船体强度与结构设计课程设计.docx
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船体强度与结构设计课程设计
一、课程设计内容及资料
1、课程设计任务书
综合应用船舶与海洋结构物强度的有关知识,完成船舶船体中剖面的结构设计,并按相关规范要求进行总纵强度的校核。
2、课程设计主要内容
(一)、根据相关规范要求完成船舶舯剖面结构设计
(二)、船体总纵强度的校核
1、船舶在静水中平衡位置的确定
2、船舶在波浪中平衡位置的确定
3、船舶重量分布曲线的确定
4、船舶浮力分布曲线的确定
5、船舶载荷分布曲线的确定
6、船舶剪力和弯矩分布曲线的确定
7、剖面特性计算
8、许用应力的确定
9、总纵弯曲应力校核
10、极限强度校核
3、船舶设计资料
船舶主尺度:
总长:
设计水线长:
垂线间长:
计算船长:
型宽:
型深:
设计吃水:
方型系数:
二、船舶剪力与弯矩计算
1、主要数据
船舶计算长度(垂线间长)L=115.50m
船宽B=19.50m
海水比重γ=1.025tf/m³
2、参考资料
1)全船重量分布汇总表
2)静水力曲线图
3)邦戎曲线图
3、计算状态
本计算中取压载出港状态进行计算
排水量Δ=5826.25t
重心纵坐标
平均吃水
浮心纵坐标
漂心纵坐标
水线面积
Aw=1537.56m²
纵稳心半径
R=176.04m²
4、波型和波浪参数选择
波长
=L=115.50m
波高h=4.0m
坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算
各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入表1:
r=h/2=2.0m
表1:
值
中垂站号
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
x/λ
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
yB
-2
-1.881
-1.543
-1.033
-0.421
0.218
0.815
1.318
1.693
1.923
2
中拱站号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
注:
表中yB值由波轴线向下为正,向上为负值。
5、压载出港状态的弯矩和剪力的计算
1)船舶纵倾调整
a)船舶在静水中平衡位置的确定
第一次近似:
首吃水:
=4.531m
尾吃水:
=3.938m
排水体积:
=5826.25/1.025=5684.15m³
第二次近似:
首吃水:
=4.729m
尾吃水:
=3.868m
具体计算过程见表2:
表2:
船舶在静水中平衡位置的计算
理论站号
力臂系数
第一次近似
第二次近似
首吃水df=
4.531
尾吃水da=
3.938
首吃水df=
4.729
尾吃水da=
3.868
横剖面浸水面积ωim²
力矩函数Mi=
(2)*(3)m²
横剖面浸水面积ωim²
力矩函数Mi=
(2)*(5)m²
1)
2)
3)
插值
4)
5)
插值
6)
0
-10
0
0
0
0
0
0
1
-9
3.4625
118.9625
-31.1625
3.3294
118.8294
-29.9646
2
-8
14.4258
245.4258
-115.4064
14.1264
245.1264
-113.0112
3
-7
27.9454
374.4454
-195.6178
27.6225
374.1225
-193.3575
4
-6
42.9207
504.9207
-257.5242
42.7545
504.7545
-256.527
5
-5
54.2928
-271.464
54.30345
-271.51725
6
-4
65.6649
758.6649
-262.6596
65.8524
758.8524
-263.4096
7
-3
71.25345
-213.76035
71.5087
-214.5261
8
-2
76.842
1000.842
-153.684
77.165
1001.165
-154.33
9
-1
78.24125
-78.24125
78.94
-78.94
10
0
79.6405
1234.6405
0
80.715
1235.715
0
11
1
78.5345
78.5345
79.838
79.838
12
2
77.4285
1463.4285
154.857
78.961
1464.961
157.922
13
3
71.14635
213.43905
72.7232
218.1696
14
4
64.8642
1681.8642
259.4568
66.4854
1683.4854
265.9416
15
5
53.3837
266.9185
55.0568
275.284
16
6
41.9032
1889.9032
251.4192
43.6282
1891.6282
261.7692
17
7
29.9553
1993.4553
209.6871
31.1566
1994.6566
218.0962
18
8
19.697
2098.697
157.576
20.9942
2099.9942
167.9536
19
9
11.135
2205.635
100.215
13.435
2207.935
120.915
20
10
9.0607
2319.0607
90.607
9.7501
2319.7501
97.501
∑
971.79775
203.19005
988.34585
287.80695
修正值
4.53035
45.3035
4.87505
48.7505
修正和
967.2674
157.88655
983.4708
239.05645
Vi=ΔL∑ωi
5585.
