3、第五章 型材剖面设计——船体强度与结构设计本科自考学习纲要之四(何志标)

《船体强度与结构设计》课程标准课程名称：船体强度与结构设计课程标准适用专业：船舶工程技术专业1.课程的性质船体强度与结构设计是船舶工程技术专业的一门专业课程，也是学生基本职业岗位专业能力的拓展课程。

其功能与教学目的是使学生对船体强度计算及船体结构设计有深的认识与理解，使学生具备参与船舶设计的专业技能，它要以高等数学、机械工程基础、船体识图与制图、船舶性能计算、船舶总体设计等课程的学习为基础。

2.课程的设计思路1、本课程是以“船舶工程技术专业工作任务与职业能力分析表”中的“船舶质量管理及生产组织、现场管理”工作项目设置的。

其总体设计思路是，根据对船舶工程技术专业所对应的岗位群进行任务和职业能力分析，以船舶设计工作过程所需要的岗位职业能力为依据，以船舶结构设计实际工作过程为导向，以船体强度计算与结构设计的专业知识学习领域工作任务为课程主线进行课程设计。

教学内容以应用为目标、以能力为中心来设计。

根据学生的认知规律与技能特点，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为以工作任务为中心组织课程内容，采用典型案例来展现教学内容，通过学习领域、知识点、技能点典型案例分析与讲解等工作项目来组织教学，让学生在完成具体项目过程中学会完成相应工作任务，并构建相关理论知识，发展职业能力。

课程内容设计则突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行，同时又充分考虑了高等职业教育对理论知识学习的需要，坚持以能力为中心、以学生为主体的原则来设计课堂教学，将能力培养贯穿于课程教学之中。

课程建设坚持以专业知识学习领域工作任务为主线，坚持实践为重、理论够用的原则；课程教学中首先坚持理论来自于实践的原则，教学实例来自工程实践，实例项目设计以实际的船体强度计算与结构设计任务为载体来进行，以增强知识点的实践性，激发学生的学习兴趣。

教学过程中充分开发学习资源，给学生提供丰富的实践机会。

教学效果评价采取过程评价与结果评价相结合的方式，通过理论与实践相结合，重点评价学生的职业能力。

第一绪论1船体强度是研究船体结构安全性的科学。

所谓结构的安全性是指结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种载荷和载荷效应。

并在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。

此外，结构在正常使用时，还必须适合营运要求，并在正常的维护保养条件下，具有足够的耐久性。

2在一般情况下，船体强度的计算应包括下述内容①确定作用在船体或各个结构上的载荷的大小及性质，即所谓外力问题②确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析，③确定合适的强度标准，并检验强度条件3通常，将船体强度分为总强度和局部强度来研究4把船体当做一根漂浮的空心薄壁梁，从整体上研究其变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为总强度5除了总强度之外，组成船体的各局部结构，构件，节点还会因局部载荷和船体梁应力而发生变形或受到破坏，从局部上研究其变形或抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。

6总体性载荷是指引整个整体的变形或破坏的载荷载荷效应。

7按载荷随时间变化的性质，可分为：不变载荷，静变载荷，动变载荷和冲击载荷.8对比较“柔软”的长江船舶，其第一协调固有振动周期常接近于经常遇到的波浪周期，这类船舶在波浪上航行时，便会发生总振动，这种形象成为波激振动。

9结构设计的基本任务是，选择合适的结构材料和结构形式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性的要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。

10船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计，详细设计和生产设计11评价结构设计的质量指标：安全性、营运适合性、船舶的整体配合性、配久性、工艺性、经济性。

11在大多数情况下，结构设计对经济性影响最重要的方面是结构的初始成本.12船舶的营运收入主要决定于船舶的生产率和周转率【载货能力即载重量与载货容积，航速，使用年限，修理时间，航期等】。

13现有的规范仍以船舶建造经验为基础，是基于须用应力的传统设计方法，这种方法简单，迅捷，实用，特别适用于常规船舶。

第五章 结构设计模块一、实例1：型材剖面设计。

（一）设计题目：试确定某船实肋板尺寸。

已知：M=770kN ·m ．N=71kN ，Y α=235N ／mm 2。

． [α]=176N/mm 2，[τ]=100N/mm 2，2f =18cm 2, 0t =4mm ，l =8m 。

（二）设计过程：（1）计算W 1及0f20215.9][85.0,5.437cm N f cm a M W ====τ（2）第一次近似决定m初步取β=0.557.05.0<=aτ因为A =76[1+0.95（1+β）2.33]=261.7所以70102102100=⋅+=ar a A m τ（3）计算W 0因为K=4，所以330202.23575.0cm t m W ==（4）第一次近似计算型剖面尺寸 因为200102mt f W W W <<<及最佳高度同时受腹板稳定性及最小厚度条件限制，计算结果为：22112122004.1313)16(25.0)13(2.1128cm f a a a a f cm mt f cmmt h opt =+-+-=====（5）第二次近似决定m因为424.0][/6.7485.0805.022221=====++=a a mm N fNff ff τττβ所以4.781021021001=⋅+=υτa A m（6）第二次近似计算型材剖面尺寸。

