船舶强度与结构设计课程设计计算说明书

船舶强度与结构设计课程设计 运船1204 201271076 李沛伦大连理工大学船舶强度与结构设计课程设计院 （系）： 运载工程与力学学部 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 运船1204班 学生姓名： 李沛伦 学 号： 201271076 指导教师： 马骏 2015 年 11月27目录一、 课程设计主要内容.2二、 船舶数据资料2三、 剪力和弯矩计算3四、 总纵强度计算19五、 课程设计总结27一、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、极限强度校核二、船舶数据资料 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：三、 剪力和弯矩计算（一）、主要数据 船舶计算长度（垂线间长） 船宽 海水比重 （二）、参考资料 全船重量分布汇总表 静水力曲线图 邦戎曲线图（三）、计算状态 本计算中仅选取压载出港状态进行计算。 排水量 重心纵坐标 由静水力曲线图查出下列各数值： 平均吃水 浮心纵坐标 漂心纵坐标 水线面积 纵稳心半径 （四）、波型和波浪参数选择波长： 波高：坦谷波垂向坐标值采用余弦级数展开式计算： 式中：半波高。各理论站从坦谷波面到波轴线垂向坐标值经计算列入表1.1。 表3.1 值中垂站号1098765432101011121314151617181920yB0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951中拱站号-2-1.881 -1.543 -1.033 -0.421 0.218 0.815 1.318 1.693 1.923 2012345678910 注：表中值由波轴线向下为正，向上为负。（五）、满载到港状态的剪力和弯矩计算 1.船舶纵倾调整 （1)船舶在静水中平衡位置的确定 第一次近似: 首吃水：=6.516m尾吃水：=9.322m 排水体积：V=/=11989.34m3 第二次近似：首吃水：=6.691m尾吃水：=9.541m (V-V2)/V=-0.08% <0.1%-0.5% 满足设计要求 (Xg-Xb2)/L=0.01%<0.05%-0.1% 满足设计要求 具体过程详见下表。 表3.2船舶在静水中平衡位置的计算理论站号力臂系数乘数第一次近似第二次近似首吃水尾吃水首吃水尾吃水横剖面浸水面积面积乘数（4）*（3）力矩函数(5)*(2)横剖面浸水面积面积乘数（7）*（3）力矩函数(8)*(2)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)0-100.514.677.335-73.3516.998.495-84.951-9127.827.8-250.230.5930.59-275.312-8157.457.4-459.260.260.2-481.63-7186.9486.94-608.5890.390.3-632.14-61114.1114.1-684.6118.2118.2-709.25-51130.8130.8-654134.9134.9-674.56-41147.5147.5-590151.6151.6-606.47-31151.4151.4-454.2155.4155.4-466.28-21155.3155.3-310.6159.2159.2-318.49-11153.4153.4-153.4157.3157.3-157.31001151.5151.50155.4155.401111147.05147.05147.05150.75150.75150.751221142.6142.6285.2146.1146.1292.21331130.25130.25390.75133.8133.8401.41441117.9117.9471.6121.5121.5486155197.6597.65488.2599.999.9499.5166177.477.4464.478.378.3469.8177154.354.3380.15656392188135.635.6284.836.736.7293.6199121.321.3191.7222219820100.514.57.2572.514.87.474排水体积&力矩函数和2014.7-1061.782074.035-1148.71浮心纵坐标-3.043-3.198排水体积11635.3211977.55排水体积变化-0.0295-0.000982纵坐标差-0.0004120.00093注：表中各站的横剖面浸水面积由邦戎曲线图查得。 （2）船舶在波浪上平衡位置的计算 用麦卡尔法计算船舶在波峰的平衡位置: 用麦卡尔法计算船舶在波峰时的平衡位置。去静水平衡线（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i，再取=-1m（下移），量出各站横剖面浸水面积bi，根据下表计算波轴线移动参数0和b图3.1 