船体强度与结构设计课程设计

目录一、课程设计内容及资料............................................................................-1-1、课程设计任务书...................................................................................-1-2、课程设计主要内容...............................................................................-1-3、船舶设计资料.......................................................................................-1-二、船舶剪力与弯矩计算............................................................................-2-1、主要数据..............................................................................................-2-2、参考资料..............................................................................................-2-3、计算状态..............................................................................................-2-4、波型和波浪参数选择...........................................................................-2-5、压载出港状态的弯矩和剪力的计算....................................................-3-三、船舶总纵强度计算..............................................................................-10-1、计算依据............................................................................................-10-2、船体总纵弯曲正应力计算.................................................................-11-3、船体总纵弯曲剪应力计算.................................................................-14-4、船体中剖面极限弯矩计算.................................................................-16-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森一、课程设计内容及资料1、课程设计任务书综合应用船舶与海洋结构物强度的有关知识，完成船舶船体中剖面的结构设计，并按相关规范要求进行总纵强度的校核。2、课程设计主要内容1、船舶在静水中平衡位置的确定2、船舶在波浪中平衡位置的确定3、船舶重量分布曲线的确定4、船舶浮力分布曲线的确定5、船舶载荷分布曲线的确定6、船舶剪力和弯矩分布曲线的确定7、剖面特性计算8、许用应力的确定9、总纵弯曲应力校核10、极限强度校核3、船舶设计资料船舶主尺度：总长：L128.40mOA设计水线长：L120.04mWL垂线间长：L115.50mPP计算船长：Lm型宽：Bm-1-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森型深：Dm设计吃水：dm方型系数：C0.653B二、船舶剪力与弯矩计算1、主要数据船舶计算长度（垂线间长）L=115.50mB=19.50m船宽海水比重γ=1.025tf/m³2、参考资料1)全船重量分布汇总表2)静水力曲线图3)邦戎曲线图3、计算状态本计算中取压载出港状态进行计算排水量Δ=5826.25t重心纵坐标x=1.344m平均吃水浮心纵坐标d=4.24mx=0.44m漂心纵坐标水线面积x=1.13m100TPCAA=1537.56m²ww纵稳心半径100MTCLBMR=176.04m²PPL4、波型和波浪参数选择波长λ=L=115.50m-2-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森波高坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算h=4.0mr242yrxx)B各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入表1：r=h/2=2.0mλ=115.5m表1：值876543210120123456789yB5、压载出港状态的弯矩和剪力的计算1)船舶纵倾调整a)船舶在静水中平衡位置的确定第一次近似：xxLdd(x)gbR2首吃水：尾吃水：=4.531m=3.938mf1mfxxLdd(x)gbR21mf∆=5826.25/1.025=5684.15m³排水体积：V=第二次近似：=+++()首吃水：1=4.729m=3.868m2=(+)尾吃水：121=0.081%<0.1%=0.02%<0.05%g具体计算过程见表2：-3-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森表2：船舶在静水中平衡位置的计算水00000001234567890123456789∑mmb)船舶在波浪上平衡位置的确定用麦卡尔法计算船舶在波峰时的平衡位置。