船舶强度与结构设计-授课教案-第五章结构设计模块

1、文档编码 : CF5N3D3N3L2 HH1T7F4D1F7 ZS7V7H9U2D9第五章 结构设计模块一、实例 1：型材剖面设计；（一）设计题目：试确定某船实肋板尺寸；已知：M=770kN mN=71kN ,Y =235N mm2； =176N/mm2, =100N/mm2,2f=18cm2, 0t=4mm,l=8m；（二）设计过程：（1）运算 W1 及0f5. cm2,f00 .N9 .5 cm2W 1M437a85 （2）第一次近似准备m 初步取=0.5 由于a05.0.57）2.33=261.7A=761+0.95 （1+所以m100a10270102arA（3）运算 W0 由于 K=

2、4 ,所以W 00 .75m2t3235.23 cm0（4）第一次近似运算型剖面尺寸 由于W 0W 12 W 0 及f0mt20正确高度同时受腹板稳固性及最小厚度条件限制,运算结果为：hoptmt 028 cm6 a 11f213 . 4 cmf2 mt 0211 . 2 cmf1a 2 3 a 110 . 25 3 a 21（5）其次次近似准备m 由于a2f1ff.08052f2fN74 6.N/2 mm0 . 85a 0 . 424所以m100a10278 4.1021A（6）其次次近似运算型材剖面尺寸；由于K610 .502cm3W 12 W 02WK2 m t3 0315K所以式中a

3、1h ptmt31.4cm1f11.3 cm2所fmt212. 54cm20f1a23a 11 0. 256a 13a21W 11 .11,a2f21 .435,由于其次次近似运算未转变所使用的运算公式,fhf以不必进行第三次近似运算；（7）确定面板尺寸；考虑到制造因素,取腹板尺寸为300 4；于是,为保证弯曲强度,面板面积为：由式f1a23a 11 20.25 6a 11 f12.1 cm23a110184n 0b10820准备的n 在 918 之间；t1YY就面板宽度为：b 12 n 0f 114 . 820 9. cm就面板厚度为：t 1f 10 . 820 . 58 cm160 8；2

4、 n 0考虑到钢材牌号,实取面板尺寸为（8）按最终选定的尺寸检验强度条件；利用最终选定的尺寸可得：W 12f11ff0 .78334375.cm32f2f,hf）457cmK式中 K=4.93；（9）总稳固性检验；由于l8005010010065 . 2b16a Y所以,总稳固性可以得到保证；实例 2：船体中剖面运算法设计示例；设计题目：船体主要尺度： 船长 L 145 m,船宽 18 4. m,吃水 d 7 . 8 m,型深 D 12 m,运算舱长 l 18 . 4 m,实肋板间距 a 1 8. m,双层底高度 h 1 2. m；已知纵向构件：下甲板 厚 度 t 9 mm, 甲 板 纵桁 剖

5、 面积 F1 =100cm 2 、 F2=90cm 2 ； 船 体 钢 材： 屈 服极限aY 294 MPa, 许 用 应 力 ： 总 纵 弯 曲 应 力 aY 160 MPa, 船 底 合 成 应 力 a 1 a 2 176 MPa； 计 算 弯 矩 （ 在 波 峰 中 ）： M=M3+Mw=16.95 107+41.16107=58.11 107N.m ；船体中剖面运算草图如下图 6-19 所示：一、确定船体中剖面纵向构件相当厚度1.第一次近似运算F.Z2自身惯性矩取中和轴距基线e1=0.45、D=5.4m ；按下表运算船体剖面要素；构件名称构件尺寸构件剖面积离中和轴距离F.Z （ cm）

6、Fcm2 Z（m）cm2.m cm2.m2 iocm2.m2 上甲板纵桁- 100 6.6 660 4356 - 给定了构件下甲板纵桁- 90 3.6 324 1166 - 上甲板板560 0.9 504 3.6 1814 6532 - A=694 B=+2798 C=12054 19166 6795 C1=25961 与 A1 成比例的构上甲板440 440 6.6 2904 件,当 A1=1 时甲板边板120 1.3 156 6.6 1030 A 1=694 B1=+3934 舷顶列板120 1.2 144 +6.0 864 5184 17 舷侧板760 760 +1.6 1216 194