因为133022*******.026W W cm t m K K W K <<=-==-=υβ所以cmmt h pt 4.31==υυ22054.12cm mt f ==2211213.1113)16(25.0)13(cm f a a a a f =+-+-=式中11.111==fh W a ，435.122==f fa ，因为第二次近似计算未改变所使用的计算公式，所以不必进行第三次近似计算。

（7）确定面板尺寸。

湖北省高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：船体强度与结构设计课程代码：01229第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点本课程由船体强度与结构设计两部分组成，是高等教育自学考试船舶与海洋工程专业的一门重要专业课。

二、课程目标与基本要求课程目标：通过该课程的学习，掌握船体强度与结构设计的基本理论和实用计算方法，能进行船体总纵强度的校核和型材剖面要素的计算；熟悉船体结构规范设计的基本方法；了解船体局部强度、舯剖面结构优化设计和有限元法的基本概念。

课程基本要求：1．掌握船体强度与结构设计的基本概念。

2．掌握船体梁外力计算（包括重力、浮力、载荷、剪力和弯矩计算）的基本方法。

3．掌握船体总纵强度计算（包括总纵弯曲应力和极限弯矩计算）的基本原理和方法。

4．熟悉船体结构局部强度的基本概念以及建立计算模型和构件几何尺寸简化的基本原则。

5．掌握型材的强度要求、剖面要素计算的基本方法和剖面优化设计的基本概念。

6．熟悉船体结构规范法设计的基本步骤、建造规范的选用和结构布置的一般原则，船体构件的材料级别和钢级，规范对船体纵向强度的要求，外板和甲板板以及船体骨架设计的基本方法。

7．了解船体舯剖面结构优化设计的基本任务和方法。

8．了解有限元法的基本概念。

三、与本专业其他课程的关系本课程是船舶与海洋工程专业的一门重要专业课，该课程应在修完本学科的基础课和专业基础课后进行学习。

先修课程：高等数学，材料力学，船舶原理，船舶结构力学后续课程：船舶设计原理，毕业论文或毕业设计第二部分考核内容与考核目标绪论一、学习目的与要求绪论是本课程的综述。

通过对绪论的学习，掌握船体结构安全性和船体强度的基本概念，作用在船体结构上载荷的分类，船体强度计算与结构设计的基本任务和方法以及评价结构设计的质量指标。

二、考核知识点与考核目标（一）船体结构安全性和船体强度的基本概念（重点）识记：船体结构的安全性，船体总强度和局部强度的概念。

理解：船体总纵强度的概念。

船体强度与结构设计知识点《船体结构与强度设计》知识点1．掌握船体强度概念，并理解其含义。

2．掌握船体强度计算所包括的内容。

3．掌握船体强度的划分及其各自的含义。

4．掌握作用在船体上载荷种类的划分及各自含义。

5．掌握总纵弯曲外力的产生与船体梁的弯曲变形原因及相关概念。

6．掌握重量曲线、浮力曲线、载荷曲线、剪力曲线、弯矩曲线的含义。

7．了解重量曲线的计算与绘制步骤与方法。

8．了解静水浮力曲线的计算与绘制。

9．掌握载荷、剪力、弯矩的基本公式及计算步骤。

10．掌握影响静水弯矩的主要因素。

11．掌握影响波浪弯矩的主要因素。

12．掌握总纵强度外力计算。

13．掌握计算状态选取原则。

14．掌握船体扰度及货物分布对静水弯矩的影响。

15．掌握波浪三要素含义及标准计算方法。

16．掌握Smith修正的含义及原因。

17．掌握剖面模数的概念及含义。

18．掌握计算剖面的选取原则及相关概念。

19．掌握危险剖面及剖面中和轴概念含义。

20．掌握强力甲板含义、纵向强力构件的含义及划分。

21．了解船体结构稳定性要求原因及检验公式。

22．掌握剖面折减的概念，了解折减系数计算公式及方法。

23．掌握构件多重作用含义，四类构件的划分及应力合成。

24．了解船体扰度计算公式及方法。

25．掌握极限弯矩含义了解其计算方法。

26．掌握船体梁的特点及载荷曲线、剪力曲线、弯矩曲线的特点。

27．掌握需用应力及名义应力的含义。

28．掌握局部强度及计算模型的含义。

29．了解计算模型的原则及结构处理模型化。

30．掌握强度带板及稳定性带板含义。

31．掌握衡量型材剖面材料利用指标：剖面利用系数和比面积。

32．掌握型材剖面几何要素的计算。

33．掌握船体梁剖面几何要素计算。

34．掌握型材总稳定性影响因素及型材侧向失稳的含义。

35．掌握微分法计算相当厚度原理。

36．了解规范发设计对船体强度，刚度，稳定性要求。

37．掌握应力集中原因及减少措施。

38．掌握强力上层建筑含义。

1、什么是船舶结构强度？z*****船体强度的任务是研究的规律船体结构抵抗破坏的能力和变形的规律。

静水弯矩的算静水弯矩的计算求解思路求解思路：船体强度重点知识摘要求解思路：船体强度重点知识摘要静水弯矩剪力*****船舶在静水中静力平衡的条件：重力等于浮力，重心浮心处于同一铅垂线上。

