风力及缆绳计算

风力及缆绳计算、风力计算<1>船舶操纵中风动力估算公式:F=l/2pCV2(Acos6+BsinS)aaaaaa式中:F:水线以上船体所受风动压力,Nap:空气密度，1・226kg/m3aC:风动力系数aV:相对风速,m/sa0:风舷角，即相对风舷角，0A:水线上船体下面积,m2aB:水线上船体侧面积,m2a<2>建筑:W二BXUXUXWKZSZO其中:W:风荷载标准值KW/M2K0:Z高度处风振系数ZU:风荷载体型系数SU:风压高度变化系数ZW:基本风压值O<3>空气密度标准状态下：15oC，气压1013hpa(标准大气压)，相对温度65%时，空气密度为1.225kg/m3基准状态：0oC,气压1013hpa状态下干空风的密度为p=1.293kg/m0空气密度计算公式:干空气:p=p273/(273+t)Xp/0.10130P:在温度t和压力p状态下干空气的密度kg/m3p:0oC,压力为0.1013mpa状态下干空气的密度，p=1.293kg/m00P:绝对压力(mpa) (273+1):热力学温度(k)含水蒸汽的湿空气p=p273/(273+t)X(p-0.0377$XP)/0.10130b其中:P:湿空气的全压力(mpa)P:温度t时饱和空气中水蒸汽的分压力(mpa)be:空气的相对湿度(%)3.1:大连冬季板端天气:t=-180 P:1026hpa以干空气计P=P(273/(273-18))X(0.1026/0.1013)0=PX1.08430=1.4020kg/m33.2台风来时空气密度A:设气温25oC,气压970,湿度100%P'=P273/(273+t)X(P-0.0378eP)/0.10130b查表可得:P=31.6X102(P)baP'=PX0.9161X{0.097-0.0378X100%X(31.6X0102/百万)/0.1013}=PX0.8760=1.1328kg/m3由此可以看出冬季空气密度明显大于夏季的空气密度，以上两种情况空气密度相差1.2376倍，对风力计算有明显的影响，这也是我们觉得冬季风“硬”的原因。B:气温25oC,气压970,干空气密度P'=p{273/(273+1)} X{P/0.1013}二1・293X0{273/(273+25)}X{0.097/0.1013}二1・1342kg/m3(4)重力加速度g=9.7803(1+0.0053024sin2$-0.000005sin22$)m/se:为纬度

00度时(赤道)g为9.7803m/s①90度时(两极)g为9.83m/s①45。时 g为9.80618m/s连云港①~350g=9.7803(1+0.0017444-0.0000044)=9.7973m/s纬度较低时，应考虑重力加速度的变化，据说我国在海南文昌设立卫星发射基地，其中一个重要原因就是重力加速度相对较小。<5>风速:蒲氏风速等级表所列风速是指平地上离地10M处的风速风值.风速是指气流在单位时间内移动的距离,用米/秒或千米/小时表示.风速与高度的关系:实测表明,风速沿高度呈指数函数变化V=V(h/h)ah00h1520304050h152030405060708090100V/V——h——0 11.0581.1021.1661.2141.2531.2851.3131.3381.3601.380地区，海岸，a取0.14V=V(h/10)0.14h0<6>风力估算6.1：巴拿马型225mX32.2mX19m,尾楼型普通散系货船，吃水以尾吃水4.2m,首吃水2m计水线上正,侧面受风面积估算A=CXB2a1B=CXL2a2设满载吃水为13m,(4・2+2)/24-13=23.8%,查表得C=1.01,C=0.08212A=32.2X32.2X1.01=1047〜1050aB=225X225X0.082=4151〜4200a风速41.4m/s(13级上限、风力高度系数不计)F=1/2XPXV2XC(Acos20+Bsin20)aaa=0.0992XCX(Acos?0+Bsin20)吨aaa设海平面与码头相平,不计落潮0(00)04090140180F(t)75.537946839091a/L0.35〜0.450.45〜0.550.58〜0.8a。70〜8287-95100-115从上表可以看出，首来风时受风力最小，只有横风的0.161倍，即16.1%，只有横风的六分之一，抛锚首迎风，因此防台时船舶应尽最大可能到锚地抛锚防台。a:风力中心至船首的距离L为船长ao:风力方向与船尾方向的夹角取平均值:0=1400,a/L=0.69a0=107.50开风:sin72.50X390=372(t)首尾方向:cos72.5X390=117(t)开风分解到首尾:尾0.69X372t=257t首0.31X372t=115t若倒缆不吃水,尾缆水平面受力J —282吨~300吨，同时满足分力要求.11701170290T0.69290T0.69若出缆角度为300,则尾缆受力为326吨.最高潮,尾部出缆孔距缆桩高度:19-4.2-1=13・8m,缆长=13.8/sin30o=27・6m,即尾部缆绳长度不得低27.6m6.2190X32.2X19,尾楼型普通散杂货船，吃水以尾吃水4.2m,首吃水加计A=CXB2=1.01X32.2X32.2=1047〜1050a1B=CXL2=0.082X190X190=2960.2a2F=(1/2)PV2XC(Acos20+Bsin20)aaa根据6.1计算可看出0=1400时,尾部受风最大F=1/2X1.1342X41.42X1.675X(1050cos21400+2960.2Xsin2140)=2994170=305吨得：开风二sin72.5oX305〜290T首尾方向二cos72.5oX305=91.7T〜92T开风分角到首尾：尾：0.69X290=200.1T〜200T首：0.31X290=89.9T〜90T若倒缆不受力,尾缆水平面合力F=220.15T〜220T0设缆绳仰角为300,则F=F/cos300=254T0同时满足横分水平力不少于200T使用6根尾缆,每根尾缆受力42.33T,水平横向分力33.33T最高潮尾部导缆孔高度13.8m,仰角300,缆绳长度为27.6m