7、6 3660 与 A0 成比例的构舭列板503 503 -4.24 -2133 9043 495 内底板770 0.7 539 -4.20 -2264 9508 - 件,当 A0=1 时中桁材54 -4.80 -259 1244 7 1/2 120 0.9 底纵桁3 120 0.8 288 -4.8 -1382 6636 35 外底板600 600 -5.4 -3240 17495 - A 0=694 B0=+3934 C0=25961 由甲板总纵强度条件运算所必需的船体剖面惯性矩,就得：IMmaxDe 158 . 117 10 12.5 4 23 . 9704 m4a 1160106将表列数

8、据代入下式得：BB00B 110ICC00C 1112由此得.1 53 cm0 1 . 23 cm2、其次次近似运算（1）用插值法进行其次次近似运算；取新的中和轴距基线 e2=0.5、D=6.0m,移轴距离为：e=e2-e1=0.6m 由下式运算新的相当厚度,即B 0A 00B 1A 11BA B C 0B 00C 1B 111I C2其中1IMmaxD58 .117 1012410 . 896 m24a 141606 10代入各项数据,并经简化后得：00 . 4110 . 26700 . 3961 . 654由此得1 1 . 74 cm0 0 . 94 cm（2）运算船底板架弯曲应力；中桁材

9、的运算载荷为：Q=qCl=258.336 104N式中 q=0.9d 104=7.02 104N/m2；C=2m；l =18.4m；1f、2f、f分别表示取带板宽度C1=2m ,按下式求得中桁材对船底板的剖面模数为（小翼板、大翼板和腹板的剖面积,其它含义雷同）：W2I2hW=2.55 1040cm2就求得中桁材跨长中点的弯矩为：式中M112Qll10 8.258.33610418.4158.45104Nm24242 由按l B0.及1.2 查得；l2于是船底格架弯曲应力为：a bM1158 . 454 106 1062 . 146 10N/2 mW2 . 554 1000船底总纵弯曲应力按下式

10、运算：a b a 1 eD e（ 3）将运算结果列入下表,并绘成下图；0e1=5.4m e2=6m 中和轴位置em 相当厚度1.23 0.96 （ cm）11.53 1.74 船底总纵弯曲应力a bMPa132.92 160 船底板架弯曲应力a.2 bMPa50.52 64.73 船底合成应力a .1ba2.bMPa183.44 224.73 由下图求得设计相当厚度：11 .50cm01 .28cme5 . 35 m二、船底材料支配式中由于船底板相当厚度小于按上表准备的最小相当厚度,船底板应取最小厚度t0=1.25m；因此,船底纵骨间距b 应按下式准备：b100 0761257629470 .

11、 8 cmaa Y0 . 805aDee0 .805；在纵桁间纵骨的根数：c 2001 1 1b 70 8.因此应取 2 根纵骨,就得：.8.0667.12 86 102200b 66 . 7 cm3按下式求保证船底纵骨局部强度所必需的剖面积为：f2C W32 pba0 . 65311 . 24 1012ya Y120 3.2946 10224 . 31 cm式中 p=11.2 104 N/m2；f 2=25.8cm2,自身惯性矩io837cm4,重心至带板的距离选用球扁钢18b,其剖面积y 110 . 81 cm；取带板宽度为：be=b=66.7cm带板型材中和轴至带板的距离：yy1t0f2

12、f2t0 10.811. 25258.25.81. 252 .85 cm2b e2667.带板型材剖面惯性矩：ii0y 1t0ybet083712. 062.85.66.71 .2537027.cm42船底纵骨的最小剖面模数：3702.72347cm3i W h t 0 y 18 2 最终,检验各项设计要求：0. 6252. 85总纵强度条件：01. 2525.81.637cm1. 28cm236 .7MPa88.2MPa66.7板格的稳固性：cr761252267MPa0.805294667.纵骨强度条件：pba2112.1040 .6671 .8210686MPa03.29412 W122

