舵系结构计算
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审 定日 期 2004.01标 检审 核校 对描 校编 制 吴 强描 打30000吨级散货船详 细 设 计舵系计算书JH403-230-01js上海佳豪船舶工程有限公司标记数量修改单号签 字 日 期总面积 m 2 0.6875 共 页 11 第 页1 会 签旧底图登记号 底图登记号1、概述本船为单甲板、双底层、艉机型、单机、单桨、单舵船。
航行在国内沿海港口。
本船装载货物以煤炭为主,兼运铁矿石谷物等散货。
2、计算依据本计算书是根据“2001钢质海船入级与建造规范”第2分册第3章第一节的有关要求进行计算的。
3、船舶的主要尺度及要素:总长L0a 178.00m垂线间长Lbp 170.80m型宽B 27.60m型深D 13.90m设计吃水d 9.60m服务航速v 13.5m4、舵的要素计算型式:半平衡半悬挂舵舵数量:1只4.1舵面积:A=A1+A2=25.26m2A1= A11+ A1ƒ==15.482m2A2= A22+ A2 ƒ==9.78m2ą1——系数0.33(正车),0.66(倒车)ą2——系数0.25(正车),0.55(倒车)A1ƒ=5.318 m2 A11=10.16 m2 A2 ƒ=1.425 m2 A2 2=8.357 m2正车:F=132×1.27×1.1×1.0×25.26×13.52=848.93KN 倒车:F=132×1.27×0.8×1.0×25.26×6.752=154.35KN 4.3舵杆扭矩T=F ·R NM式中:F —舵力 正车 F=848.93KN 倒车 F=154.35KNR —臂矩 m R=c 1(α1-β1)A A 1+ c 2(α2-β2)AA2 (m) 式中:A 1=15.482 m 2 A 2=9.78 m 2 c 1=78.32432.1614.2=+ c 2=22h A =2158.2815.2+=2.49β1=11A f A =482.15318.5=0.343 β2=22A f A =78.9425.1=0.146 正车时:R=3.78×(0.33-0.343)×235.25482.15+2.49×(0.25-0.146)×235.25753.9 =-0.03+0.1=0.07 m 又在正车时 R>A 101(A 1c 1+ A 2c 2)=26.25101⨯×(15.483×3.78+9.753×2.49)=0.328取R=0.328m 倒车时:R=3.78×(0.66-0.343)×235.25482.15+2.49×(0.55-0.146) ×235.25753.9 =0.735+0.389=1.124m∴正车时舵杆扭矩:T=F ·R=848.93×0.328=278.45KN.m 倒车时舵杆扭矩:T=F ·R=154.35×1.124=173.1 KN.m考虑船在风浪中及航行中受到的附加扭矩和舵系的摩擦扭矩。
舵系的直接计算法
唐宁生
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】本文给出了按船级社规定的模型计算舵和舵杆中的弯矩和剪力的公式.舵和舵杆被视为阶梯式变断面梁,且尾框底骨或挂舵臂处的支点被视为弹性支座.文中详细讨论了四种静不定结构的舵.
【总页数】6页(P49-53,57)
【作者】唐宁生
【作者单位】708研究所,上海,200011
【正文语种】中文
【中图分类】U664.36
【相关文献】
1.基于全船有限元建模直接计算法的3800TEU集装箱船总体强度分析 [J], 张小芳;施涛;郑莎莎
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4.舵系直接计算法设计 [J], 田野;张文斌;王平;于博;杨营;张光涛
5.基于ABAQUS的破损船舶静稳性曲线直接计算法研究 [J], 令波;张正艺;解德因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
舵系的设计计算1. 目的通过对舵系的各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的舵系能满足船舶航行实现转向及安全的需要。
2. 适用范围本设计计算中的有关设计数据和内容,只适用于本设计中的舵系。
2. 舵系计算分析本设计采用双舵销半平衡舵,从图可知舵梁有三个支座,因此它是一个一次静不定梁系,也就是说由静力平衡条件的二个方程式无法求得三个支反力。
为此我们去掉一个“多余”支座(通常取为弹性支座),而代以“多余”支反力,使梁系成为静定梁系。
