船舶结构力学ppt

第一章 绪论
船舶结构力学的任务： ① 阐明结构力学的基本原理和方法，包括力法、位移法
和能量原理； ② 应用上述原理解决船舶结构力学所要研究的问题； ③ 阐明有限单元法的基本原理及其在船体结构计算中的
应用。
第一章 绪论
1.2 船体结构的计算图形
理想化模型/计算图形
1.2 船体结构的计算图形 计算图形根据计算要求会有所改变，并不固定。
（2）骨架
船底交叉杆系
大舱口货船悬臂梁结构
基本理论和方法；
结合杆及杆系的强度问题讲述力法、位移法、矩阵法和 能量法；
板的强度； 杆和板的稳定性绪论
研究船舶结构力学主要是为了保证船体结构具有一定的强度， 保证船舶在正常的使用过程和一定的年限内具有不破坏或不发 生过大变形的能力。
船体强度包括：总纵强度、局部强度、稳定性、扭转、应力集 中、动力响应等。 船舶结构力学只研究静力响应，包括外力计算、结构在外力作 用下的响应、许用应力的确定等。
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架 骨架大都为细长的型钢或组合型材，称为杆件或杆。 一般分析时，杆的截面形状如下：
骨架带板
1.2 船体结构的计算图形
（2）骨架 实际中的杆件系统简化为规则的简单计算图形。
上甲板纵骨（杆件）
中间有支柱的舱口杆系
舱口杆系（交叉杆系）
横梁与肋骨组成的刚架
1.2 船体结构的计算图形
1.2 船体结构的计算图形
（1）板
1.2 船体结构的计算图形
（1）板 一般考虑受骨架支撑的矩形平板问题；此时骨架支撑很重要。
另外还有矩形平板上的开口问题；此时骨架边界不是很重要，主要考虑开 口的形状、大小。
板的边界根据研究问题的不同而不同。 当研究板受垂向力的弯曲与变形时，此时的边界条件刚性固定； 当研究板的稳定性问题时，此时的边界条件为自由支持。

⎧2M 0 + M 1 = 0.1875q0l02 ⎪ ⇒ ⎨ M 0 + 4M 1 + M 2 = 0.1875q0l02 ⎪ M 1 + 4M 2 = 0.25q0l02 ⎩
⎧ M 0 = 0.0889q0l02 = 56.9kN ⋅ m ⎪ ⇒ ⎨ M 1 = 0.0960q0l02 = 6.14kN ⋅ m ⎪ M 2 = 0.0601q0l02 = 38.46kN ⋅ m ⎩
船舶与海洋工程学院
-1-
主讲教师：张延昌 Email:zyc0713@
船舶结构力学——Ship Structural Mechanics
第四章 力 法
复习：P58-62 作业：P83 4.1 4.4
预习：P62-69
船舶与海洋工程学院
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主讲教师：张延昌 Email:zyc0713@
-9主讲教师：张延昌 Email:zyc0713@
船舶与海洋工程学院
船舶结构力学——Ship Structural Mechanics
第四章 力 法
§4-2 力法的应用
1、刚性支座上连续梁的计算（三弯矩方程）
已知 l = 8m, P = 40kN , q = 10kN / m ，断面惯性矩为 I ：画M图、N图。
船舶结构力学——Ship Structural Mechanics
第四章 力 法
（1）静定结构（放松结构） 放松结构的两种形式：
No.1：去掉中间支座，代以未知
0 1 2 3 n n+1
(a)
R ...... 约束反力： 1、R2、 Rn
0
1
2
3
n
n+1
R1
R2