d=4.729md=3.868m）作为波轴线，按波峰在船中，由邦戎曲f0a0线图上量出浸水面积ω=-1m，即波轴线向下移动1m，量出各站横剖面浸水面i积ω，根据表3计算波轴线移动参数ζ和b。bi0-4-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森表3：船舶在波峰上平衡位置的计算数值k1)012值0000123456780009901112131415161718192084∑5-5-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森b5684.151191.9012+251.88255ζ+2558.7855=205.7750b5684.15×59.1512076.5904+2558.7855ζ+30412.91615=2020式中x′=+x=59.15L2经整理：251.88255ζ+127.94b=−207.63302558.7855ζ+1520.646b=−1995.2960联立方程式，解得首吃水：df尾吃水：daζ，b=0.188m0d+ζ+b=−0.92+0.1898=3.999m4.729f00=d+ζ=−0.92=2.948m3.868a00求出平衡位置后，即可从邦戎曲线上量出船舶处于平衡位置时横剖面浸水面积，如表4：表4：船舶平衡位置的计算结果理论站号力臂系数静水波峰力矩函数力矩函数横剖面浸水面积ωiM=(2)*(5)mi²2)-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10003.329414.126427.622542.754554.3034565.852471.508777.16578.94-29.9646-113.0112-193.3575-256.527-271.51725-263.4096-214.5261-154.33-78.94-32.8912-84.1148-157.758-228.07175-259.7428-238.659-188.3406-99.03105080.71579.83878.96172.723266.485455.056843.628231.156620.994213.4359.7501988.34585100.17585192.9198245.7828269.5812243.1795179.259112.183463.434434.276522.111157.922218.1696265.9416275.284261.7692218.0962167.9536120.91597.501789∑-1445.75984.82815167.40925-6-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森修正值修正和983.4708-1413.57156.353755679.54387x=ΔL∑M1.4037539280.08%biii0i0(x-x)/L-0.02%0.37%gbi2)剪力、弯矩计算a)重量曲线根据每一站内重量均匀分布的原则，把整个船的重量按照站位进行分配。首先进行空船重量的分配计算。根据船舶外形，按梯形法分布计算，即空船重量近似的用梯形曲线表示，船中重量分配多一些，首尾重量分配少一些。4b+a+c=6a−c=该船长宽比L/B≈6，属于瘦型船舶，取b=1.195，于是有xa=0.61+54=0.6998xc=0.61−54=0.5202压载出港时，空船重量W=2561.67t，则：Wa=15.5208bW=26.5039cW=11.5375进而获得船舶空船重量曲线分布，如图1：图1：船舶空船重量曲线分布站再分配载重量。货物重量根据货物重心在船舶总方向不变的原则，利用重量平衡和重量是均匀分布的。由船舶布置图（图2）和压载出港载况下重量分布表可知，本次计算规定0站在0肋位，20站在163L是货物所跨站间距离的一半，P是货物或者油水等重量，a-7-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森图2：船舶布置图艉—Fr11：600mm；F11:6.6Fr11—Fr39：700mm；F39:26.2Fr39—Fr112：；F112:80.95Fr112—Fr151700mm；F151:108.25Fr151—艏：600mm:115.45压载出港载况下重量分布：No.3压载出港项目重量重心高度重心纵标KG,mL.C.G.,m垂向力矩纵向力矩液面力矩ITEMweight,tt-mL.M.,mMfs,-m空船lightship2561.677.3298.12118774.520803.30.0船员和行李3.1013.620-36.13142.2-112.00.0粮食14.3413.30633.650190.8-482.50.0货物No.1货舱-1310.00.00.00.00.00.0货物No.2货舱/Fr751110.00.00.00.00.00.0货物No.3货舱/Fr39750.00.00.00.00.00.0货物No.4货舱/Fr2-220.00.00.00.00.00.0小计0.00.00.00.00.00.0轻油舱/P/F313820.581.120-34.55923.1711.620.0轻油舱/S/F313825.621.120-34.55428.7885.324.0日用轻油舱/F22-334.1911.690-43.10049.0180.60.0小计50.391.999-35.2678.4147.844.0No.2重油舱/P/F3975151.940.52318.02279.52738.3412.0No.3重油舱/P&S/F394880.734.74027.812382.7-2245.30.0日用重油舱/P/F233131.5111.690-39.950368.41258.80