这样即可求得另外二个支座的支反力(为“多余”支反力的函数)。
可以计算梁及弹性支座的变形能,b V 和s V 系统的总变形能s b V V V +=。
根据最小变形能定理可得到一个补充方程:0=∂∂aR V(1) 这样就可以由(1)求得弹性支反力a R 。
再由二个静力平衡方程式即可求得另二个支反力b R 和c R 。
接着就可按材料力学的方法作出断面剪力和弯矩图了。
因为 ⎰=lz b d z EI z M V 02)(2)(所以 ⎰∂∂⋅=∂∂l z aa bd R z M z EI z M R V 0)()()(。
又因梁是由几个不同断面的梁段组成,所以又可写成:zi ni l b d EIizi M V ∑⎰==1212)(, ∑⎰=∂∂⋅=∂∂n i l z aa bi d R zi M EIi zi M R V 10)()(弹性支座a 的支座变形能aas Z R V 221=,所以aaa s Z R R V =∂∂ (1) 式可写为:aa zi a ni l Z Rd R zi M EIi zi M +∂∂⋅∑⎰=)()(11(1a ) 式中 )(z M ,)(zi M —距原点z 处的断面变矩)(z M 和第i 段梁的距第i 段梁原点zi 断面弯矩)(zi M ;)(z I ,Ii —距原点z 处的断面惯性距)(z I 和第i 段梁段数;a Z —弹性支座a 的支座弹簧常数。
舵系设计分析作者:孙程程来源:《硅谷》2014年第02期摘要随着船型开发工作的进行,舵系设计越来越引起设计人员的重视。
但是由于我们在这方面积累的数据、经验不多,使我们在设计的过程中遇到很多问题。
因此通过查阅资料、规范,汇总出现在造船界常用的十种类型的舵系布置,并且针对十种类型的舵系布置分别建立了数学模型。
关键词舵系布置;数学模型;受力分析;弹性系数中图分类号:U664.36 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)02-0106-021 计算符号说明L:舵叶的高度(m);l10,l20,l30,l40:舵系系统中各个单元的长度(m);l50:舵踵的长度(m);J10,J20,J30,J40:舵系系统中各个单元相对于x轴的惯性距(cm4);J50:舵踵相对于Z轴的惯性距(cm4);CR:作用在舵叶上的舵力(N);CR1,CR1:作用在舵叶单元上的舵力(N);E:弹性模数(N/m2)E=2.06×1011 N/m2;G:剪力弹性模数(N/m2)G=7.85×1010 N/m2。
2 不同舵系布置的数学模型及受力分析类型一:作用在舵叶上单位长度的舵力(单位:N/m):(1)舵系结构的受力情况:1)舵杆上的最大的弯距(N/m):MB=0。
2)各支点处的支反力(N):FA1=FA2=FA3=CR/3,FA4=0。
3)对于流线型的舵叶,作用的舵叶上的弯距(N.m):MR=CRl/24。
类型二:作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20(N/m):对于弹性支点处的弹簧系数Zp按照公式(6)进行计算。
类型三:作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):作用在舵系结构上的力:1)舵杆上的最大的弯距(N/m):MB=02)各支点处的支反力(N):FA1= FA2= CR/2 FA3=0。
类型四:作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):对于弹性支点处的弹簧系数Zc按照公式(5)进行计算。
舵系计算书一、概述:JHC667A-230-01JS共 3 页本船舵系按中国船级社《内河小型船舶建造规范》(2006)对B 级航区船舶的有关要求进行选配。
本船设悬挂平板舵一门。
二、船舶主要参数:总长:Loa=13.50m甲板宽:B=2.80m设计吃水:d=0.50m 垂线间长:Lpp =11.90m型深:D =0.90m计算航速:V =12km/h三、舵要素:舵面积:A=0.244舵面积系数:u=4.1舵宽:b=0.58展舷比:λ=0.724舵前缘距舵杆中心a=0.145平衡比:e=0.250舵型:悬挂平板舵m2%mm四、舵杆:1、由《规范》7.2.2.2 规定舵杆直径应不小于35mm。
本舵实取舵杆直径D =60mm,材料为#25优质碳素钢。
五、舵叶:1、由《规范》7.2.4.1规定平板舵的舵板厚度应不小于5mm。
实取舵叶板厚度为:t =5mm2、由《规范》7.2.4.1 规定平板舵舵叶上增设加强筋实取角钢L63×63×5 双复作加强筋。