*****重心浮心处于同铅垂线上轴沿船长方向，y y轴向上，坐标原点在尾垂线处，坐标原点在尾垂线处，x x轴沿船长方向，x),总重量，船长L L，总重量W W，船长)总重量船长单位长度船体纵向重量为单位长度船体纵向重量为w w（x),则：船舶重量与船舶重心纵坐标为：x),总浮力为总浮力为B B，则：作用在船体单位长度的浮力为b b（x),作用在船体单位长度的浮力为总浮力为),),总浮力为浮力与浮心为：根据平衡条件得：能满足上述两个等式的重力荷载分布和浮力荷载分布的形式很多，但他们的分布规律不同，这两者之间的差值即为作用在船体上的载荷强度荷载曲线：作用在船体断面上的剪力和弯矩为：剪力（载荷曲线一次积分）弯矩（载荷曲线两次积分）重量曲线：重量曲线船舶在某一状态下，船舶重量沿船长的分布曲线称为重量曲线个理论站距分布，根据20个理论站距分布，根据绘制方法：将船舶重量按绘制方法：将船舶重量按20每段站距内的重量作出阶梯形曲线，用离散曲线代替重量曲线。

*****空船重量曲线近似估算：（1）围长法：假定船体结构单位长度重量与该剖面围长成正比这种方法适用于船主体结构重量的分布如船体结构中的这种方法适用于船主体结构重量的分布，如船体结构中的纵向连续构件：甲板、外板、内底板、龙骨、纵桁以及横向的肋骨、肋板、横梁等。

肋骨肋板横梁等假设船体结构单位长度重量与该剖面围长成比例，距尾垂线假设船体结构单位长度重量与该剖面围长成比例，距尾垂线X X 剖面处单位长度的重量为面处单位长度的重量为W W （x ），则：中船构式中：式中：Wh Wh为船主体结构总重量（为船主体结构总重量（tf tf）；）；L （x ）为）为x x 剖面处围长（剖面处围长（m m ）；A 为船主体结构表面积（A A 为船主体结构表面积（为船主体结构表面积（m m 2）。

船体强度与结构设计复习绪论1.总纵强度：在船体总纵强度计算中，通常将船体理想化为⼀变断⾯的空⼼薄壁梁，简称船体梁。

船体梁在外⼒作⽤下沿其纵向铅垂⾯内所发⽣的弯曲，称为总纵弯曲。

船体梁抵抗总纵弯曲的能⼒，称为总纵强度。

2.船体总纵强度计算的传统⽅法：将船舶静置在波浪上，求船体梁横剖⾯上的剪⼒和弯曲⼒矩以及相应的应⼒，并将它与许⽤应⼒相⽐较以判断船体强度。

3.评价结构设计的质量标准：安全性，营运合适性，船舶的整体配合性，耐久性，⼯艺性，经济性。

4.按照静置法所确定的载荷来校核船体的总纵强度，是否反映船体的真实强度，为什么？答：按照静置法所确定的载荷来校核船体总强度，不反映船体的真实强度，因为海浪是随机的，载荷是动态的，⽽且当L 较⼤时载荷被夸⼤，但具有相互⽐较的意义。

第⼀章引起船体梁总纵弯曲的外⼒计算5.总纵弯曲：船体梁在外⼒作⽤下沿其纵向铅垂⾯内所发⽣的弯曲。

（中拱：船体梁中部向上拱起，⾸、尾两端向下垂。

中垂：船中部下垂，⾸、尾两端向上翘起。

）6.重量曲线：船舶在某⼀计算状态下，描述全船重量沿船长分布状况的曲线。

绘制重量曲线的⽅法：静⼒等效原则。

7.浮⼒曲线：船舶在某⼀装载情况下，描述浮⼒沿船长分布状况的曲线8.载荷曲线：在某⼀计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。

9.静⽔剪⼒：船体梁在静⽔中所受到的剪⼒沿船长分布状况的曲线。

10.弯矩曲线：船体梁在静⽔中所受到的弯矩沿船长分布状况的曲线。

（重量的分类：按变动情况来分：①不变重量，即空船重量，包括：船体结构、舾装设备、机电设备等各项固定重量。

②变动重量，即装载重量，包括货物、燃油、淡⽔、粮⾷、旅客、压载等各项可变重量。

按分布情况来分：①总体性重量，即沿船体梁全长分布的重量，通常包括：主体结构、油漆、锁具等各项重量。

②局部性重量，即沿船长某⼀区段分布的重量。

）11.局部重量的分配原则（P12）：重量的分布原则：静⼒等效原则。

①保持重量的⼤⼩不变，这就是说要使近似分布曲线所围成的⾯积等于该项实际重量。