邦戎曲线图表3.3船舶在波峰上平衡位置的计算理论站号力臂系数k乘数静水波面浸水面积Wi面积乘数（3）*（4）移轴波面浸水面积Wbi面积乘数（3）*（6）(7)-(5)(5)*(2)(8)*(2)(8)*(2)2(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)000.52100-100011112.3312.336.8786.878-5.45212.33-5.452-5.45222140.340.330.9830.98-9.3280.6-18.64-37.2833172.772.759.459.4-13.3218.1-39.9-119.7441107.2107.290.5890.58-16.62428.8-66.48-265.92551135.35135.35117.34117.34-18.01676.75-90.05-450.25661163.5163.5144.1144.1-19.4981-116.4-698.4771176.95176.95157.5157.5-19.451238.65-136.15-953.05881190.4190.4170.9170.9-19.51523.2-156-1248991192.15192.15172.9172.9-19.251729.35-173.25-1559.2510101193.9193.9174.9174.9-191939-190-190011111185.8185.8166.55166.55-19.252043.8-211.75-2329.2512121177.7177.7158.2158.2-19.52132.4-234-280813131155.25155.25136.2136.2-19.052018.25-247.65-3219.4514141132.8132.8114.2114.2-18.61859.2-260.4-3645.615151101.45101.4585.63585.635-15.8151521.75-237.225-3558.3751616170.170.157.0757.07-13.031121.6-208.48-3335.681717144.1844.1834.534.5-9.68751.06-164.56-2797.521818125.7325.7319.1719.17-6.56463.14-118.08-2125.441919114.1814.1810.0310.03-4.15269.42-78.85-1498.1520200.59.634.8156.4323.216-1.59996.3-31.98-639.62197.785-287.53621104.7-2785.297-33194.367 根据数据按下式计算波轴线移动参数，： 联立方程得: 0=-0.0072 b=0.0078首吃水df=df0+0+b=10.37m尾吃水da=da0+0=6.672m求出平衡位置后，即可以从邦戎曲线上得到船舶处于平衡位置时的横剖面浸水面积。用表3.4算出横剖面浸水面积。表3.4横剖面浸水面积1234567891011理论站号乘数kwAgeta0geta'getaWb-Wa(Wb-Wa)/ldelta(w)wcwc*km2mmmm2mm2m2m2002.00-0.00720.0000-0.0072-1.00-1.000.011.000.001112.33-0.00720.04440.0372-5.45-5.45-0.2012.1312.132240.30-0.00720.08890.0817-9.32-9.32-0.7639.5479.083372.70-0.00720.13330.1261-13.30-13.30-1.6871.02213.0744107.20-0.00720.17780.1705-16.62-16.62-2.83104.37417.4655135.35-0.00720.22220.2150-18.01-18.01-3.87131.48657.3966163.50-0.00720.26670.2594-19.40-19.40-5.03158.47950.8077176.95-0.00720.31110.3039-19.45-19.45-5.91171.041197.2888190.40-0.00720.35560.3483-19.50-19.50-6.79183.611468.8699192.15-0.00720.40000.3928-19.25-19.25-7.56184.591661.301010193.90-0.00720.44450.4372-19.00-19.00-8.31185.591855.931111185.80-0.00720.48890.4817-19.25-19.25-9.27176.531941.811212177.70-0.00720.53330.5261-19.50-19.50-10.26167.442009.291313155.25-0.00720.57780.5705-19.05-19.05-10.87144.381876.951414132.80-0.00720.62220.6150-18.60-18.60-11.44121.361699.061515101.45-0.00720.66670.6594-15.82-15.82-10.4391.021365.32161670.10-0.00720.71110.7039-13.03-13.03-9.1760.93974.86171744.18-0.00720.75560.7483-9.68-9.68-7.2436.94627.92181825.73-0.00720.80000.7928-6.56-6.56-5.2020.53369.53191914.18-0.00720.84450.8372-4.15-4.15-3.4710.71203.4120209.63-0.00720.88890.8817-1.60-1.60-1.414.1182.202076.7719663.