六、人力操舵装置传动零件1、舵链直径由《规范》7.2.5.2 规定舵链(索)直径应不小于7~9 mm。
本舵实际选用φ7-6×7+FC-1570钢丝绳。
2、传动拉杆由《规范》7.2.5.3规定舵的传动拉杆直径应为舵链直径的1.2倍,即d′=9~11mm本舵实际传动拉杆直径为 d =9mm 的圆钢。
七、舵柄、舵柄毂本船的舵柄、舵柄毂参照中国船级社《钢质内河船舶建造规范》(2009)第1篇第3章的要求进行计算。
由《规范》3.2.10.1规定矩形舵柄在距离舵杆中心线1.5D1处的剖面对其垂直轴的剖面模数应不小于W=0.14(1- 1.5D1/R)D13 cm3 式中:D1=4.9cm R=40cm则:W=13.44cm3实际舵柄的剖面模数不小于13.44cm32、舵柄毂由《规范》3.2.10.1规定44mm实取h=50mm舵柄毂的高度h≥0.9D1 =舵柄毂的外径D0≥1.8D1 =88mm实取D0=100mm1JHC667A-230-01JS共 3 页八、舵机扭矩计算舵叶来流速度:正航时, Vr = V=3.33m/s 倒航时, Vr'= 0.6(Vr)=2.00m/sa=0.15mA=0.24m2b=0.58mα=35°sinα=0.573舵上水压力Pn、舵上水压力中心距舵叶前缘的距离Xb、水压力对舵杆扭矩M:正航计算:Pn = [20sinα/(0.2+0.3sinα)〕AVr2 kgf=83.4kgfXp = (0.195+0.305sinα)b m=0.21mM = 9.8Pn(Xp-a) N.m =56.8N.m倒航计算:2Pn'= [20sinα/(0.2+0.3sinα)〕AVr'kgf=30.035kgfXp'= Xp =0.21mM'= 9.8Pn'(b-a-Xp') =64.9N.m由正、倒航计算,舵杆最大扭矩Mmax =64.90N.m现舵扇半径R =0.40m因此,拉舵钢丝绳上的最大拉力为:P =61.94/0.40=162.24N现取钢丝绳安全系数n=6则选钢丝绳允许负荷为Pˊ= 6×162.24 =973.447N现本舵实际选用φ7-6×7+FC-1570钢丝绳,其破断拉力为P0=25.5kN,此值大大超过实际受力,故满足要求。
挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统直接计算分析徐蓉;奚君【摘要】大型船舶半悬挂舵的舵—舵杆系统设计中,应考虑挂舵臂对其弹性支撑作用进行直接计算分析.介绍了采用挪威船级社(DNV)3D-BEAM软件对挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统的力学模型进行受力计算和分析.【期刊名称】《船舶设计通讯》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P6-9)【关键词】舵杆;挂舵臂;3D-BEAM【作者】徐蓉;奚君【作者单位】上海船舶研究设计院,上海201203;上海船舶研究设计院,上海201203【正文语种】中文【中图分类】U674.70 前言大型船舶大多采用的半悬挂舵由于受到挂舵臂的影响,受力情况比较复杂。
一般根据船级社规范中的简化公式计算,不考虑挂舵臂的弹性支撑,往往使构件尺寸尤其是舵销直径的计算结果偏大,带来不必要的重量,影响船舶的经济性。
故有必要在舵-舵杆系统设计过程中考虑挂舵臂的弹性支撑,并引入梁的弯曲理论进行直接计算,建立舵杆的力学模型,对舵-舵杆系统进行受力分析,以确定在舵-舵杆系统设计中关键的参数,即挂舵臂在舵销处实际的支撑力B1。
1 挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统力学模型分析图1是挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统的结构示意图,以1700 TEU集装箱船的半悬挂舵为例,其舵叶外形尺寸如图2所示,CR=2196.017 kN。
根据德国船级社(GL)规范规定,在初步确定构件尺寸时,可忽略不计挂舵臂的柔性,支撑力B1按下述式确定:式中:B1——支承力,N;CR——舵力,N;b——颈部轴承距舵面积重心的距离,mm;c——颈部轴承距舵销中心的距,mm假设舵销的屈服极限σeH=280 N/mm2,那么根据GL规范,按照以上支撑力B1可得舵销直径的最小值:式中:kr——材料系数;ReH——材料的屈服极限,N/mm2上述支撑力B1除用来确定舵销直径以外,还可用以校核挂舵臂的构件尺寸是否满足规范要求,得到初步的挂舵臂设计尺寸,如截面面积、板厚等。