.
21
图1－3. 1轴 隧
22
在轴隧末端靠近尾尖舱舱壁处，设有应 急围井并向上通至露天甲板上，作为轴隧 和机舱的应急出口，亦称应急通道或逃生 孔。平时作为轴隧的通风口，围井内不许 乱放杂物，应急出口盖不能加锁。
双桨船的轴隧，是对称于船体中纵剖面 左右各设置一个轴隧，两轴隧间设有通道。
.
23
.
24
（2）主肋板：在横骨架式，机舱和锅炉的底座下应 在每个肋位上设置主肋板。锅炉舱内的主肋板 要加厚。在纵，机舱区域至少每隔一个肋位设 置一道主肋板。但主机底座、锅炉底座、推力 轴承座下的每一个肋位均应设主肋板。
（3）内底板：要增加厚度１～２mm。若燃油舱设 置在双层底内时，厚度不小于８mm。
2、甲板和舷侧结构的加强
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.
6
3、尾柱
尾柱是设置在单桨船或有中舵 的双桨船上, 位于船体后端中线面 上的大型构件。它的作用是连接尾 端底部结构，两舷侧外板和龙骨等 构件,支持与保护舵和螺旋桨, 加强 船底尾部结构。
.
7
二、船体结构
4、尾轴架和轴包套
在双桨船上，螺旋桨在中线面的两侧船体 外板上伸出船外，因此需要装设相应的结构固
使船体阻力有所增加。多用在较肥的
船上，如图.1—27 b ）所示。
9
船舶动力装置与主要机电设备所集中布置的 舱室，称之为机舱。机舱是船舶的心脏。
中部机舱
中尾机舱
尾部机舱。
一 、机舱的特点
1、机舱是主机、辅机、锅炉等重型设备布置的地方， 所以局部负荷大。

教学中具体方法包括： 力法(Force method) 位移法(Displacement) 能量法(Energy method) 矩阵法(Matrix method) 有限元法(Finite element)
一、结构的几何不变性 ① 几何不变的意义 ② 几何不变系统 ③ 瞬时几何可变系统
二、几何不变性的判断
目的：
使学习者具有对船体结构进行 强度及变形分析的能力.
§1-2 船舶结构力学的研究方法
一般船舶结构分析方法
将船体的总强度与横向强度或局部 强度问题分开考虑;
在横向强度或局部强度问题中, 将空间结构拆成平面结构;
计算中又将船体的骨架和板分开考 虑;
计算机出现后的新方法: ➢将总强度与横向强度及局部强度
问题一起考虑; ➢完全可计算空间结构; ➢可不将骨架和板分开,而共同考
虑;
§1-3 船舶结构的计算图形 及典型结构
一般分析的原则： 将板与骨架分开进行分析
又可根据骨架受力以及结构变形特点将骨架 简化为更为简单的平面结构形式
板பைடு நூலகம்构
纵骨
船体结构中三种典型杆系 连续梁、刚架、板架
横梁
肋骨
❖板 板弯曲问题
板平面问题
垂直荷重 开口应力集中问题
板面内受到载荷 作用
组合载荷问题 稳定性问题
刚架
连续梁
船底
甲板结构
板架
平板结构 连续梁 刚架结构
板架结构
结构特点 结构受力特点 结构变形特点
❖空间和复杂结构
悬臂梁 甲板纵绗
肋骨
大舱口悬臂梁计算图形
大型油轮肋骨刚架离 散化计算图形
教学中具体内容： 杆及杆系的强度 板的强度 杆系和板的稳定性问题

O8 F3
L13
1195 16
2900 18AH36
19600 A/B S21 S20 S19 S18 Ft3 15700 A/B S17
2000 12
L12
S16
L11
S15
2000 12
HT
Side
Longitudinals Dimension 纵骨尺寸 IA250×90×12×16AH32（the rest）
SG2
TB330×12/180×18AH32 SP870
I4
I3
I2
I1
I0
G2
O4
O5
G1
B4
B3
B2
SG1
B1
B0
725
700×2
705×6
2024/6/7
1710
FB400×18 AH32 FB150×14
HRB60×30 半圆钢
C2
TB13/200×16 SP2610
R1500 120
14
C1
FB160×13
R850
B19
H2 H1
R550 G8
B18
G7
705×4
BL B17
B16
B15
B14 B13 SG4
705×4
I12
I11
I10
I9
12 SP2610 FB150×11
I8
I7
I6
I5
G6
O4
O4
O5
G5
G4
O4
O4
O5
G3
B12
B11 B10
B9
SG3
B8
B7
B6

