船舶强度与结构设计课程设计计算说明书.docx
《船舶强度与结构设计课程设计计算说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《船舶强度与结构设计课程设计计算说明书.docx(39页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
船舶强度与结构设计课程设计计算说明书
大连理工大学
船舶强度与结构设计课程设计
院(系):
运载工程与力学学部
专业:
船舶与海洋工程
班级:
运船1204班
学生姓名:
李沛伦
学号:
201271076
指导教师:
马骏
2015年11月
一、课程设计主要内容……………………………………………………………….2
二、船舶数据资料…………………………………………………………………………2
三、剪力和弯矩计算……………………………………………………………………3
四、总纵强度计算………………………………………………………………………19
五、课程设计总结………………………………………………………………………27
一、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
二、船舶数据资料
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:
三、剪力和弯矩计算
(一)、主要数据
船舶计算长度(垂线间长)
船宽
海水比重
(二)、参考资料
全船重量分布汇总表
静水力曲线图
邦戎曲线图
(三)、计算状态
本计算中仅选取压载出港状态进行计算。
排水量
重心纵坐标
由静水力曲线图查出下列各数值:
平均吃水
浮心纵坐标
漂心纵坐标
水线面积
纵稳心半径
(四)、波型和波浪参数选择
波长:
波高:
坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算:
式中:
—半波高。
各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入表1.1。
表3.1
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
yB
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
中拱站号
-2
-1.881
-1.543
-1.033
-0.421
0.218
0.815
1.318
1.693
1.923
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
注:
表中
值由波轴线向下为正,向上为负。
(五)、满载到港状态的剪力和弯矩计算
1.船舶纵倾调整
(1)船舶在静水中平衡位置的确定
第一次近似:
首吃水:
=6.516m
尾吃水:
=9.322m
排水体积:
V=Δ/γ=11989.34m^3
第二次近似:
首吃水:
=6.691m
尾吃水:
=9.541m
(V-V2)/V=-0.08%<0.1%-0.5%满足设计要求
(Xg-Xb2)/L=0.01%<0.05%-0.1%满足设计要求
具体过程详见下表。
表3.2船舶在静水中平衡位置的计算
理论站号
力臂系数
乘数
第一次近似
第二次近似
首吃水
尾吃水
首吃水
尾吃水
横剖面浸水面积
面积乘数(4)*(3)
力矩函数(5)*
(2)
横剖面浸水面积
面积乘数(7)*(3)
力矩函数(8)*
(2)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
0
-10
0.5
14.67
7.335
-73.35
16.99
8.495
-84.95
1
-9
1
27.8
27.8
-250.2
30.59
30.59
-275.31
2
-8
1
57.4
57.4
-459.2
60.2
60.2
-481.6
3
-7
1
86.94
86.94
-608.58
90.3
90.3
-632.1
4
-6
1
114.1
114.1
-684.6
118.2
118.2
-709.2
5
-5
1
130.8
130.8
-654
134.9
134.9
-674.5
6
-4
1
147.5
147.5
-590
151.6
151.6
-606.4
7
-3
1
151.4
151.4
-454.2
155.4
155.4
-466.2
8
-2
1
155.3
155.3
-310.6
159.2
159.2
-318.4
9
-1
1
153.4
153.4
-153.4
157.3
157.3
-157.3
10
0
1
151.5
151.5
0
155.4
155.4
0
11
1
1
147.05
147.05
147.05
150.75
150.75
150.75
12
2
1
142.6
142.6
285.2
146.1
146.1
292.2
13
3
1
130.25
130.25
390.75
133.8
133.8
401.4
14
4
1
117.9
117.9
471.6
121.5
121.5
486
15
5
1
97.65
97.65
488.25
99.9
99.9
499.5
16
6
1
77.4
77.4
464.4
78.3
78.3
469.8
17
7
1
54.3
54.3
380.1
56
56
392
18
8
1
35.6
35.6
284.8
36.7
36.7
293.6
19
9
1
21.3
21.3
191.7
22
22
198
20
10
0.5
14.5
7.25
72.5
14.8
7.4
74
排水体积&力矩函数和
2014.7
-1061.78
2074.035
-1148.71
浮心纵坐标
-3.043
-3.198
排水体积
11635.32
11977.55
排水体积变化
-0.0295
-0.000982
纵坐标差
-0.000412
0.00093
注:
表中各站的横剖面浸水面积由邦戎曲线图查得。
(2)船舶在波浪上平衡位置的计算
用麦卡尔法计算船舶在波峰的平衡位置:
用麦卡尔法计算船舶在波峰时的平衡位置。
去静水平衡线(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(下移),量出各站横剖面浸水面积ωbi,根据下表计算波轴线移动参数ζ0和b
图3.1邦戎曲线图
表3.3船舶在波峰上平衡位置的计算
理论站号
力臂系数k
乘数
静水波面浸水面积Wi
面积乘数(3)*(4)
移轴波面浸水面积Wbi
面积乘数(3)*(6)
(7)-(5)
(5)*
(2)
(8)*
(2)
(8)*
(2)^2
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
0
0
0.5
2
1
0
0
-1
0