13、34.7三、甲板材料支配依据保证甲板板稳固性要求,按下式运算m 值,即mb1007651taa Y式中 a 取等于 1；按下式运算A：a1aY0. 491801 .710. 141A 10 .49m1001007. 14150支配系数 P1 按下式确定,即p 11A 1A 1110 .14110 .152cm110.14122由此,甲板板厚度为：5.1. 2720. 152ti1p 11实取 t1=1.30cm；甲板纵骨间距：b 1 mt 1 51 1 . 30 66 cm为使沿甲板宽度 560cm 有单一的甲板纵骨间距,实取 b1=62cm ；甲板纵骨剖面积：f 1 p 1 1 B 1 0

14、. 152 1 . 50 56014 . 20 cm 2n 1 8 1式中 B1 为甲板宽度； n 为沿甲板设置的甲板纵骨根数；选用球扁钢 14b,其剖面积 f1=16.85cm2,自身惯性矩 i o=321cm4,重心至带板的距离y1=8.55cm；带板宽度取：abe 30 cm6纵骨的剖面惯性矩（含带板）为：11316.9cm4i1i0y 1t12ff1b et121b et检验各项设计要求：总纵强度条件：11. 3016. 8581.54cm1.50cm3834 MPa735 MPa560板格的稳固性：334MPa294MPac r76130262甲板纵骨的稳固性：212 101316

15、. 9n2Ei 1Ea2f1bt 12 180 16 . 8562.1五、总纵强度校核运算体会算,本设计中意全部总纵强度要求（参照极限强度运算）；设计实例 3：规范设计运算示例；设计题目：以某 1200 吨简易货船的运算书 7 为例,来说明船体外板与甲板的规范运算；主尺度及比值：水线长 69.16m,垂线间长 67.20m,运算船长 L67.20m ,船宽 B11.20m,型深D 4.70m,最大吃水 d3.60m,肋距 s0.60m,双层底高度 0.80m,最大开口宽度 b6.70m,最大开口长度 lH7.80m, l BH4.60m,且L B14 . 3 17 2 . 38 2 . 5D

16、, D , B b0 . 598 0 . 6, l lBH N0 . 724 0 7.本船为大开口船,按海船规范设计,并按运算方法校核总纵强度；本船为单甲板双底结构,中部甲板及船底接受纵骨架式结构,纵骨间距为0.6m；货舱区舷侧设顶边舱及底边舱；首、尾及舷侧接受横骨架式结构,并具有 B 级冰区加强；第一部分 外板运算（1）船底板（ 2.3.1）t 1中部 0.4L 区域内（ 2.3.1.3,2.3.1.5）0 . 054 sf bL 1170 7 . 78 mmt26 . 4 sf bd.7 38 mm式中 s=0.6075m,f b=1.0,L 1=67.2m ,d=3.6m；实取 t=10

17、mm ；t离船端 0.075L 区域内（ 2.3.1.4） 0 . 05 L 15 s8 . 36mms b式中 s=sb=0.6075m, L1=67.2m；实取 t=10mm ；（ 2）平板龙骨（ 2.3.2, 1.3.2.4）宽度 b=900+3.5L=1135.2mm 厚度 t=t 底+2=9.38mm实取 12 1400mm ；（ 3）舭列板（ 2.3.3）实取 t=10mm ；（ 4）舷侧外板（ 2.3.4）中部 0.4L 区域（ 2.3.4.2,2.3.4.5）距基线t3D以上：7 .86mm40.073sfbE1L 11101距基线t26.0sd6 .92mm3D以下（舭列板除

18、外） ：4式中s0 .t10.072sfbE1L1110d7. 75mm1.0；t26.95sd8.01 mm36.m ,E6075m ,fb1 .0 ,L 167.2m ,实取 t=10mm ；t离船端 0.075L 区域（ 2.3.4.4,2.3.1.4） 0 . 05 L 15 s8 . 36mms b实取 t=10mm ；5舷顶列板（ 2.3.5,1.3.2.4）宽度b0 . 1 D0 . 47 m6 . 5 mm厚度t10 . 06sf 1L 1110 t20 .9sL756 .52mm式中 s=0.6075m,L 1=L=67.2m ；实取 12 1200mm ；（6）局部加强（

