内河船舶总纵强度计算书.docx

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内河船舶总纵强度计算书

船舶总纵强度与扭转

强度计算书

2005年12月

一.前言

本船为航行于A、B级航区内河船舶，船体结构为混合骨架型（#22-#117甲板和船底为纵骨架式，其他为横骨架式）。

本船有一个货舱，大开口范围#25至#112肋位，无舱口盖。

船舶主尺度及主要参数如下：

总长Loa=72.33m

计算船长L=68.82m

垂线间长LBP=68.82m

型宽B=11.9m

型深D=4.2m

设计吃水d=3.5m

方形系数Cb=0.889

水线面系数CW=0.976

货舱口宽度b=8.775m

货舱口长度l1=45.24m

舱壁间距l1H=49.4m

装载散货量W=2088.87t

本船b/B=0.737和l1/l1H=0.916，属于大开口船，其总纵强度与扭转强度按照《钢质内河船舶入级与建造规范》（2002）和2004年修改通报及《钢质内河船舶船体结构直接计算指南》（2002）对大开口船的规定，校核A、B、C级航区的总纵强度与扭转强度及屈曲强度。

二.总纵弯曲外力计算

1.载荷工况及重量分布

载荷工况及重量分布的数值，见表1。

表1各载荷工况及重量分布表

工况

站距

满载出港（A）

满载到港（A）

满载出港（B、C）

满载到港

（B、C）

空载出港

空载到港

0—1

65.633

42.935

65.633

42.935

65.633

42.935

1—2

43.493

43.493

43.493

43.493

43.493

43.493

2—3

39.631

39.631

39.631

39.631

39.631

39.631

3—4

129.707

129.707

133.509

133.509

31.436

31.436

4—5

163.707

163.707

169.335

169.335

18.205

18.205

5—6

165.544

162.844

171.172

168.472

20.042

17.342

6—7

163.175

163.175

168.803

168.803

17.673

17.673

7—8

162.544

162.544

168.172

168.172

17.042

17.042

8—9

163.175

163.175

168.803

168.803

17.673

17.673

9—10

163.008

163.008

168.636

168.636

17.506

17.506

10—11

162.038

162.038

167.666

167.666

16.536

16.536

11—12

162.638

162.638

168.266

168.266

17.136

17.136

12—13

162.638

162.638

168.266

168.266

17.136

17.136

13—14

162.638

162.638

168.266

168.266

17.136

17.136

14—15

163.008

163.008

168.636

168.636

17.506

17.506

15—16

162.038

162.038

167.666

167.666

16.536

16.536

16—17

162.638

162.638

168.266

168.266

17.136

17.136

17—18

122.994

122.994

126.827

126.827

23.920

23.920

18—19

21.517

21.517

21.517

21.517

21.517

21.517

19—20

22.025

22.025

22.025

22.025

22.025

22.025

合计

2563.791

2538.393

2644.590

2619.192

474.920

449.522

2各种装载静水剪力NS和弯矩MS

各种装载静水剪力NS和弯矩MS，见表2。

表2各种装载静水剪力NS和弯矩MS

站号

A级满载出港

A级满载到港

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

0

0.000

0

0.000

0.000

1

71.222

276.080

-104.478

-343.071

2

-379.964

-95.838

-496.025

-1532.432

3

-1087.177

-2443.374

-1140.244

-4488.611

4

-1144.848

-6095.390

-1150.247

-8560.886

5

-974.953

-9555.977

-947.202

-12304.248

6

-800.240

-12428.803

-758.161

-15379.226

7

-650.025

-14747.434

-567.748

-17807.366

8

-505.336

-16563.074

-378.748

-19588.736

9

-353.806

-17873.482

-193.207

-20731.644

10

-202.816

-18667.912

-21.477

-21265.547

11

-54.774

-18952.313

144.810

-21223.281

12

112.384

-18699.109

323.267

-20593.373

13

292.863

-17852.979

510.897

-19339.425

14

496.559

-16351.608

708.390

-17428.971

15

726.171

-14111.198

922.643

-14816.603

16

955.163

-11088.609

1143.307

-11462.803

17

1207.114

-7245.741

1384.351

-7321.880

18

1117.124

-3126.617

1262.327

-2978.288

19

267.077

-610.696

342.123

-412.535

20

0.000

0.000

0.000

0.000

最大值

-1144.848

1207.114

-18952.313

-1150.247

1384.351

-21265.547

站号

B级满载出港

B级满载到港

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

0

0

0.000

0.000

0.000

1

-42.712

-241.108

-198.652

-306.053

2

-523.830

-1375.618

-635.307

-1695.635

3

-1296.383

-4648.274

-1341.495

-5034.349

4

-1373.149

-9369.454

-1376.209

-9636.686

5

-1137.886

-13820.326

-1146.341

-13906.200

6

-890.168

-17447.486

-930.477

-17415.533

7

-670.826

-20278.085

-713.157

-20186.084

8