0
0
1
1
1
12.33
12.33
6.878
6.878
-5.452
12.33
-5.452
-5.452
2
2
1
40.3
40.3
30.98
30.98
-9.32
80.6
-18.64
-37.28
3
3
1
72.7
72.7
59.4
59.4
-13.3
218.1
-39.9
-119.7
4
4
1
107.2
107.2
90.58
90.58
-16.62
428.8
-66.48
-265.92
5
5
1
135.35
135.35
117.34
117.34
-18.01
676.75
-90.05
-450.25
6
6
1
163.5
163.5
144.1
144.1
-19.4
981
-116.4
-698.4
7
7
1
176.95
176.95
157.5
157.5
-19.45
1238.65
-136.15
-953.05
8
8
1
190.4
190.4
170.9
170.9
-19.5
1523.2
-156
-1248
9
9
1
192.15
192.15
172.9
172.9
-19.25
1729.35
-173.25
-1559.25
10
10
1
193.9
193.9
174.9
174.9
-19
1939
-190
-1900
11
11
1
185.8
185.8
166.55
166.55
-19.25
2043.8
-211.75
-2329.25
12
12
1
177.7
177.7
158.2
158.2
-19.5
2132.4
-234
-2808
13
13
1
155.25
155.25
136.2
136.2
-19.05
2018.25
-247.65
-3219.45
14
14
1
132.8
132.8
114.2
114.2
-18.6
1859.2
-260.4
-3645.6
15
15
1
101.45
101.45
85.635
85.635
-15.815
1521.75
-237.225
-3558.375
16
16
1
70.1
70.1
57.07
57.07
-13.03
1121.6
-208.48
-3335.68
17
17
1
44.18
44.18
34.5
34.5
-9.68
751.06
-164.56
-2797.52
18
18
1
25.73
25.73
19.17
19.17
-6.56
463.14
-118.08
-2125.44
19
19
1
14.18
14.18
10.03
10.03
-4.15
269.42
-78.85
-1498.15
20
20
0.5
9.63
4.815
6.432
3.216
-1.599
96.3
-31.98
-639.6
∑
2197.785
-287.536
21104.7
-2785.297
-33194.367
根据数据按下式计算波轴线移动参数
,
:
联立方程得:
ζ0=-0.0072b=0.0078
首吃水df=df0+ζ0+b=10.37m
尾吃水da=da0+ζ0=6.672m
求出平衡位置后,即可以从邦戎曲线上得到船舶处于平衡位置时的横剖面浸水面积。
用表3.4算出横剖面浸水面积。
表3.4横剖面浸水面积
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
理论站号
乘数k
wA
geta0
geta'
geta
Wb-Wa
(Wb-Wa)/l
delta(w)
wc
wc*k
m2
m
m
m
m2
m
m2
m2
m2
0
0
2.00
-0.0072
0.0000
-0.0072
-1.00
-1.00
0.01
1.00
0.00
1
1
12.33
-0.0072
0.0444
0.0372
-5.45
-5.45
-0.20
12.13
12.13
2
2
40.30
-0.0072
0.0889
0.0817
-9.32
-9.32
-0.76
39.54
79.08
3
3
72.70
-0.0072
0.1333
0.1261
-13.30
-13.30
-1.68
71.02
213.07
4
4
107.20
-0.0072
0.1778
0.1705
-16.62
-16.62
-2.83
104.37
417.46
5
5
135.35
-0.0072
0.2222
0.2150
-18.01
-18.01
-3.87
131.48
657.39
6
6
163.50
-0.0072
0.2667
0.2594
-19.40
-19.40
-5.03
158.47
950.80
7
7
176.95
-0.0072
0.3111
0.3039
-19.45
-19.45
-5.91
171.04
1197.28
8
8
190.40
-0.0072
0.3556
0.3483
-19.50
-19.50
-6.79
183.61
1468.86
9
9
192.15
-0.0072
0.4000
0.3928
-19.25
-19.25
-7.56
184.59
1661.30
10
10
193.90
-0.0072
0.4445
0.4372
-19.00
-19.00
-8.31
185.59
1855.93
11
11
185.80
-0.0072
0.4889
0.4817
-19.25
-19.25
-9.27
176.53
1941.81
12
12
177.70
-0.0072
0.5333
0.5261
-19.50
-19.50
-10.26
167.44
2009.29
13
13
155.25
-0.0072
0.5778
0.5705
-19.05
-19.05
-10.87
144.38
1876.95
14
14
132.80
-0.0072
0.6222
0.6150
-18.60
-18.60
-11.44
121.36
1699.06
15
15
101.45
-0.0072
0.6667
0.6594
-15.82
-15.82
-10.43
91.02
1365.32
16
16
70.10
-0.0072
0.7111
0.7039
-13.03
-13.03
-9.17
60.93
974.86
17
17
44.18
-0.0072
0.7556
0.7483
-9.68
-9.68
-7.24
36.94
627.92
18
18
25.73
-0.0072
0.8000
0.7928
-6.56
-6.56
-5.20
20.53
369.53
19
19
14.18
-0.0072
0.8445
0.8372
-4.15
-4.15
-3.47
10.71
203.41
20
20
9.63
-0.0072
0.8889
0.8817
-1.60
-1.60
-1.41
4.11
82.20
∑
2076.77
19663.