.0小计264.183.14423.62999.1744.6412.0滑油储存柜/S/F132214.657.05046.390103.3-679.60.0滑油循环柜/C/F243419.191.12038.55021.5739.80.0小计33.843.687-41.94470.8-804.90.0首尖舱F/151165183.810.0No.1压载水舱/P&S/F141-151246.80No.2压载水舱/P&S/F131-14191.30No.3压载水舱131201.82No.4压载水舱/P&S/F93111193.870.00.00.00.0No.5压载水舱/P&S/F7593231.54No.6压载水舱/P&S/F3875368.33No.7压载水舱/P&S/F4857132.86No.2边压载水舱/P&S/F131-141131.170.00.00.00.0-8-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森No.3边压载水舱131354.770.00.0No.4边压载水舱/P&S/F93111239.45No.5边压载水舱/P&S/F7593222.82No.6边压载水舱/P&S/F5775212.810.00.0小计2811.350.0淡水舱P&S80.889.456-57.727764.84669.016.3污油舱6.500.67543.4344.4-282.30.0结冰0.0载重量deadweight3264.583.3428.77110911.128632.1472.3排水量displacement5826.255.0951.34429685.67828将各部分重量P分解而得的P和P解出后按其所跨站的数量进行均布分配。12b)船舶在静水中剪力和弯矩计算c)船舶在波峰中剪力和弯矩计算图3：静水中的浮力，重力，载荷，剪力曲线载荷曲线重力0曲线浮力05-500-1000曲线剪力曲线站号图4：静水中的弯矩曲线弯矩曲线05-5000站号图6：波峰中的浮力，重力，载荷，剪力曲线载荷曲线重力曲线浮力曲线剪力曲线站号-9-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森图7：波峰中的弯矩曲线弯矩曲线站号得：波峰状态最大剪力：N=932.1058tf最大弯矩M=12451.58tfm三、船舶总纵强度计算1、计算依据本次计算取船中附近73号肋骨剖面进行总纵强度计算。1)参考图纸和计算书a)基本结构图b)典型横剖面图c)弯矩和剪力计算书2)计算载荷计算弯矩：M=12451.58tfm=124515.8kNm••计算剪力：N=932.1058tf=9321.058kN3)船体材料计算剖面的所有材料均采用高强度低合金钢材，屈服极限σs=2350kgf/cm²。4)许用应力a)总纵弯曲许用应力[σ]=0.5σs=1175kgf/cm²=b)总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力2i.板架跨中[σ]=0.65σs=1527.5kgf/cm²=横舱壁处[σ]=σs=²=2ii.2c)许用剪应力[τ]=0.35σs=822.5kgf/cm²=2-10-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森2、船体总纵弯曲正应力计算1.总纵弯曲正应力第一次近似计算73号肋骨剖面参与总纵弯曲的构件如典型剖面图所示。图8:73号肋位剖面典型剖面图（见下页）表5：总纵弯曲正应力第一次近似计算表量LB19556-11-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森86111118588598858835111579111222198886588911111511115505199-12-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森833183∑13计算时取基线为参考轴，则有中和轴距参考轴的距离为ε=∑A/∑AZ=4.65206miii船体中剖面对水平中和轴的惯性矩为I=2[∑(AZ²+i)−ε²∑A=280621.1cm²·m²ii0i]剖面上的应力为σi=³M·Zi/I(kgf/cm²)2.欧拉应力计算1)板的欧拉应力计算表6：纵骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算σ=800(100t/b)²E构件名称短边b,cm板厚t,cm(100t/b)²σE36735290111501193234243200190122882272102212301222梁侧板舱口围板上甲板舷侧外板舷侧内板舭列板外底板外底板外底板内底板内底板内底板1.51.82.82.81.51.51.51.51.51.11.11.14.5926.61213.93814.9164.2814.0002.3772.8602.8411.2781.5381.52872.572.57597.388.78997.388.789表7：横骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算σ=200(100t/s)²(1+s²/b²)²EσE450250347880964二层甲板纵舱壁纵舱壁舷侧板舷侧板75757575751503402403402400.90.80.91.51.52.2501.2511.7354.3994.819-13-船舶强度与结构设计课程设计运船1103201171115朱烨森舷侧平台内底板75751501500.81.21.7784.0003568002)纵桁局部稳定性计算表8：自由翼板（面板三边自由支持一边完全自由）欧拉应力计算σ=84(100t/b)²E长边a,cm短边b,cm板厚t,cm(100t/b)²σE757575757575757575757575751616301616302016161024