-462.826

-22379.862

-497.434

-22218.094

9

-254.916

-23772.316

-292.086

-23531.981

10

-50.884

-24462.212

-105.420

-24177.301

11

147.705

-24465.448

83.054

-24182.835

12

358.295

-23770.841

288.755

-23516.117

13

577.045

-22344.006

503.291

-22132.699

14

805.827

-20153.914

727.858

-20000.404

15

1049.010

-17158.894

969.187

-17073.536

16

1293.866

-13331.536

1216.775

-13312.834

17

1562.474

-8628.475

1484.743

-8672.866

18

1454.823

-3650.911

1372.085

-3768.030

19

441.693

-584.850

399.574

-713.962

20

0.000

0.000

0.000

0.000

最大值

-1373.149

1562.474

-24465.448

-1376.209

1484.743

-24182.835

站号

空载出港

空载到港

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

0

0.000

0.000

0.000

0.000

1

604.720

1028.388

387.568

1070.691

2

824.161

3462.351

645.701

3242.610

3

834.635

6288.403

696.618

5941.599

4

737.010

8965.785

601.129

8564.556

5

531.405

11125.975

387.172

10659.739

6

373.983

12666.990

189.004

12052.028

7

218.822

13674.862

19.287

12816.875

8

61.726

14150.147

-142.805

13015.805

9

-86.101

14105.354

-275.007

12712.804

10

-221.688

13577.166

-376.371

12011.442

11

-340.191

12615.597

-468.020

10980.883

12

-429.479

11299.608

-535.984

9678.089

13

-495.279

9719.084

-587.778

8171.033

14

-528.977

7968.833

-621.531

6518.063

15

-531.784

6156.291

-626.652

4798.777

16

-516.579

4364.861

-599.179

3117.597

17

-471.047

2676.984

-523.454

1612.406

18

-345.476

1280.893

-366.476

504.077

19

-200.779

345.713

-204.603

-60.467

20

0.171

0.000

0.000

0.000

最大值

834.635

-531.784

14150.147

696.618

-626.652

13015.805

3.静水剪力Nst和弯矩Mst包络线及最大值

静水弯矩与剪力包络线数值，见表3。

站号

剪力Ns（KN）

弯矩Ms（KN*m）

0

0

0

1

604.72

1070.691

2

824.161

3462.351

3

-1341.5

6288.403

4

-1376.21

-9636.69

5

-930.477

-13906.2

6

-713.157

-17447.5

7

-505.336

-20278.1

8

-353.806

-22379.9

9

-376.371

-23772.3

10

-468.02

-24462.2

11

-535.985

-24465.4

12

-542.359

-23770.8

13

-587.778

-22344

14

805.827

-20153.9

15

1049.01

-17158.9

16

1293.866

-13331.5

17

1562.474

-8672.87

18

1454.823

-3768.03

19

441.693

-713.962

20

0

0

最大值

1562.474

-24465.4

4.波浪垂直弯矩

MW=aKL2B（Cb+1.2）×10-3

=22853.033kN.m

其中：

K=-2.12L+340

a=1.0（A级航区:

a=1.0;B级航区:

a=0.87;C级航区:

a=0.83）

MW值在船中0.25L范围内保持不变，船长两端趋于零。

三．船体扭转外力计算

1）水动力扭矩

MT=9.81akCTSCbLB3（1+1.24ZS/D）

=9786.0269kN.m

其中：

k=0.162+0.556/B

CTS=（0.04B/d+2.84）×10-2

a=1.0（A级航区:

a=1.0;B级航区:

a=0.80;C级航区:

a=0.60）

ZS=1.88890.04m（Zs为船中大开口剖面的扭转中心至船底基线的距离）

MT值在两端为零，在船中最大，MT沿船长按余弦曲线分布。

原点在船中，距原点X处的水动力扭矩按下式确定：

MT（X）=MTCOS（PI*X/L）

2）货物扭矩（船中）

装卸状态M0TC=0.409Wb=7496.904kN.m

航行状态MTC=0.245Wb=4490.810kN.m

MTC值在船两端等于零，沿两端到船中的MTC值按直线分布，见表4。

表四货物扭矩

站号

装卸状态M0TC

航行状态MTC

0

0

0

1

749.690

449.081

2

1499.380

898.162

3

2249.070

1347.243

4

2998.760

1796.324

5

3748.450

2245.405

6

4498.140

2694.486

7

5247.830

3143.357

8

5997.520

3592.648

9

6747.210

4041.729

10

7496.904

4490.810

11

6747.210

4041.729

12

5997.520

3592.648

13

5247.830

3143.357

14

4498.140

2694.486

15

3748.450

2245.405

16

2998.760

1796.324

17

2249.070

1347.243

18

4192.5292

898.162

19

749.690

449.081

20

0

0

最大值

7496.904

4490.810

四.船体弯、扭总强度校核

1.船体薄壁梁离散及剖面特性计算

将船体沿船长方向划分为21个节点，20个薄壁梁单元，取7种剖面类型。

2.船体应力校核

选取7个校核剖面，各计算剖面的静水弯曲应力、波浪合成应力及其与翘曲应力之合成应力计算与衡准汇总于表4中。

表中:

静水弯曲应力：

σS=MS/WV×103N/mm2

波浪垂直弯曲和静水弯曲合成应力：

σC=（MS+MW）/WV×103N/mm2

弯扭合成应力：

σ1=σC+σWN/mm2

由表5可见，本船各项应力均小于许用应力值，因此总纵强度与扭转强度满足规范要求。

表5应力校核（单位：

W—cm3，I—cm4，M—kN·m，σ—Mpa）

校核剖面

项目

No.1

（#14）

No.2

（#24）

No.3

（#65）

No.4

（#85）

No.5

（#110）

No.6

（#115）

No.7

（#121）

截面剖面模数

甲板处Wd

652521

723522

580476

580476

774842

714160

689557

船底处Wb

566969.1

572749.4

887037.6

887037.6

732016.7

842627.5

448319.2

舱顶处Wc

614742.4

679577.6

554163.0

554163.0

731801.3

678352.3

642933.3

最大静水弯矩Ms

3784.36

8274.07

24390.21

22614.05

10523.41

6734.78

2618.95

静水

弯曲

应力

甲板处σsd<137

5.800

11.436

42.018

38.958

13.581

9.430

3.798

船底处σsb<137

6.675

14.446

27.496

25.494

14.376

7.993

5.842

舱顶处σsc<137

6.156

12.175

44.013

40.808

14.380

9.928

4.073

波浪垂直弯矩Mw

6446.579

10676.87

22853.03

21062.87

9941.13

7716.781

5047.562

合成弯矩Ms+Mw

10230.93

18950.94

47243.24

43676.92

20464.54

14451.56

7666.512

合成

应力

甲板处σcd<157

15.6791

26.1926

81.3871

75.2433

26.4112

20.2357

11.1180

船底处σcb<157

18.0450

33.087

53.2596

49.2391

27.9564

17.1506

17.1006

舱顶处σcc<157

16.6426

27.8864

85.2515

78.8160

27.9646

21.3039

11.9243

装卸状态

翘曲应力

甲板处

Sw0d

78.7550

50.4550

28.3068

0.4349

29.0164

51.7423

80.8789

船底处

Sw0b

68.5647

40.1645

22.5335

0.3462

23.0984

41.1893

63.8631

总应力

甲板处

Tnd<137

84.5546

61.8908

70.3244

39.3927

42.5978

61.1727

84.6769

船底处Tnb<137

75.2394

54.6107

50.0298

25.8401

37.4743

49.1819

69.7048

航行状态

翘曲应力

甲板处

Swd

56.0293

36.2835

20.2517

0.3105

20.744

37.1931

57.60617

船底处

Swb

48.7795

28.8833

16.1213

0.2472

16.5131

29.6074

45.48665

总应力

甲板处

Tvd<157

71.7084

62.4761

101.6388

75.5538

47.1552

57.4288

68.7242

船底处Tvb<157

66.8245

61.9710

69.3809

49.4863

44.4695

46.7580

62.5872

五.变形校核

1.扭转变形

大开口范围平均扭转角与舱口对角线伸长见表6

表6大开口范围平均扭转角与舱口对角线伸长

项目

装卸状态

航行状态

大开口范围平均扭转角（deg/m）

-0.01049

-0.00715

舱口对角线伸长（mm）

-11.2568

-7.66394

六.屈曲强度校核

本船甲板和船底采用纵骨架式，甲板板、船底板的弯曲屈曲校核见表7：

表7屈曲强度计算与校核

项目

板厚t

（mm）

短边长度b

（mm）

欧拉应力σE

（N/mm2）

临界应力σcr

（N/mm2）

实际应力

（N/mm2）

安全系数

K（>1.35）

备注

甲板板

12

520

404.733

200.889

81.3871

2.468

满足

船底板

8

520

179.882

158.248

53.2596

2.971

满足

其中：

σE=76（100t/b）2N/mm2

σcr=σY（1-σY/4/σE）N/mm2

σY=235N/mm2

七.结论

由上述计算可知：

该船总纵强度与扭转强度及屈曲强度满足规范。