船舶与海洋工程结构物强度课件02静水载荷.pptx

第二章 总纵强度计算外力的确定 §2.1船舶在静水中的剪力和弯矩 §2.2船舶静置于波浪中的剪力和弯矩 §2.3船体波浪剪力和弯矩的数值计算 §2.1船舶在静水中的剪力和弯矩 一、概述 1. 计算模型： 认为船舶是在重力和浮力（垂向载荷）作用下平衡于波浪上的一根梁。（自由—自由梁） 边界条件： 2.载荷 其中， 符号规定：静水载荷、重力向下为正，浮力向上为正 3.静水剪力和弯矩 （1）剪力和弯矩符号， 以下为一个船体梁断面 建议大家复习一下微元体，由于选取的方式不同，将导致同一处的剪力或弯矩的大小相同，符号不同。一般取左端面为准计算出剪力弯矩。 （2）积分法（设x轴原点取在船艉） 计算思路： 在平衡状态下，由w(x)，b(x)得到q(x)，通过微元体平衡，边界条件，得到N(x)，M(x)。 说明： ①当载荷分段解析时，相应的积分也需要分段进行； ②式中的积分亦可由相应曲线下的面积表示。 （3）截面法 取艉端至指定截面的一段船体为“隔离体”，根据平衡条件确定截面的剪力和弯矩。 由于计算模型为自由-自由梁，边界条件已知，所以此方法方便适用。 二、重量曲线 船舶在某一装载状态下，全船的重量沿船长分布的曲线。 1. 船体重量组成—全船性重量、局部性重量。 一个重量分布曲线图 2. 绘制重量曲线的方法和应遵循的原则 （1）绘制方法——先分后合 分：将船体重量划分为全船性重量与若干项局部性 重量，分别处理； 合：在同一站距内合并各项重量 （2） 原则： a.静力等效：重量不变 重心位置 b.分布范围大体一致 3.全船性重量的分配方法 （1）围长法 假设船体结构单位长度重量和剖面围长成比例。 船主体结构重量的总和，tf x剖面处围长，m 船体全表面积 适用于船主体结构中的纵向连续构件：甲板、外板、内底板、龙骨、纵桁以及横向的肋骨、肋板、横梁等的总重量。 （2）抛物线法 假定船体和舾装品构成的曲线可用抛物线和矩形之和表示。总重量的一半作为均匀分布，另一半按抛物线分布。用于无平行中体船。 式中， A B D 3.梯形法 重量分布用梯形曲线表示。用于中间肥，两头尖瘦且中部有平行中体的船。 已知：W和xg 静力等效 两个方程 问题：三个未知数（a,b,c）!!! 解决方法：根据统计资料确定b值 4.局部性重量的分配方法 （1）分布在两个理论站距内的重力 静力等效方程 （2）分布在三个理论站距内的重力 先近似确定其中一个站距内的重力，然后可以比较简单地利用静力等效原则直接列出两个方程，从而求得不同理论站距内的分布载荷强度。 第一步：以1.5ΔL代替ΔL，使用静力等效方程求得P1、P2； 第二步：将P1、P2分别向其相邻的两个理论站距内分布； 最后，对中间理论站距迭加来自P1、P2的相应分布值。 （3）艏艉理论站距外的重力 把艏艉理论站之外的重力移到相邻的两个理论站距内。根据静力等效原则不改变重力大小及其对船舯的力矩大小。 注意符号！ 三、浮力曲线 1. 对问题的分析 船体单位长度浮力：b(x)=γw(x) 邦戎曲线w(x) 剖面吃水d(x) 船舶在静水中的平衡位置 平衡水线WL 重力与浮力的平衡条件 船体重量数据与型值 2.确定平衡水线的原理和方法（1）原理： 全船重力与浮力相平衡（2个方程） 设首端吃水为df，尾端为da。 （2）逐步近似法（调整倾差） ①船体等容倾斜原理： 船体绕漂心F旋转小角度φ，则船体排水体积保持不变（浮力大小不变）。 非线性方程组 ②浮态第一次近似计算 取： F R 设纵倾角为φ （艏下沉为正），由于实船的纵稳心半径R远大于KB，故可取R-KB约为R，因此有tan(φ)= φ =(Xg-Xb)/R ③浮态第二次近似计算 ④浮态第三次近似计算 迭代格式 迭代精度控制 计算时注意单位统一，不满足要求则进行第下一次近似计算。 四、静水剪力和弯矩的计算 1. 计算步骤 确定平衡水线位置 生成静水载荷q(x) 计算船体的静水剪力和弯矩 每一站距[重力-浮力] 数值积分 2. 剪力和弯矩不封闭值的产生及校正方法 船体两端时完全自由的，因此，艏艉端点处的剪力和弯矩应为零。 但由于计算误差的积累，这一条件一般很难达到。一般计算精度的要求是： 满足上式要求，则可用直线将端点处的剪力弯矩曲线进行封闭。并对各站的剪力弯矩按线性比例关系进行修正就可以了。 五、船舶排水量选择 1.民船（装载变化大）： 需按规范要求计算各种不同状态 装载状态 装载示意图 备注 轻压载 压载舱装满压载水 重压载