船体总纵强度综合实验 第二组Word文件下载.docx
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mm,其中板厚t=2.3mm。
图1模型横剖面结构及尺寸
5、实验方法
(1)理论计算
计算各测点处的应力:
弯矩M:
实船由波浪和装载产生,模型实验中,用纯弯加载方法给出。
惯性矩I计算:
按规范规定,把船体结构中参加总纵强度的各构件分项逐项按表格计算。
各测点距中和轴的高Zi:
根据各测点的位置尺寸测得。
(2)有限元分析法
利用有限元软件MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN进行建模和总纵强度计算,模型范围取全船,垂向范围为船体型深。
把船体作为一等效船体梁,当船体梁受到中拱或中垂弯矩弯曲时,可以计算出梁上各测点处的应力。
模型材料:
弹性模量E=2.06E5Mpa;
密度7850kg/m3;
泊松比0.3,有限元模型见图2-3.
图2全船有限元模型
(3)实验法
应变片法:
即电阻应变片测量应变方法。
其原理是:
把应变片牢固的粘贴在构件的测点上,当构件被加上载荷时,就会变形,不是伸长就是缩短,应变片也随着一起变形,应变片伸长时其电阻值增大,应变片缩短时其电阻值减小,把应变片接成电桥,就可以得到电信号,再经放大和显示,即可得到微应变读数。
再用虎克定理即可求出测点处的应力。
应力计算公式:
三、实验装置
1.钢质结构船模
2.直尺、游标卡尺及工具
3.程控电阻应变仪
4.千斤顶
5.压力传感器及显示器
6.船模加载器
图11实验装置(从上至下依次为船模加载器,压力传感器,千斤顶,钢质结构船模)
图12压力显示器
图13程控电阻应变仪
四、实验步骤
应变片法测量船体总纵弯曲应力的一般步骤为:
1.根据相似理论,设计和制作船模。
本次实验船模为大开口散货船型,钢质,具体尺度为371*56.5*31cm。
记录各构件的尺寸。
2.设置应变片测点,粘贴应变片。
在船模测试段上取一横剖面,分别在底板、船侧板、主甲板上布置测点。
均为单向片。
贴片时注意应变片粘贴的方向,应沿着船长的方向贴片。
计算应力的相应点与应变测点一致。
并记录每个测点编号的位置尺寸。
测点的具体位置如下:
图2测试剖面构件尺寸及测点布置
3.安装船模。
把船模装在特制的加载架上,用油压千斤顶加载并用力传感器监测。
记录加载的有关尺寸。
为了消除新加工结构的内应力,最好加卸载110%载荷三次以上。
多测点布置保证实验结果的准确性。
本次船模试验的总纵弯矩取PL=
4.接通静态应变仪及测量电路,调试,全部准备就绪后预热仪器30分钟。
注意使用仪器前没人指导操作就一定要看懂说明书再操作。
5.建立零工况:
加载载荷调到零,清除其它所有干扰力,仪器自动平衡(采零)。
也可以预加部分载荷调零,其作用是消除安装不平稳引起的受力不均,削除内应力。
6.正式加载:
把设计载荷分成几级,逐级加载测量,然后逐级卸载测量。
分级加卸载测量可以在实验过程中观察构件应变的线性和重复性,及时发现和解决问题。
详细记录每次6试验的储存页面、加载工况、试验时刻、环境温度等。
7.载荷回零的工况一定要测出,根据回零应变,可以看出是否有残余应变,仪器是否有温度漂移。
8.确认没有其它问题后清理现场。
五、实验结果与计算
1.从测量仪器上读取数据,进行相关处理。
(1)理论计算数据
惯性矩计算
构件号
构件名称
数量
尺度
剖面积
距基线高
静距
惯性距
(cm2)
(cm)
(cm3)
(cm4)
1
船底板
2
23.25x0.23
5.35
0.024
船底纵行
5x8x0.23
2.99
5.6
16.744
62.56
3
舭列板
7.85x0.23
1.81
2.5
4.525
93.77
4
舷侧外板
26x0.23
5.98
18
107.64
348.19
5
甲板
11x0.23
2.53
31
78.43
1937.53
6
舱口围板
5.3x0.23
1.22
28.3
34.526
2434.18
总和
19.88
241.865
4876.254
中和轴至基线
d=B/A=12.17(cm)
对中和轴的惯性距
I=2*(C-A*d^2)=3863.70(cm4)
甲板边线的剖面模数
W2=I/(d2-d)=258.96(cm4)
船底板的剖面模数
W1=I/(d-d1)=400.68(cm4)
注:
表中ABC分别为剖面积、静矩和惯性矩
施加弯矩值:
M=
船底正应力:
甲板处正应力:
图1船体梁简化图(l=2.06m)
中剖面甲板应力值
P(kN)
M(kN.m)
M=Pl/8
应力值(N/mm2)
σ1=M/W2
1.35
4.35
10
2.70
8.71
15
4.05
13.06
20
5.40
17.42
25
6.75
21.77
30
8.10
26.13
35
9.45
30.48
(2)有限元分析数据
图10f=35kN时,甲板所受x方向正应力
(3)实验相关数据
A、实验测得的微应变要经过温度漂移修正、导线电阻影响修正、以及其它必须的修正,才能进行计算。
计算就是用虎克定理、广义虎克定理根据应变求应力。
B、选取某一比例,画出船体甲板和船底的应力图。
图3应力分布曲线
2、数据比较
比较分析三种方法的数据结果,分析其中的不足与存在的问题。
六、实验分析与讨论
1.为测船体梁的总纵弯曲以检验其是否符合简单梁理论,下图的加载测量方式与实验所用方式比较,有何不足之处?
2.在地面上测船模加载的总纵弯曲,可先在船模上预加部分载荷,调零,再在这个零状况下正式加载测试,这有何好处?
七、数据记录表
表1:
弯矩加载表
加载次数
弯矩
表2:
测量记录
测点编号
测点高cm
应变读数
第一次
第二次
第三次
回0值
修正值
表3:
构件编号
构建名称
构件尺寸
Cm
Cm2
距参考轴高
静矩
惯性矩
自惯矩
距中和轴高
7
8
选BL为参考轴
A
B
C
C0
表4:
应力计算表
测点
测点距BL高cm
测点距中和轴cm
实测应变值
测量应力
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