吃水，减小排水量才能达到平衡。按照上述步骤进行，直至满足精度要求，表示船舶已经达到平衡状态。得到平衡时的水线，由邦戎曲线得到各站横剖面浸水面积，则载荷曲线、静水剪力和静水弯矩列表计算方法 （1）载荷曲线计算公式，横剖面浸水面积。第24页/共47页浮力曲线应该包括外板排水量和考虑海水密度。检查载荷曲线，确定船舶是否达到真正的平衡状态。载荷曲线示意图第25页/共47页确认船舶达到平衡状态时，计算静水剪力和静水弯矩。（2）静水剪力和弯矩列

13、表计算方法 剪力正负号的规定：NsNs+dNs弯矩正负号的规定：MS+d MSMS中拱为正，中垂为负。根据弯矩的正负号，可以判定中拱和中垂。弯矩为正，则为中拱；弯矩为负，则为中垂第26页/共47页计算列表进行,下图说明列表计算的过程。P1-2200P0-1 站间重量计算B1-2B0-1 站间浮力计算站间载荷=q0-1站间载荷计算（每站中点作用集中力）第27页/共47页i 站剪力，为i站一侧所有外力的代数和，计算自上而下和。弯矩：为剪力的 一次积分。（3）剪力和弯矩曲线的特征 1）首尾端剪力和弯矩为零；2）弯矩曲线上任意点的斜率，等于该剖面的剪力，因此弯矩最大剖面，剪力为零；3）在1/4船长剖面

14、，弯矩曲线出现拐点，该剖面剪力出现极大值。（4）剪力和弯矩曲线的修正第28页/共47页 原因：由于采用数值计算方法，出现累积误差，导致20#站剖面的剪力和弯矩不为零，但是一般满足下列误差条件：如果误差不满足上述两个条件，则需要分析引起误差的原因，检查计算过程。如果误差满足上述不等式，则允许对剪力和弯矩曲线进行修正。剪力和弯矩曲线修正方法：这里 有正负号。弯矩修正第29页/共47页1、4 波浪附加剪力和波浪附加弯矩关键：确定船舶在波浪中的平衡位置波浪附加弯矩的标准计算方法 1、船舶与波浪的相对位置 两种遭遇状态：波峰在船中；波谷在船中。2、波浪参数的确定 （1）波形：二维坦谷波（trochoda

15、l wave）。第30页/共47页特点：波峰较陡，波谷平坦，关于波轴线上下不对称。（2）波长的确定原则 当船舶长度与波长的为何比例时，船舶受力较大？这是确定波长的原则。图 船舶与波浪的遭遇状态第31页/共47页引起较大载荷的波浪：1.1倍船长。计算中，取波长等于船长，即（3）波高 在标准强度计算方法中，规定了如下的波高选取方法：前苏联：中国船级社：在船舶设计时，如果甲方可以提供航区波浪的准确资料，也可以按照实际情况选取波高。第32页/共47页注意问题：选取波高时，应该考虑如何选取许用应力，二者应该统一。波浪附加弯矩的标准计算方法：（1）船舶正浮静置于波浪上，船舶航向与波浪传播方向相同；（2）取

16、二维坦谷波为波浪模型，取波长等于船长；（3）船中分别位于波峰和波谷。坦谷波形的绘制方法 在邦戎曲线上作出坦谷波形，得到各站吃水，便可以确定各个站的横剖面浸水面积。取圆盘的半径为R，距离圆心的点 P0，并且有 圆盘滚动一周，P0点的轨迹，即为坦谷波形。第33页/共47页坦谷波形的方程为：图 坦谷波形的形成图中，圆心水平移动距离为：。-波幅第34页/共47页在实际船舶上绘制坦谷波形，将船舶分成为20站段，由于波形对称，只须画出0站10站。表1-3中，给出了绘制坦谷波形的方法。先确定比值根据比值查表1-3，得到各个站波面高度与半波高的比值，则可求出每个站波面的高度值y。第35页/共47页由表1-3，

17、求出各个站波面高度，得到各个横剖面的浸水面积。于是可以得到波浪中的浮力曲线。波浪附加剪力和弯矩的计算一、波浪中附加剪力和弯矩的计算公式 为波浪中平衡时的浮力曲线。二、波浪中船舶平衡位置的确定-纵倾调整方法 船舶在波浪上的运动包括：升沉和纵摇，波浪轴线发生运动为：波浪附加弯矩：由单位长度上波浪浮力和静水浮力之差所引起的弯矩，称为波浪附加弯矩。第36页/共47页纵摇角；升沉值。处剖面波轴线的升垂直运动的距离；图 波轴线垂向运动确定出波轴线的位置后，在波轴线上绘出坦谷波，则各站横剖面浸水面积可确定。这里未知数为 和 ，利用船舶在波浪上的两个平衡条件第37页/共47页建立方程求出 、。采用 麦卡尔(M

18、uckle)方法确定船舶在波浪上的平衡位置。麦卡尔方法的适用条件：1）船舶无横倾；2）水线附近舷侧为直壁，以便保证在水线附近吃水改变时，横剖面面积线性变化。3、采用麦卡尔方法纵倾调整的步骤（1）作出参考波面 以静水线为波轴线，在邦戎曲线上作出坦谷波。第38页/共47页（2）作辅助波面 及真实波面下的浸水面积表达式 为了确定平衡时的真实波面，需要作出 辅助波面 。真实波面包含在参考波面和辅助波面之间。平行于参考波面做辅助波面，取辅助波面到参考波面之间的距离为 。问题：辅助波面取在参考波面的上面还是参考波面的下面？第39页/共47页船中在波峰：船舶上升，摆脱部分排水量，真实波面应该位于参考波面以下

19、 ，辅助波面在参考波面以下；船中在波谷：船舶下沉，增加排水量，真实波面应该位于参考波面以上，辅 辅波面位于参考波面以上。船中在波谷：辅助波面在参考波面以上 船中在波峰：辅助波面在参考波面以下第40页/共47页 考虑波谷在船中。对于距离尾部第i 站，设真实波面升高 ，即吃水增加 。设真实波面下的横剖面浸水面积为 ，则有由船中在波谷图:参考波面下的横剖面浸水面积。或者第41页/共47页（3）建立方程求解 、考虑波浪中的平衡条件，得船舶平衡时得浮心位置。求解平衡方程可得到 、，则各站平衡时得浸水面积按下式计算：第42页/共47页4、列表计算波浪附加剪力和波浪附加弯矩附加剪力波浪附加弯矩 式中，数值积分。数值积分。:静水中横剖面浸水面积;:波面下横剖面浸水面积。第43页/共47页1.4.6 总纵弯矩合成和弯矩包络线 剪力合成：叠加各站静水剪力和波浪附加剪力，得到总纵弯曲剪力。弯矩合成：叠加各站静水弯矩和波浪附加弯矩，得到总纵弯矩。弯矩包络线：连接各站弯矩最大值的曲线，称为弯矩包络线。计算弯矩的修正方法：图 总纵弯曲力矩的修正方法第44页/共47页1.6 最大静水弯矩的近似估算图 最大静水弯矩计算模型 第45页/共47页最大静水弯矩=前体和后体重量对船中力矩-前体和后体浮力对船中力矩第46页/共47页感谢您的观看。感谢您的观看。第47页/共47页