m³
5679.54387
m³
xbi=ΔL∑Mi/∑ωi
0.
m
1.
m
(V0-Vi)/V0
1.73%
0.081%
(xg-xbi)/L
0.35%
-0.02%
注:
表中各站的横剖面浸水面积由邦戎曲线图查得。
b)船舶在波浪上平衡位置的确定
用麦卡尔法计算船舶在波峰时的平衡位置。
取静水平衡线(df0=4.729m,da0=3.868m)作为波轴线,按波峰在船中,由邦戎曲线图上量出浸水面积ωi,再取ε=-1m,即波轴线向下移动1m,量出各站横剖面浸水面积ωbi,根据表3计算波轴线移动参数ζ0和b。
表3:
船舶在波峰上平衡位置的计算
理论站号
静水波面浸水面积ωi
移轴波面浸水面积ωbi
(3)-
(2)
力臂系数
(2)*(5)
(4)*(5)
(4)*(5)²
m²
m²
m²
k
m²
m²
m³
1)
2)
坐标插值
3)
坐标插值
4)
5)
6)
7)
8)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1.3924
116.892
0.707
116.207
-0.685
1
1.392
-0.6854
-0.685
2
7.1456
238.145
3.8141
234.814
-3.3315
2
14.291
-6.663
-13.326
3
18.5713
365.071
11.297
357.797
-7.2734
3
55.7139
-21.8202
-65.4606
4
37.2029
499.202
24.940
486.940
-12.262
4
148.8116
-49.0496
-196.198
5
58.9196
43.708
-15.211
5
294.5982
-76.0567
-380.283
6
80.6364
773.636
62.476
755.476
-18.160
6
483.8184
-108.961
-653.770
7
95.5731
76.752
-18.820
7
669.0120
-131.742
-922.197
8
110.509
1034.50
91.029
1015.02
-19.480
8
884.0792
-155.843
-1246.74
9
115.19035
95.700
-19.49025
9
1036.71315
-175.41225
-1578.71025
10
119.8708
1274.8708
100.3707
1255.3707
-19.500
10
1198.708
-195.001
-1950.01
11
115.919
96.474
-19.444
11
1275.109
-213.885
-2352.73
12
111.967
1497.96
92.579
1478.57
-19.388
12
1343.606
-232.657
-2791.88
13
96.4370
78.116
-18.320
13
1253.681
-238.169
-3096.19
14
80.9069
1697.90
63.653
1680.65
-17.253
14
1132.696
-241.546
-3381.64
15
59.7589
45.418
-14.340
15
896.3835
-215.109
-3226.63
16
38.6109
1886.61
27.183
1875.18
-11.427
16
617.7744
-182.846
-2925.54
17
22.1733
1985.67
14.152
1977.65
-8.021
17
376.9461
-136.357
-2318.06
18
11.6203
2090.62
6.7533
2085.75
-4.867
18
209.1654
-87.606
-1576.90
19
5.8148
2200.31
3.1006
2197.60
-2.7142
19
110.4812
-51.5698
-979.826
20
3.6804
2313.68
1.7902
2311.79
-1.8902
20
73.608
-37.804
-756.08
∑
1191.9012
940.01865
-251.8825
12076.5904
-2558.7855
-30412.9161
式中
经整理:
ζ0
ζ0
联立方程式,解得ζ0=-0.92m,b=0.188m
首吃水:
df0
ζ0
尾吃水:
da0
ζ0
求出平衡位置后,即可从邦戎曲线上量出船舶处于平衡位置时横剖面浸水面积,如表4:
表4:
船舶平衡位置的计算结果
理论站号
力臂系数
静水
波峰
df=4.729
da=3.868
df=3.999
da=2.948
横剖面浸水面积ωi
力矩函数Mi=
(2)*(3)m²
