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