19、2.3.6）与尾柱连接的外板,轴毂处的包板实取 t=14mm ；锚链管处的外板加复板实取 t=8mm （7）冰区加强（ B 级）（4.5.1）r=1.25t中外=9.73mm实取 t=10mm ；其次部分 甲板运算（1）强力甲板（ 2.4.2）开口线以外（2.4.2.1）t 1 0 . 06 sf d L 1 110 .6 46 mmt 2 0 . 9 s L 75 6 . 52 mm式中 s=0.6075m ,L 1=L=67.2m ；实取 t=12mm ；开口线以内及离首尾端 0.075L 内（ 2.4.2.2）t 0 . 9 s L 75 6 . 52 mm实取 t=8mm ；并中意（

20、2.13.8.1）要求；甲板边板（ 2.4.3,1.3.2.4）宽度 中部： b1=6.8L+500=957mm 端部： b2=0.65b1=622mm 厚度 t=t强实取 12 1200mm ；（2）首楼甲板（ 2.17.5.2,2.17.5.3 ）t=0.02L+6=7.34mm实取 t=8mm ；（3）驾驶甲板（ 2.18.4.4）t=0.02L+C=6.34mm式中 C=5.0；实取 t=7mm ；（4）顶棚甲板（ 2.18.4.4）t=0.02L+C=5.84mm式中 C=4.5；实取 t=6mm ；其次部分船底骨架0中桁材（ 2.6.10,2.6.2）2.mm（1）（1）高度：h2

21、5B42d300731式中 B=11.2m,d= 3.6m；实取 h=800mm ；厚度：t 0 . 0077 h 0 4 9 . 63 mm实取 t=12mm ；设置通至邻近纵骨的肘板,其厚度为 10mm ；加强筋：W=5.5shl2=7.5cm 3式中 s=0.45m, h=4.7m,l=0.8m；选用 L56 36 3.5,W=10.31cm3；（2）箱形中桁材（2.6.3）机舱内设箱形中桁材,箱形中桁材侧板间距为机座纵桁间距,板厚为 10mm；每一个肋位设开孔板加强,板厚 t=10mm ；（3）旁桁材（ 2.6.10.2,2.6.4.1）中桁材两侧各设一道非水密旁桁材；实取 t=10m

22、m （机舱）,t=8mm （其他舱）；加强筋：实取 -10 80（机舱）, -8 80（其他舱）；底边舱处设水密旁桁材一道,实取t=10mm ,每一肋位设垂直加强筋L56 36 3.5；（4）肋板在机舱为横骨架式,每一肋位设实肋板；在货舱为纵骨架式,每三档设实肋板；距首垂线 0.2L 内每二档设实肋板；h 01 73.mm货舱实肋板（2.6.11）板厚：t111. 0.0077实取 t=8mm ；垂直加强筋取 -8 120；水密、油密肋板（2.6.6.1）板厚： t=t货+2mm实取 t=10mm ；垂直加强筋：W55.sht26.9.93cm 3式中 s=0.6m,l=0.8m,h=4.7m

23、 ；163 mm选用 -10 250 ,W10cm3；机舱内实肋板（2.6.5.1）板厚：t10.0077h 0实取 t=10mm ；船底纵骨（ 2.6.12.3）W 11 5. csdl 2 80 5. cm 3式中 c=0.6,s=0.6m,d=3.6m,l=1.8m；选用 L100 80 8, W=81.14cm3；内底纵骨（ 2.6.12.4）W=0.85W外底纵骨=68.4cm3选用 L100 90 8,W=81.14cm3；4111. cm4第四部分舷侧骨架（ 1）（ 1）货舱主肋骨（ 8.3.1.1,2.7.2.2）W 1cc 1sdl259.23 cm,I3.2 W 1 l式中

24、 c1=1.05,c=5.55, l=2.17m, s=0.6m,d=3.6m,D=4.7m；W=5.3shl2=32.7cm3式中 s=0.6m,h=2.57m,l=2.0m；选用 L100 80 8,W=81.14cm3,I=741.8cm4；肘板（ 8.3.1.2,2.8.2.4,2.6.15.3）：标准宽度 b1=194mm 肘板沿斜板宽度h=233mm 5004选用上肘板L8200440,下肘板L104005050；（ 2）（ 2）首尖舱肋骨（ 2.7.5.1,2.13.6）4086.cm4W 14 .6 sdD46.7cm3,I3.5 Wl式中s=0.6m,d=3.6m,D=4.7