横剖面浸水面积ωi
力矩函数Mi=
(2)*(5)m²
1)
2)
3)
4)
5)
坐标插值
6)
0
-10
0
0
0
0
0
1
-9
3.3294
-29.9646
0.765
116.265
-6.885
2
-8
14.1264
-113.0112
4.1114
235.1114
-32.8912
3
-7
27.6225
-193.3575
12.0164
358.5164
-84.1148
4
-6
42.7545
-256.527
26.293
488.293
-157.758
5
-5
54.30345
-271.51725
45.61435
-228.07175
6
-4
65.8524
-263.4096
64.9357
757.9357
-259.7428
7
-3
71.5087
-214.5261
79.553
-238.659
8
-2
77.165
-154.33
94.1703
1018.1703
-188.3406
9
-1
78.94
-78.94
99.03105
-99.03105
10
0
80.715
0
103.8918
1258.8918
0
11
1
79.838
79.838
100.17585
100.17585
12
2
78.961
157.922
96.4599
1482.4599
192.9198
13
3
72.7232
218.1696
81.9276
245.7828
14
4
66.4854
265.9416
67.3953
1684.3953
269.5812
15
5
55.0568
275.284
48.6359
243.1795
16
6
43.6282
261.7692
29.8765
1877.8765
179.259
17
7
31.1566
218.0962
16.0262
1979.5262
112.1834
18
8
20.9942
167.9536
7.9293
2086.9293
63.4344
19
9
13.435
120.915
3.8085
2198.3085
34.2765
20
10
9.7501
97.501
2.2111
2312.2111
22.111
∑
988.34585
-1445.75
984.82815
167.40925
修正值
4.87505
-32.175
1.10555
11.0555
修正和
983.4708
-1413.57
983.7226
156.35375
Vi=ΔL∑ωi
5679.54387
5680.
xbi=ΔL∑Mi/∑ωi
1.
0.
(V0-Vi)/V0
0.08%
0.06%
(xg-xbi)/L
-0.02%
0.37%
2)剪力、弯矩计算
a)重量曲线
根据每一站内重量均匀分布的原则,把整个船的重量按照站位进行分配。
首先进行空船重量的分配计算。
根据船舶外形,按梯形法分布计算,即空船重量近似的用梯形曲线表示,船中重量分配多一些,首尾重量分配少一些。
该船长宽比L/B≈6,属于瘦型船舶,取b=1.195,于是有
压载出港时,空船重量W=2561.67t,则:
=26.5039
=11.5375
进而获得船舶空船重量曲线分布,如图1:
图1:
船舶空船重量曲线分布
再分配载重量。
货物重量根据货物重心在船舶总方向不变的原则,利用重量平衡和重量矩平衡原理求出每个站区对应的货物重量,其中每个站区所包含的站中分得的货物重量是均匀分布的。
由船舶布置图(图2)和压载出港载况下重量分布表可知,本次计算规定0站在0肋位,20站在163肋位,设ΔL是货物所跨站间距离的一半,P是货物或者油水等重量,a是重物重心距所跨站距中心的距离(偏向船首为正,反之为负)。
图2:
船舶布置图
艉—Fr11:
600mm;F11:
6.6
Fr11—Fr39:
700mm;F39:
26.2
Fr39—Fr112:
750mm;F112:
80.95
Fr112—Fr151:
700mm;F151:
108.25
Fr151—艏:
600mm:
115.45
压载出港载况下重量分布:
No.3压载出港
项目重量重心高度重心纵标垂向力矩纵向力矩液面力矩
ITEMweight,tKG,mL.C.G.,mV.M.,t-mL.M.,t-mMfs,t-m
空船lightship2561.677.329-8.12118774.5-20803.30.0
船员和行李3.1013.620-36.13142.2-112.00.0
粮食14.3413.306-33.650190.8-482.50.0
货物No.1货舱/Fr111-1310.00.00.00.00.00.0
货物No.2货舱/Fr75-1110.00.00.00.00.00.0
货物No.3货舱/Fr39-750.00.00.00.00.00.0
