船舶设计原理第五章.ppt

第五章型材剖面设计掌握衡量型材剖面材料利用指标：剖面利用系数和比面积。掌握型材剖面几何要素的计算。掌握船体梁剖面几何要素计算。掌握型材总稳定性影响因素及型材侧向失稳的含义。1、按照所起的作用可以分为:1)仅承受接伸或压缩荷重的作用的干件2)主要承受弯曲作用的梁，本章将介绍。２、船体结构中常用的骨架梁有：型钢、组合梁Ｔ型材最合理地使用材料而得到最高的强度，且能使结构具有良好的对称性，在船体结构中使用范围很广。理想剖面模数剖面利用系数在剖面积F和高度h相同的情况下,剖面利用系数的大小表明了材料在剖面中分布的合理程度.但是当h不同的时候，η就不能反映材料在剖面中的利用率了。为了衡量剖面材料的利用率，引入比面积对于几何相似的型材剖面，因所有尺寸相差n倍，便有下述关系：利用表格计算型材剖面模数5.3.3梁材抗弯强度与抗剪强度间关系剖面上的弯曲正应力大小不仅与剖面材料分布有关，且随着（l/h）增加而增加。承受一定载荷梁最大剪应力仅于剖面材料分布有关假定剖面最大剪应力与最大正应力同时达到各自需用应力时，所对应（l/h）min最小。若（l/h）>（l/h）min时，若满足梁抗弯强度条件，则梁的抗剪强度必然有保证。若（l/h）<（l/h）min时，若满足梁抗剪强度条件，则梁的抗弯强度必然有保证。5.3型材的稳定性计算5.3.1型材的局部稳定性保证型材的局部稳定性，系指保证其翼板和腹板的稳定性。1翼板的稳定性将型材自由翼板的一半视为三边自由支持在刚性支座上，另一边完全自由的单向受压的长矩形板，其临界应力为：因而可有:若实际的≥0.57，则5.4型材剖面设计的一般提法与结构优化设计的基本概念5.5型材剖面的最佳尺寸的实用设计公式暂不考虑面板具体尺寸。有三个设计变量：h,t,f1;四个约束条件。将型材面板的面积表示为腹板尺寸的函数：约束条件：5.2.2腹板的最佳高度1。最轻剖面高度仅受腹板最小厚度条件决定取t=t0则型材剖面积又被转化成：将k的最大值K=6，和最小值K=3代入上式，可得：最轻剖面高度仅受腹板稳定性条件控制将k的最大值K=6，和最小值K=3代入上式，可得：因为已假定腹板的最小厚度条件自动满足，即：最小剖面模数W1在W0与2W0之间：h将受到腹板稳定性及最小厚度两条件控制带板应力受限的型材剖面有时带板采用性能较低的材料，这时梁材的弯曲强度应该附加对带板弯曲正应力的限制当带板与型材材料不同时，可以先假定他们是相同的来确定剖面最佳尺寸，然后，校核强度条件1，最轻剖面高度仅受腹板最小厚度条件限制，即最轻解在约束曲线t=t0上2最轻剖面高度仅受腹板稳定性条件限制，即最轻解在约束曲线h=mt上。3。最轻剖面高度同时满足5.5.3梁材面板的尺寸W1，h,f已知情况下，梁材面板可表示为：另外还要考虑工艺性，要保证施工方便，面板宽度过大，就难以在梁材间进行检查及油漆等工作腹板和翼板厚度相差太大对焊接工组不利5.6型材剖面设计型材剖面设计的基本步骤：1。确定设计前提：A根据梁材所受的载荷，梁材间距，跨度及端部固定情况，确定设计用的计算弯矩M及剪力NB型材及带板材料的屈服极限和相应的许用应力，由此决定所要求的剖面模数：2.第一次近似决定M初步可取6重复3与4步骤注意：若前后两次近似计算未改变所选用的公式，则计算可不继续进行。7。计算面板的宽度与厚度8。根据使用，钢材规格及施工要求最后确定剖面尺寸，并校核最后尺寸强度要求。9。校验型材总稳定性。所设计型材剖面越接近与理想剖面，剖面材料的利用率就越高保证型材局部稳定性，希指保证其腹板的稳定性型材丧失了弯曲平面形状的稳定性，常称为型材侧向失稳最轻剖面高度仅受腹板稳定性条件控制剖面模数比面积的意义就是产生单位剖面模数所需的剖面积剖面模数比面积越大，剖面材料的利用率就越高，剖面设计的就越好。型材腹板的相当面积相当于使最大剪应力沿腹板高度均匀分布的剖面积型材剖面设计的任务是确定结构质量最轻的剖面尺寸，并保证型材具有足够的强度和稳定性。由于已假定腹板的最小厚度条件取不等式，即上式求得h满足：即最轻解在交点C上在设计型材剖面时，必须尽可能增大自由翼板宽度和减小其厚度，以提高型材的总稳定性，但是，还受到自由翼板不丧失稳性的限制将右式取等号得：得自由翼板尺寸：腹板最小面积C腹板最小厚度t0D带板的宽度和厚度。3根据m与t0计算W04.比较W1与W0的大小，按表决定hopt,f,f15.第二次近似决定m先算β，τ，τ/β，然后按照公式计算m5.3.2型材的总失稳性：型材的侧向失稳是整体性的，它将导致整