排水量12293.2浮心距尾垂线54.680实际排水量12289.0实际重心54.659 最后将船舶平衡位置汇总如下表3.5所示: 表3.5船舶平衡位置的计算结果理论站号力臂系数静水波峰df=6.7463da=9.5169df=5,2285da=9.0870横剖面浸水面积i力矩函数Mi=(2)*(3)m²横剖面浸水面积i力矩函数Mi=(2)*(5)m²1)2)3)4)5)6)0-1016.5-165001-930.5-274.55.5-49.52-860-48029.5-2363-790-63061-4274-6118-70898.5-5915-5134.75-673.75131-6556-4151.5-606163.5-6547-3155.5-466.5177-5318-2159.5-319190.5-3819-1157.5-157.5192.25-192.25100155.501940111151151185185122146.5293176352133134.25402.75150.75452.25144122488125.5502155100.5502.590.5452.51667947455.533317756.5395.529203188372961310419922.5202.55452010151502.5252093.5-11252075.5-1063修正值15.75-7.51.2512.5修正和2077.75-1117.52074.25-1075.5Vi=Li11999.0062511978.79375xbi=LMi/i-3.106034172-2.994341328(V0-Vi)/V0-0.08%0.09%(xg-xbi)/L0.01%-0.08% 2.重量的分布计算 (1)重量曲线如前所述，船舶在静水和波浪中的浮力已通过邦戎曲线求得。下面考虑船舶的重量分布，包括空船重量的分布和载重量的分布。空船重量的分布采用梯形法。参阅教材第6页至第7页，若船中间肥，两头尖瘦，且中部有平行中体，船体和舾装重量可近似用梯形曲线表示，如图3.2所示。图3.2 梯形法梯形法参数之间具有下列关系：式中 船体重心距中的距离（中后为正），; 船长，该船长宽比L/B6，属于瘦型船舶，取b=1.195，于是有 a=0.61+54xg/7L=1.152 c=0.61-54xg/7L=0.685满载到港空船重量W=2561.67t，则 aW/L=25.5502,bW/L=26.5039,cW/L=15.1926进而获得船舶空船重量曲线分布，如下: 图3.3 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（示意图）和满载到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L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3.4船舶布置示意图将各部分重量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。 故船体与舾装重量分布如下表3.6： 表3.6船体与舾装重量分布站号站距中重量,t01148.0132148.8323149.6504150.4685151.2876152.1057152.7878153.0609153.06010153.06011153.06012153.06013153.06014145.84015127.78916106.1291784.4691862.8091941.1482019.4882559.172货物、油舱、人员、行李采用局部重量分配的方法。分配时，保证重量和重心分配前后不变，分布区域大致相同，则对计算结果的影响比较小。对于已知肋位的货物和油舱等，根据肋位号找到相邻的站号，在进行分配。可以采用推导出来的通项公式进行重量分布。重心所在一侧的站距中的重量：重心不在的一侧站距中重量： 载重量的详细分配过程如下表： 表3.7载重量的详细分配(来自Excel)3.船舶在静水中剪力弯矩计算表3.8静水时剪力和弯矩计算理论站号横剖面浸水面积第二栏成对和站距中的浮力站距中的重力站距中的载荷第（6）栏自上而下和第（7）栏积分和修正值剪力（8）*dl/2修正值弯矩(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)017.0-00000000130.647.6140.8272.9132.0132.0132.00.5131.6381.3-18.7399.96260.290.8268.7865.8597.1729.2861.21.0728.22486.8-37.42524.16390.3150.5445.4160.4-285.1444.11305.31.4442.73769.2-56.13825.264118.2208.5617.1172.4-444.7-0.61304.71.9-2.53767.5-74.83842.225134.9253.1749.1624.9-124.2-124.81179.92.4-127.23407.1-93.53500.536151.6286.5848.0621.8-226.1-350.9829.02.9-353.82393.7-112.12505.877155.4307.0908.6622.5-286.1-637.1191.93.4-640.4554.2-130.8685.028159.2314.6931.11186.0254.9-382.2-190.33.8-386.0-549.4-149.5-399.889157.3316.5936.71186.0249.3-132.9-323.24.3-137.2-933.3-168.2-765.0510155.4312.7925.5897.8-27.7-160.6-483.84.8-165.4-1397.0-186.9-1210.0611150.8306.2906.1897.8-8.3-168.9-652.75.3-174.1-1884.5-205.6-1678.9412146.1296.9878.6863.9-14.7-183.6-836.25.7-189.3-2414.6-224.3-2190.3013133.8279.9828.4863.935.5-148.1-984