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第三 船体结构局部强度计算


式中
h d hB 2
d 载重吃水,m;
hB 计算波高,m。
另一种情况是船舶在波浪中摇摆时,船舶倾斜的同时受 到波浪冲击的动力作用。这时,舷侧浸水至甲板边线,所以 静水压力可认为是型深D,即h=D。
上图表示计算载荷情况。不载货的露天甲板荷重取甲板 上浪或载客的相应水头高度,可按船舶建造规范规定选取, 一般为 h=0.8m~1.8m。
结构模型化是计算的前提和结构分析成败的关 键,影响计算模型的主要因素有下列几点:
1、结构的重要性:对重要结构应采用比较精确 的计算模型;
2、设计阶段:在初步设计阶段可用较粗糙的模 型,在详细设计阶段则需要较精确的计算模型;
3、计算问题的性质:对于结构静力分析,一般 可用较复杂的计算模型,对于结构动力和稳定性分 析,由于问题比较复杂,可用较简单的计算模型。
在载荷模型化时应考虑如下问题: (1)确定作用于结构上的载荷工况; (2)确定计算载荷的性质(不变载荷、静变载荷、 动变荷重和冲击荷重)与载荷类型(经常性载荷、偶然 性荷重); (3)确定载荷大小,并决定施加在哪些构件上; (4)确定载荷的组合与搭配。 由于我们是在线弹性范围内进行强度校核,因此在 负载载荷作用时可以应用迭加原理,即将载荷分解为简 单情况分别计算,然后将应力进行迭加。
局部强度计算载荷主要有货物重量和水压力, 一般不计结构自重影响,因为后者与前者相比可忽 略不计。
货物重量通常用水头高度来表达,即
式中
h H1
(m)
1.35
h 水头高;
H1 货仓载货高度,m。
水压力可用两种载荷情况来考虑: 一种情况是传播静置于波浪上的静水压力作为计 算载荷,这时的水压头高度为:
2、等效刚度模型的利用 等效模型可使自由度大为减少。例如,将空间
结构用平面结构模型,设置一维模型来计算;用弹 性支座或弹性固定端代替相邻结构等。例如下图中 的大舱口货船的悬臂梁结构简化模型。
3.1.5 载荷模型化
载荷模型化的目的是,选择船舶在运营中可能遇到 的较危险的和经常性的荷重情况,并能用有限参数来描 述实际载荷。
(2)梁的(弯曲)带板宽度,be 。
受压的板和骨架,由于板和骨架的稳定性差别很 大,板不能完全有效地参与工作。有人把板受压缩 时沿板宽方向的压力用效果相同的平均分布在纵骨 附近的家乡的压应力来代替。这种假象的平均分布 的应力延纵骨两边的宽度就是压杆的带板宽度 We。
长为a,宽为b,筒形弯曲刚度为D的矩形板格的临界压缩荷重为:
3.1.3 骨架支撑条件的简化
1、骨架支座形式: (1)自由支持在刚性支座上; (2)刚性固定; (3)弹性支座和弹性固定。
简化成何种支座,视相邻构件与计算构件间的相 对刚度及受力后的变形特点而定。正确分析结构变形 特点才能作到力学上的等价,这是模型化的关键。
支座简化具体可参见《船舶结构力学》,这里只 作如下简单介绍。
2D 1 a b 2D
Pcr
b2
( m )k mb a
b2
式中m 纵向半波高;k的最小值kmin 4。
若令有效宽度内的压应力达到板格临界压力 cr和板的屈服极限Y
3.2 船体骨架的带板
船体结构中绝大多数骨架都是焊接在钢板上的, 当骨架受力发生变形时,与它连接的板也一起参加骨 架抵抗变形。因此,为估算骨架的承载能力,也应当 把一定宽度的板计算在骨架剖面中,即作为它的组成 部分来计算骨架梁的剖面积、惯性矩和剖面模数等几 何要素,这部分板称为带板或附连翼板。
应当把多宽的板计算到和它连接的骨材剖面呢? 由于骨架的手里情况不同,带板宽度有两种完全不同 的定义和数值,即 (1)压杆的(稳定性)带板宽度,We ;
3.1.2 构件几何尺寸的简化
1、板架计算时:其长度、宽度取相应的支持构件间距 离。例如,船底板架和甲板板架的长度取横舱壁之间的距离, 宽度取组成肋骨框架梁中和轴的跨距,或简单地取为船宽。
2、肋骨刚架计算时:其长度、宽度取组成肋骨框架梁的 中和轴线交点间距离,用中和轴线代替实际构件。
3、构件剖面要素计算时应包括带板(附连翼板)。
船体各部分结构抵抗局部载荷直接作用而不产 生破坏和超过允许限度的变形的能力称为船体结构 局部强度。船体结构主要组成部分为船底结构、甲 板结构、舷侧结构和舱壁结构。在局部强度校核计 算中,首先要将船体空间立体结构简化为板、梁、 板架和框架来进行计算,在确定局部结构受到最大 载荷(设计载荷)后,建立数学模型计算局部结构的 内力与变形。最后要确定局部结构的强度校核衡准。
特点可大大减少未知量的数目。如果结构与载荷都 是对称的,可取一半结构进行计算,在对称面的各 节点加上适当的约束,如下图(a)所示。
如果结构具有纵、横双重对称性,载荷也可对 称,则可取 1/4结构进行计算。例如受均布水压力 作用的双层底板架,如下图(b)。
当结构对称、载荷不对称时,可将载荷分解为对 称与反对称两种情况计算,然后迭加。如图所示的 肋骨刚架的弯矩,可用图(b)和(c)两刚架计算 结果合成得到
因甲板无载荷,故又可简化为弹性固定的单跨梁。
5、板架的交叉梁系 多数情况下,交叉构件在横舱壁处可认为是刚
性固定。船底板架在舷侧处的固定情况可通过肋骨 刚架计算来确定,但通常计算中近似认为自由支持 在舷侧,因为肋骨的刚度比肋板小得多。
3.1.4 结构处理模型化
1、结构对称性的利用 船体结构一般都是左右对称的,充分利用这个
2、船底纵骨简化 由于实肋板刚性远大于纵骨,可视为纵骨的刚性
支座,又因变形的对性,计算船底纵骨强度时可按 两端刚性固定的单跨梁来进行。
3、甲板纵骨简化 在船舶中垂弯曲时受轴向压力作用,纵骨稳定
性计算时,根据其变形特点可作为两端自由支持的 单跨梁来计算。
4、肋骨框架简化 由于肋板刚度远大于肋骨,故肋骨下端刚性固定;
3.1 局部强度计算的力学模型
局部强度概念:船体在外力作用下除发生总纵 弯曲变形外,各局部结构,如船底、甲板、船侧和 舱壁板架以及横向肋骨框架也会因局部载作用而发 生变形、失稳或破坏。研究它们的强度问题称为局 部强度。
局部强度的主要研究内容:板架、框架、各种 骨材以及壳板的强度计算。
3.1.1 建立计算模型的原则
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