200/254=x/27.6X=21.73（导缆孔（出缆孔）距码头横向中心距）参考7（图1）计算：F-48T1F=100若F=33.33TF为69.43吨〜70吨1可使用部分少100防台缆低潮受风力〈l〉225mX32.2X19,dA=4.2mdf=2m,设潮差4m高潮:A=32.2X32.2X1.01=1047aB=225X225X0.082=4151a低潮：A'=1050-4X32.2=918.2〜920aB'=4151-4X225=3251〜3300aF=1/2XPXv2XC(A'COS20+B'sim0)aaa设0=1400,C取1.675aF=0.0992X1.675(540+1363.5)F=316吨分解为: 吹开风:sin72.50X316=301t首尾方向： cos72.50X316=94.8〜95t吹开风分解:首部受力301X0.31=93t尾部受力301X0.69=208t置另附图）13.8m37.6m(设受力F=100吨)置另附图）13.8m37.6m(设受力F=100吨)F30m218MF1开风:20817、带缆分析（13级风，三条船防台带缆以7、带缆分析（13级风，三条船防台带缆以69#三档尾部带缆为例18/L=F/F010L/37.6=F/F0018/37.6=F/F1

F=18/37・6XF=47.87〜48吨1F=30/37F=18/37・6XF=47.87〜48吨1F=30/37・6XF=79.79〜80吨2257/48=5.35吨,即同角度缆绳至少为6根该角度现为3根,3X48吨=144吨另三根缆绳如图2,得F'1F2F1=23/56.74XF'=40.53〜40吨=50/56.74XF'=88.12〜88吨X3=120吨(图2)F+F'=144+120=264吨,稍大于257吨,基本符合要求.11经计算,如防台三条船面布置,各船首尾缆受力均符合要求,69#首部领水缆需受力,设缆绳均受力100吨\高潮（潮高6m）出缆长、度横向分力（t）纵向距离纵向分力（t）低潮（潮位4m）缆绳长度变化高潮漂5m缆绳长度变化低潮漂6m缆绳长度变化67号头40.15m18m30m(-)1.77m2.48m6.2%1.35m3.4%缆45X3X274X3X267号尾33.75m18m25m(-)1.42m2.92m8.7%2.26m6%缆（内）53X374X367号尾52.39m23m45m(-)0.9m2.38m4.5%2.03m3.9%缆（外）44X385X368号头40.1518m30m(-)1.77m2.48m6.2%1.35m3.4%缆45X3X274X3X268号尾33.75m18m25m(-)1.42m2.92m8.7%2.26m6%缆（内）53X374X368号尾52.39m23m45m(-)0.9m2.38m4.5%2.03m3.9%缆（外）44X385X369号尾37.61m18m30m(-)1.28m2.63m7%2.04m5.4%缆（内）47X380X369号尾56.74m23m50m(-)0.84m2.2m3.9%1.89m3.3%缆（外）40X388X369号头98.65m88m40m(-)0.73m4.49m4.6%4.714.8%缆89X440X4首横倒57.56m45m30m(-)1.24m3.99m7%3.66m6.4%缆78X3-52X3首领水缆43.5m5X492X4(-)1.4m若按平均高度15m计,根据风力与高度变化的公式得：41.4X(15/10)0.14=43.818m/sF=43.8182/41.42X390=436.8(T)=1.12X390F=416吨F=131吨yxFX0.69=287吨,比257吨多30吨,缆绳受力将增加。