货物No.4货舱/Fr2-220.00.00.00.00.00.0
小计0.00.00.00.00.00.0
轻油舱/P/F31-3820.581.120-34.55923.1-711.620.0
轻油舱/S/F31-3825.621.120-34.55428.7-885.324.0
日用轻油舱/F22-334.1911.690-43.10049.0-180.60.0
小计50.391.999-35.2678.4-147.844.0
No.2重油舱/P/F39-75151.940.523-18.02279.5-2738.3412.0
No.3重油舱/P&S/F39-4880.734.740-27.812382.7-2245.30.0
日用重油舱/P/F23-3131.5111.690-39.950368.4-1258.80.0
小计264.183.144-23.62999.1-744.6412.0
滑油储存柜/S/F13-2214.657.050-46.390103.3-679.60.0
滑油循环柜/C/F24-3419.191.120-38.55021.5-739.80.0
小计33.843.687-41.94470.8-804.90.0
首尖舱F/151-165183.814.06555.201747.210146.50.0
No.1压载水舱/P&S/F141-151246.803.88046.654957.611514.20.0
No.2压载水舱/P&S/F131-14191.301.35039.760123.33630.10.0
No.3压载水舱/P&S/F111-131201.820.81028.810163.55814.40.0
No.4压载水舱/P&S/F93-111193.870.84015.330162.92972.00.0
No.5压载水舱/P&S/F75-93231.540.8402.168194.5502.00.0
No.6压载水舱/P&S/F38-75368.330.840-16.541309.4-6092.50.0
No.7压载水舱/P&S/F48-57132.864.760-21.280632.4-2827.30.0
No.2边压载水舱/P&S/F131-141131.175.19039.572680.85190.70.0
No.3边压载水舱/P&S/F111-131354.774.74029.8141681.610577.10.0
No.4边压载水舱/P&S/F93-111239.454.74017.1151135.04098.20.0
No.5边压载水舱/P&S/F75-93222.824.7402.2011056.2490.40.0
No.6边压载水舱/P&S/F57-75212.814.740-11.2731008.7-2399.00.0
小计2811.353.14915.515670.13301.60.0
淡水舱P&S80.889.456-57.727764.8-4669.016.3
污油舱6.500.675-43.4344.4-282.30.0
结冰0.00.00.00.00.00.0
载重量deadweight3264.583.3428.77110911.128632.1472.3
排水量displacement5826.255.0951.34429685.67828
将各部分重量P分解而得的P1和P2解出后按其所跨站的数量进行均布分配。
b)船舶在静水中剪力和弯矩计算
c)船舶在波峰中剪力和弯矩计算
得:
波峰状态最大剪力:
N=932.1058tf最大弯矩M=12451.58tfm
三、船舶总纵强度计算
1、计算依据
本次计算取船中附近73号肋骨剖面进行总纵强度计算。
1)参考图纸和计算书
a)基本结构图
b)典型横剖面图
c)弯矩和剪力计算书
2)计算载荷
计算弯矩:
计算剪力:
3)船体材料
计算剖面的所有材料均采用高强度低合金钢材,屈服极限
。
4)许用应力
a)总纵弯曲许用应力
b)总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力
i.板架跨中
ii.横舱壁处
c)许用剪应力
2、船体总纵弯曲正应力计算
1.总纵弯曲正应力第一次近似计算
73号肋骨剖面参与总纵弯曲的构件如典型剖面图所示。
图8:
73号肋位剖面典型剖面图(见下页)
表5:
总纵弯曲正应力第一次近似计算表
构件名称
构件尺寸,mm
数量
构件剖面积Ai,cm²
距参考轴距离Zi,m
静力矩5)×6),cm²·m
惯性矩6)×7),cm²·m²
自身惯性矩,cm²·m²
构件至中和轴距离Zi',m
中拱时
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