第七章船舶结构强度与结构设计课件使用

CompanyLogo本节内容概述1常见结构的应力集中问题求解2肋骨框架计算3船底板架4CompanyLogo概述

应力集中：在结构断面突变的位置，应力值远远高于平均应力的局部现象称之为应力集中。概括为：小范围、高应力

应力集中的特点：

1.应力变化范围大。可以远高于平均应力，也可为0，甚至应力方向也可改变；

2.高应力分布范围小，属局部现象。一般只局限于结构突变处附近，对远离突变处影响很小；

3.应力峰值随结构变化明显。结构不连续或者构件断面突变；CompanyLogo概述

应力集中系数：应力集中处的最大应力与所选定的平均应力之比值。 应力集中系数是表示应力集中的程度；所选定的应力平均值要求与应力集中现象无关的名义应力，其取法并不是唯一的。因此，确定应力集中系数时应指明选择的基准应力。

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应力集中系数k值，多数是利用光弹性试验求得的，仅有少数几个特定形状的开口，可以根据弹性理论求出其精确值。当然，用有限元法也可得到相当精确的数值。对于船体结构而言，由于其实际结构复杂性，各种实船测量也是研究应力集中问题的一个重要手段。

理论试验——光弹性、实船测量解析方法——弹性力学数值方法——有限元分析CompanyLogo常见结构的应力集中问题求解圆形开孔板拉伸时的应力集中

1898年德国的G.基尔施首先得出圆孔附近应力集中的结果。无限大板

设圆孔半径为a，板宽2B→∞，均匀受拉，无限远应力为σ。，根据弹性理论可知，板内任一点（r,θ)处的应力状态：CompanyLogo常见结构的应力集中问题求解

高应力区{[500,1300]，r<1.6a}，最大应力发生在与平均应力方向相垂直的直径两端，应力集中系数k=3。有限板宽的影响

当板宽与开孔直径之比大于5时，上述理论解具有足够的精度；当板宽开孔直径比降低，应力集中系数也降低。CompanyLogo常见结构的应力集中问题求解椭圆形开孔板拉伸时的应力集中

1910年俄国的。.科洛索夫求出椭圆孔附近的应力集中。 设椭圆孔两半轴a、b，最大应力发生位置类似圆孔，应力集中系数：若a/b→∞，则k→∞，因此尽量避免甲板开口长边沿船宽方向。CompanyLogo常见结构的应力集中问题求解矩形开孔板的应力集中

由光弹性试验得出结论：

1.应力集中最大值发生在角隅；

2.对应力集中系数影响最大的因素是角隅半径r值，r值越大，应力集中系数越低。CompanyLogo船体结构中的应力集中舱口角隅的应力集中：甲板开口破坏了甲板结构的连续性，形成所谓的间断构件，致使甲板剖面上的应力重新分布，特别是在舱口角隅处引起高度应力集中。

影响应力集中系数的主要因素是角隅圆弧半径与开口宽度之比。当r/b增大时，应力集中系数k急剧减小，当r/b>0.2时，应力集中系数几乎不再变化。这与光弹性的试验结果也是一致的。CompanyLogo船体结构中的应力集中上层建筑端部主体上的应力集中：上层建筑端部与主体连接之处，由于断面形状发生突变，致使该处主体结构中产生高度应力集中。

在上层建筑侧壁与主体的连接线上，作用着一些列的集中力，如果以侧壁的端点为坐标原点，则这些集中力在端点之外总是引起同号的正应力，这些应力的叠加结果就更加形成端点处的应力集中；至于端点之内的主体结构中，由于是符号不同的应力叠加，故不会产生很高的应力集中。

CompanyLogo船体结构中的应力集中肘板的应力集中：CompanyLogo防止应力集中破坏的结构措施减小应力集中系数或应力集中范围

圆孔——尽量减小其直径（不影响k值，但可缩小范围，若d/t<20则可不比加强）

椭圆形——使其长轴//受力方向（使k值下降）

矩形孔——采