25、m,l=2.5m；1033.4cmW 21 .15 W 1537.cm3W 37shl21183 1. cm,I33.5 W 3 l式中s=0.6m,h=4.5m,l=2.5m ；选用 L140 90 8, W=143.8cm3, I=1754cm4；肘板较 2.8.2.4 增加 20% ；（3）尖舱中间肋骨（4.5.2）1000mm 处设置中间肋骨；首尖舱自压载水线以下1000mm 至满载水线以上W=0.75W尖=35.03cm3选用 L90 56 6,W=44.5cm3；（ 3）（ 3）4.尾尖舱肋骨（ 2.7.6）3.5 Wl326.94 cmW6 sdD46.7cm3,I式中 l=2m

26、,s=0.6m,d=3.6m,D=4.7m；选用 L100 80 8, W=81.14cm3 ,I=741.8cm4；（ 4）（ 4）上层建筑肋骨（2.7.7.1）8 cm3尾楼Wcc 1sdlD36.5 cm3首楼,33.式中c.3 76 ,c 10 9. 首楼,l2 . 4 m 首楼0 8. 尾楼2 . 3 m 尾楼；选用 L90 56 6,W=44.5cm3；3059.cm46尾压载舱肋骨（2.13.6）W7shl2437.cm3,I33.5 W 3l式中s=0.6m,h=2.6m,l=2m；选用 L100 80 8, W=81.14cm3, I=741.8cm4；（7）机舱区域加强（2

27、.7.8.1） 每四档设强肋骨一根,就W 5 shl 2 486 cm 3式中 s=2.4m,h=2m,l =4.5m；选用8400,W8573. cm3；舭肘板：选用10400400；10200100舷侧纵桁选用8400,I.33.2 Wl1205.6 cm41080；机舱主肋骨（ 2.7.2）Wcc 1sdl296.63 cm式中c.2,8s0 6.m ,c 11 . 05 ,l1 m选用 L140 90 8, W=143.8cm3, I=1754cm4；选用8局部加强（ 2.7.10）上肋骨 =98.9cm4舱口端梁下肋骨,W=1.67W12350,W100cm3；14300并在 #28

28、、#37、#44、#50、#53、#71、#77、 #84、#91、#97 等肋位处设置 ；第五部分甲板骨架ho2.8.1.1 （ 1）（ 1）露天强力甲板的运算压头式中h 0 1 2. 2 100 31000 D dd=3.6m,L=67.2m, D=4.7m；L1501 .45m（ 2）（ 2）甲板横梁（ 2.8.2）Wc 1 c2Ddc3shl2对不同部位处运算结果如下表：位置C1C2C3hm lm 要求 W（cm3）选用尺寸实际 W（ cm3）距首垂线0.15L 以后露2.0 0.54 3.70 1.45 3.36 54.6 L100 80 879.27 天强力甲板下距首垂线0.15L

29、 处至首2.0 0.54 3.70 1.81 3.36 72.4 L100 80 879.27 尖舱舱壁间强力甲板下首尖舱处强力甲板下2.0 0.4 4.0 2.0 3.0 56.74 L100 80 879.0 首楼甲板下1.33 0.8 6.05 2.18 2.4 63.6 L100 80 879.27 尾楼处强力甲板下1.33 0.52 44.5 4.0 1.2 3.0 37.62 L90 56 6尾楼甲板下1.33 0.14 4.03 1.6 3.0 38.0 L90 56 644.0 驾驶甲板下（ 2.18.4.2）W=25s W=5shl20.6 2.8 15 L63 40 518.19 14.11 顶棚甲板下（ 2.18.4.2）W=25s W=5shl20.7 2.1 15 L63 40 518.19 9.26 对露天甲板横梁,剖面模数s=0.6m, d=3.6m, D=4.7m W 中意不大于W=Bshl2的要求