有限元－FEM
Pre
Next
Exit
15
2、结构简化
结构的受力特点 结构简化的依据 结构的变形特征
构件之间的影响和计算要求 不同的计算要求，可以简化成不同的模型
船舶结构 主要构件
骨架——包括横梁、肋骨、纵骨、纵桁、扶强材、
支撑
垂直桁、水平桁、支柱等
有两类：板——包括船体外板、内底 Nhomakorabea、各层甲板、
纵横舱壁、平台等
3 稳定破坏
因有构件失稳出现恶性循环，使受压构件逐个失稳，导致全船 失稳的破坏
4 疲劳破坏
在交变应力经过大量循环之后，船体上裂纹变得足够大，致使 构件发生断裂
研究船体结构响应大致过程：
外力 作用 结构物 产生
变形 应力
静响应 称为 响应
动响应 5
3、船舶设计中的计算形式
（1）总纵强度（船体梁-ship hull girder）
★局部强度：研究横向构件（如横梁、肋骨、肋板等）
或局部构件（船底外板、底纵桁等）的强度问题。
Pre
Next
Exit
7
（3）稳定性(buckling)
★稳定性问题：船体在总弯曲时船体受压的构件会因为受压 过度而丧失稳定性。
Pre
Next
Exit
8
（4）扭转问题
★扭转问题：船在斜浪上航行，经常与波浪斜交，导致船体发 生扭转，因此也就存在扭转问题。
Pre
Next
Exit
18
（2）上甲板骨架
在上甲板(或下甲板)的骨架中，甲板纵桁与舱口端横梁尺寸最大， 在计算时常可略去其他骨架对它们的影响，于是在研究甲板纵桁与舱 口端横梁时就得到了一个井字形的平面杆系。此种杆系因外载荷垂直 于杆系平面而发生弯曲，称为“交叉梁系”或“板架” 。如果舱口端横梁 中点有支柱或半舱壁，则结构可以继续化简.

图3-16(b)
ql Rl 384EI 192EI
v交 2 Rl 48EI1
3 1
4
3
2
变协方
v主2 v交2
2）根据变形一致条件（节点2 处挠度相等），有变形连续方 程式为 v主2 v交2 即
ql Rl Rl 384EI 192EI 48EI1
（A）
4
3
3 1
2、 再考虑撤去无荷重杆 1-3，在节点2（梁4-5的中 点）处加一弹性支座的情 况：如图3-16（c）所示，
1
x
1
EI , l 3
1
P
1
EI , l
两端刚固无载杆：
2
A
l3 192EI
l A 192 EI 1 公式
v/R
3 1
P
1
EI , l 3
4 2 EI , l EI , l
1
1
R
4 2 EI , l 3 EI , l
1
1
l R v2 AR 192EI
3
例3:
将下图所示的杆系 简化为具有弹性支座的 单跨梁。
其计算模型如该图所示， 图中甲板间肋骨的下端 暂时假定是自由支持的。
1
3-18
1. 先用力法来解这个刚架：
2 3
3-18 1
1）静定的基本结构图形如图 3-18（b)所示；
2
3
2
l ll EI
静定基
l1 1l 1 EI
1
变协方： 21 23
3-18
2）建立支座2处的转角连续 方程式即 21 23
q
z
q
x
y
q
显然： 由力法去支座法有

3-4 弹性支座与弹性固定端的概念
本节主要通过力法解杆系结构的例子引出弹性支座与弹性固定端的 实际概念。
1、弹性支座
q
I
l/2 R l/2
R
l1/2
l1/2
3-4 弹性支座与弹性固定端的概念
根据原结构节点处位移连续条件，列出力法方程为：
ql4 Rl3 Rl13 384EI 192EI 48EI1
X n

