船舶结构力学02-概论.ppt

第一章????船舶结构力学概述结构力学的主要研究对象是杆件结构结构力学主要研究：结构的组成形式及计算简图的选择结构在载荷和其他外界因素作用下的内力和变形的计算方法，以便进行结构强度和刚度的验算结构稳定性及在动载荷作用下的结构反应研究手段：理论分析、实验研究和数值计算研究的计算问题：静定问题；超静定问题超静定问题必须满足的三个基本条件力系的平衡条件或运动条件变形的几何连续条件应力与变形间的物理条件（本构方程）在结构分析计算中，对于组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的梁的弯曲微分方程式及其解以平断面假定为基础；所研究的梁是属于小变形；假定梁的材料符合虎克定律如果梁的左端有初参数v0、θ0、M0和N0，那么这根梁的挠度就取决于这些初参数一般外载荷作用下的梁的挠曲线方程式为剪切对梁弯曲变形的影响讨论梁的弯曲变形时，弯曲微分方程式是由关系式EIv”=M出发导得的虽然推导微分方程式EIv””=q时，在平衡方程式中考虑了剪力，但平衡方程式只是把M与q联系起来，最后仍基于纯弯曲时M与v的关系导出v与q的关系因此，由EIv””=q求出的挠度通常理解为仅由弯矩引起的挠度考虑剪切对梁弯曲变形的影响有两种做法其一是从弹性力学出发，得出剪切对梁弯曲变形的影响，这样做严格，但很复杂其二是不改变梁的基本关系式EIv”=M，而是在求出了梁的剪应力后，单独考虑剪应力产生的弯曲变形，再把所得变形与不考虑剪切时的结果相加第二种做法相当于对前面所述的弯曲变形作一次剪切修正，这样做的优点是简单，又能满足需要，故采取这一种方法剪切引起的挠度计算设v1为弯矩形成的挠度，则将前面导得的关系式EIv1”=M及EIv1”’=N代入梁的复杂弯曲梁上同时受到沿着梁轴向作用的载荷时，梁的弯曲叫做“复杂弯曲”梁在复杂弯曲时，认为平断面假定和虎克定律仍然相符，基本关系式EIv”=M不变梁在复杂弯曲(轴向力为拉力)时的弯曲微分方程式为1.3薄壁构件的弯曲与扭转工程结构中，不少型材(如工字钢、槽钢和钢管等)的断面厚度比其断面宽度或高度要小得多，称为薄壁断面(thin-walledsection)具有薄壁断面的型材叫做薄壁杆件或薄壁梁(thin-walledbeam)由薄壁杆件及薄板与薄壳等组成的结构叫做薄壁结构(thin-walledstructure)薄壁结构具有强度性能好、重量轻等优点船体结构是典型的薄壁结构，由许多薄壁杆(骨架)及薄板和薄壳(船壳)组成，整个船体梁也是一个薄壁杆件研究薄壁结构主要是以薄壁杆件为对象，从而薄壁结构力学亦可称为薄壁杆件结构力学薄壁杆件的断面分为开口(opensection)及闭口(closedsection)两种形式开口薄壁杆件的断面形式为不封闭的闭口薄壁杆件的断面为封闭的，矩形闭口断面又称为箱形断面(boxsection)闭口断面又可分为单闭室(closedcell与多闭室(multiplecell)薄壁杆件断面兼有开口与闭口部分的称为混合式断面(mixedsection)薄壁杆件同样包括弯曲、扭转与稳定性三个方面问题。除闭口杆件的弯曲剪应力计算以外，薄壁杆件的弯曲问题一般均可用材料力学的方法解决薄壁杆件的扭转分自由扭转与约束扭转两种：自由扭转可用圣维南扭转理论分析约束扭转的特征是扭转时伴随着弯曲，实际上是自由扭转与弯曲的组合薄壁杆件的屈曲也有弯曲与扭转的耦合现象薄壁杆件的扭转分析无论在弯曲、扭转和稳定性问题中都有重要地位，是薄壁杆件的特色研究薄壁杆件要了解杆件弯曲、扭转和屈曲问题的特征，掌握分析杆件问题的一般方法，在此基础上判断实际杆件在什么情况下可以用材料力学的方法求解、什么情况下不能在船体结构强度中，大开口的集装箱船的弯曲与扭转问题的研究，就可利用薄壁杆件弯扭的理论1.3.1开口薄壁杆件的弯曲取等断面薄壁梁的坐标系如图：原点o在断面形心处，x轴沿梁长方向，y轴和z轴为断面的主惯性轴Mz，My分别为在xoy平面和在xoz平面内弯曲时的断面弯矩Iz，Iy分别为对z轴和y轴的断面惯性矩开口薄壁杆件的弯曲薄壁梁在任意外载荷的作用下发生弯曲，可将其分解为在xoy平面内的弯曲和在xoz平面内的弯曲两部分在平断面假定成立的条件下，薄壁梁的弯曲正应力可用材料力学中的弯曲理论求得为这一弯曲正应力公式无论是对开口断面的薄壁梁还是闭口断面的薄壁梁都是适用的当y轴和z轴不是断面的主惯性轴时，梁的弯曲正应