排水量
12293.2
浮心距尾垂线
54.680
实际排水量
12289.0
实际重心
54.659
最后将船舶平衡位置汇总如下表3.5所示:
表3.5船舶平衡位置的计算结果
理论站号
力臂系数
静水
波峰
df=6.7463
da=9.5169
df=5,2285
da=9.0870
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)
6)
0
-10
16.5
-165
0
0
1
-9
30.5
-274.5
5.5
-49.5
2
-8
60
-480
29.5
-236
3
-7
90
-630
61
-427
4
-6
118
-708
98.5
-591
5
-5
134.75
-673.75
131
-655
6
-4
151.5
-606
163.5
-654
7
-3
155.5
-466.5
177
-531
8
-2
159.5
-319
190.5
-381
9
-1
157.5
-157.5
192.25
-192.25
10
0
155.5
0
194
0
11
1
151
151
185
185
12
2
146.5
293
176
352
13
3
134.25
402.75
150.75
452.25
14
4
122
488
125.5
502
15
5
100.5
502.5
90.5
452.5
16
6
79
474
55.5
333
17
7
56.5
395.5
29
203
18
8
37
296
13
104
19
9
22.5
202.5
5
45
20
10
15
150
2.5
25
∑
2093.5
-1125
2075.5
-1063
修正值
15.75
-7.5
1.25
12.5
修正和
2077.75
-1117.5
2074.25
-1075.5
Vi=ΔL∑ωi
11999.00625
11978.79375
xbi=ΔL∑Mi/∑ωi
-3.106034172
-2.994341328
(V0-Vi)/V0
-0.08%
0.09%
(xg-xbi)/L
0.01%
-0.08%
2.重量的分布计算
(1)重量曲线
如前所述,船舶在静水和波浪中的浮力已通过邦戎曲线求得。
下面考虑船舶的重量分布,包括空船重量的分布和载重量的分布。
空船重量的分布采用梯形法。
参阅教材第6页至第7页,若船中间肥,两头尖瘦,且中部有平行中体,船体和舾装重量可近似用梯形曲线表示,如图3.2所示。
图3.2梯形法
梯形法参数
之间具有下列关系:
式中
——船体重心距中的距离(中后为正),
;
——船长,
该船长宽比L/B≈6,属于瘦型船舶,取b=1.195,于是有
a=0.61+54xg/7L=1.152
c=0.61-54xg/7L=0.685
满载到港空船重量W=2561.67t,则
aW/L=25.5502,bW/L=26.5039,cW/L=15.1926
进而获得船舶空船重量曲线分布,如下:
图3.3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(示意图)和满载到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3.4船舶布置示意图
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。
故船体与舾装重量分布如下表3.6:
表3.6船体与舾装重量分布
站号
站距中重量,t
0
1
148.013
2
148.832
3
149.650
4
150.468
5
151.287
6
152.105
7
152.787
8
153.060
9
153.060
10
153.060
11
153.060
12
153.060
13
153.060
14
145.840
15
127.789
16
106.129
17
84.469
18
62.809
19
41.148
20
19.488
∑
2559.172
货物、油舱、人员、行李采用局部重量分配的方法。
分配时,保证重量和重心分配前后不变,分布区域大致相同,则对计算结果的影响比较小。
对于已知肋位的货物和油舱等,根据肋位号找到相邻的站号,在进行分配。
可以采用推导出来的通项公式进行重量分布。
重心所在一侧的站距中的重量:
重心不在的一侧站距中重量:
载重量的详细分配过程如下表:
表3.7载重量的详细分配(来自Excel)
3.船舶在静水中剪力弯矩计算
表3.8静水时剪力和弯矩计算
理论站号
横剖面浸水面积
第二栏成对和
站距中的浮力
站距中的重力
站距中的载荷
第(6)栏自上而下和
第(7)栏积分和
修正值
剪力
(8)*dl/2
修正值
弯矩
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
0
17.0
---
---
---
0
0
0
0
0
0
0
0
1
30.6
47.6
140.8
272.9
132.0
132.0
132.0
0.5
131.6
381.3
-18.7
399.96
2
60.2
90.8
268.7
865.8
597.1
729.2
861.2
1.0
728.2
2486.8
-37.4
2524.16
3
90.3
150.5
445.4
160.4
-285.1
444.1
1305.3
1.4
442.7
3769.2
-56.1
3825.26
4
118.2
208.5
617.1
172.4
-444.7
-0.6
1304.7
1.9
-2.5
3767.5
-74.8
3842.2