Δnp

3-3 刚性支座上连续梁与不可动节点简单刚架 计算
1、刚性支座上连续梁与三弯矩方程
1
2
i-1
M1
1
M2
2
i
i+1
n-1
n
Mn Mn-1
n-1
n
1、刚性支座上连续梁与三弯矩方程
根据原结构在固定端处转角为0和在每一个中间支座处转角连续的条件， 可列出力法方程：
l 3EI
i1
M i1
i
i
Mi
Mi
i1
M i1
li 1
i-1
i
li
i
i+1
根据中间支座i处转角连续的条件： i＝（2M i1

li 3EI i
Mi
i (qi1) i
i 1
li1

li 3EI i
Mi

li1 6 EI i 1
（2）去掉多余约束后的体系，必须是几何不变的体系，因 此，某些约束是不能去掉的。
3-2 力法的基本原理及典型方程
M1
1
M2
M2
2
2
为使新静定结构与原结构等效， 必须满足以下变形协调条件：

k* x -sink* x
式中：
k* T* EI
q 例 如图受均布荷重q,两
端自由支持并受轴向外 T
Tx
力T作用的梁， 计算其
弯曲要素 .
l
解： 由 v0=0 M0=0
N0=-ql/2
y
v
0shkx
ql 2
1 EIk 3
shkx kx
q EIk
3
x
0
shk
x
k
x
d
令 k x w , 从而 kd dw
bx 2 2
cx d
EI
GAs
f x ax c2
f x EI
GAs
f
x
ax 3 6
bx 2 2
c
EI GAs
a
x
d1
边界条件时注意到：
① 梁的挠度为v=v1+v2;
② 由于剪切变形在中性轴处的两端面仍保持垂直,因此认为剪切 不影响断面的转角，从而梁段面的转角仍用下式表示：
v2
0
GAs
dx
l
0
EIv1'" dx GAs
➢剪切引起的挠度
l
v2
0
EIv1'" dx GAs
v2
EI GAs
v1
c1
v1
f
x ax3
6
bx 2 2
cx d
v1
f x
ax 2 2
bx c
v1 f x ax b
v2
EI GAs
f
x
ax
c2
v
v1 v2
f
x
ax 3 6

第二章 船体结构的一般知识
第二章 船体结构的一般知识
第一节 船体受力与船体强度 第二节 船体结构用钢材及连接方式 第三节 船体结构的型式
第二章 船体结构的一般知识
●学习目标
• 知识目标
• 1． 能简单叙述船体结构主要受力及船体强度概念； • 2． 能简单叙述船体结构用钢材种类及构件连接方式；
• 3． 能正确描述船体结构基本组成及结构形式。
第二章 船体结构的一般知识
• 现代船舶修造的基本方法是焊接。工业上焊接方法有上百 种之多，在修造船中采用的主要属熔化焊，即对构件连接 处用局部加热方法，使之达到或接近液态而熔合，冷却后 凝为一体。以电弧热作加热源的称为电弧焊，在修造船中 用得最多。以乙炔气和氧气燃烧作加热源的称为气焊，多 用于焊接薄板和铸钢件的修补，在修造船中也常使用。此 外，还有电渣焊、二氧化碳气体保护焊等，也在船舶修造 的某些场合使用。
示。
• 2)铸钢与锻钢：铸钢是用钢水在砂模中浇铸成型的钢件。 船体首柱、尾柱、系缆桩等常采用铸钢件。锻钢是红热钢 坯经过反复锤炼而成型的钢件。形状简单的轴、舵杆等多 采用锻钢件。
第二章 船体结构的一般知识
二、船体构件的连接方法
• 早期的钢质海船用铆接方法建造。先在主要连接 的构件上钻孔，再将烧红的铆钉插入两连接件叠 放的铆钉孔中，并将烧伸出部分用铆钉枪打成钉 头。铆钉冷却后收缩，将构件拉紧密合。这种方 法的优点是构件若产生裂纹不易穿过铆接缝。缺 点是劳动效率低，连接强度差。目前此种方法在 修造船中已基本淘汰。
• 能力目标
• 1． 能分析船体总纵弯曲产生的原因及受力较大的部位； • 2． 能根据船体结构受力情况，确定船体结构采用的形式。
• 船体结构的形式与船体受力情况有很大关系，研究船体受力的目的就是使所 设计的船体结构，在外力的作用下，能具有足够的强度和刚性，达到最小的 重量，降低建造成本和提高船舶运营的经济性。本章以船体受力及强度为出 发点，介绍船体结构基本形式。