y8、13级防台三条船缆绳少120(及少100)防台缆69#:4+3+4+6=1768 #:6+2+6=1467 #:6+2+6=14合计45根二、缆绳伸长率及拉应力9.1缆绳伸长率及拉应力£=o/EE=o/E=(F/A)/(△L/L)00E:缆绳伸长率E:杨氏模量(MPQ)o:缆绳承受正应力o:应力E:缆绳的弹性模量o二P/F£:应变率P:外力A:计算截面积0F:缆绳横截面积L:试样原始长度0△L:伸长长度缆绳的弹性模量由缆绳本身决定，在购买缆绳时应要求厂家提供，拉应力与伸长率的关系曲线图，现使用的涤丙纶高强度防台缆未有相应参数，以大连海事大学刘旗江老师《船用缆绳强度的计算》涤纶拉应力与伸长率的关系图为参考，得(1)拉应力8.846kg/mm2,对应伸长率约16%少120防台缆绳受力:8.846Xn口=8.846X3.14X60X60=99995kg〜100吨⑵伸长率为10%时的拉力，查图得O=5.6kg/mm2P=oXF=5.6X3.14X602=63.3吨3120缆绳伸长10%后的直径：理想状态nr2XL=nr2XL00aar2=(L/L)Xr2=602/1.1a0a0r=57.2 D=114.4aa屮120缆绳拉伸16%后的直径：nr2XL二nr2XLTOC\o"1-5"\h\z0 0 a ar2=r2X1.160 ar=55.71D=111.4a a屮120缆绳拉伸26%后的直径：nr2XL二nr2XL0 0 a ar2=r2X1.260 ar=53.45D=106.9a a9.2现部分缆绳直径（实测）：红色部分缆绳需进一步确认是磨损所致还是拉伸所致屮120受力在用103.5103.5103.5105105旧缆未使用的116114.5112.5109113屮100受力在用100.599.594.595.595旧缆未使用100101.5103.5105105屮120很少使用124121.5123.5126.5120.5新缆113116.5113104.5114.59.3:0120缆绳伸长率和直径£(%)5101516202625D(mm)117.11114.42111.90111.42109.54106.90107.333100缆绳伸长率和直径£(%)5101516202625

D(mm)97.5995.3593.2592.8591.2989.0989.449.4缆绳伸长率与拉力公式估算F=oXA0°涤纶=°・3167X_248 9120F=3.14X602X0.3167s1.248(kg)=3580£1.248=3.58£1.248吨£(%)5101516202625F(T)26.6863.37105.11113.93150.51208.81200厂家数据:涤纶9120,破断力196000daN约200吨,按上述公式计算破断伸长率为:25涤纶9100,破断力149000daN约15吨,按上述公式计算破断伸长率为:25涤纶996,破断力129000daN约132吨,按上述公式计算破断伸长率为:26涤纶9128,破断力222000daN约227吨,按上述公式计算破断伸长率为:259.5船舶漂移后的缆绳的变化高潮漂5m（后）缆绳长（m）伸长率（％）缆绳受力（T）M住)m横<水平横向分力（T）纵距（m）水平纵向分力（T）67#头缆42.636.2+10115.72362.4X3X23081.4尾缆内36.678.7+10138.42386.8X32594.3尾缆外54.774.5+10100.82851.5X34582.868#头缆42.636.2+10115.72362.4X3X23081.4尾缆内36.768.7+10138.42386.8X32594.3尾缆外54.774.5+10100.82851.5X34582.869#尾缆内40.247+10122.92370.2X33091.6尾缆外58.943.9+1095.62845.4X35081.1头缆103.144.6+10101.69391.6X44039.4

首横倒缆61.556.9+101225099.1X330-59.46首领水缆67#：首370T尾415 高潮257(T)高度修正