.36.2-154.3-2842.3-243.0-2599.2914121.5255.3755.6856.7101.0-47.1-1031.46.7-53.8-2978.2-261.7-2716.511599.9221.4655.3690.835.5-11.5-1042.97.2-18.7-3011.5-280.4-2731.141678.3178.2527.4669.1141.7130.2-912.87.7122.5-2635.6-299.0-2336.531756.0134.3397.5710.4312.9443.1-469.68.1435.0-1356.0-317.7-1038.271836.792.7274.462.8-211.6231.6-238.08.6223.0-687.3-336.4-350.881922.058.7173.741.1-132.699.0-139.09.189.9-401.4-355.1-46.332014.836.8108.919.5-89.49.6-129.59.60.0-373.8-373.80.00 表3.9静水时剪力和弯矩计算计算结果准确度剪力1.31%弯矩9.73%剪力max728.2min-640.4弯矩max3842.2min-2731.1图3.5静水剪力图图3.6静水弯矩图4.船舶在波峰中剪力弯矩计算 表3.10 波峰时剪力和弯矩计算 理论站号横剖面浸水面积第二栏成对和站距中的浮力站距中的重力站距中的载荷第（6）栏自上而下和第（7）栏积分和修正值剪力（8）*dl/2修正值弯矩(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)01.0-00000000112.113.138.9272.9234.0234.0234.00.4233.6675.73.4672.3239.551.7152.9865.8712.9946.91180.90.8946.13409.96.73403.2371.0110.6327.2160.4-166.8780.11961.01.3778.85662.410.15652.34104.4175.4519.1172.4-346.7433.42394.41.7431.76913.813.56900.35131.5235.8698.0624.9-73.1360.22754.62.1358.17953.916.87937.16158.5289.9858.1621.8-236.3123.92878.52.5121.38311.620.28291.47171.0329.5975.2622.5-352.7-228.92649.63.0-231.87650.823.67627.38183.6354.61049.61186.0136.3-92.52557.13.4-95.97383.726.97356.89184.6368.21089.71186.096.23.72560.93.8-0.17394.530.37364.210185.6370.21095.6897.8-197.8-194.02366.84.2-198.36834.333.76800.611176.5362.11071.8897.8-173.9-368.01998.94.7-372.65771.837.05734.812167.4344.01018.0863.9-154.2-522.11476.85.1-527.24264.240.44223.813144.4311.8922.9863.9-59.0-581.2895.65.5-586.72586.143.82542.314121.4265.7786.5856.770.1-511.0384.65.9-517.01110.547.11063.41591.0212.4628.6690.862.2-448.8-64.26.4-455.2-185.450.5-235.91660.9151.9449.7669.1219.4-229.4-293.66.8-236.2-847.753.9-901.51736.997.9289.6710.4420.8191.4-102.27.2184.2-295.057.2-352.21820.557.5170.162.8-107.384.1-18.07.676.5-52.060.6-112.61910.731.292.441.1-51.332.814.88.124.842.864.0-21.1204.114.843.819.5-24.48.523.38.50.067.367.30.0 表3.11波峰时剪力和弯矩计算结果准确度剪力0.90%弯矩0.81%剪力max946.1min-586.7弯矩max8291.4min-901.5图3.7波峰剪力图图3.8波峰弯矩图四、总纵强度计算（一）、计算依据 本次计算取船中附近81号肋骨剖面进行总纵强度计算1. 计算参考图纸和计算书1) 基本结构图2) 典型横剖面图3) 弯矩和剪力计算书2. 计算载荷 计算弯矩：M=8291.4 tfm 计算剪力：N=946.1 tf3. 船体材料 计算剖面所有材料均采用高强度低合金钢材，屈服极限 =2350kgf/cm²。 4. 许用应力(1)总纵弯曲许用应力=0.5s=1175kgf/cm²(2)总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力(a)板架跨中=0.65s=1527.5kgf/cm²(b)横舱壁处=s=2350kgf/cm²(3)许用剪应力=0.35s=822.5kgf/cm²(二)、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： 图4.1第73号肋骨剖面图（参与总纵弯曲的构件）计算中取比较轴距基线3.9m处。中和轴距离比较轴中和轴距基线4.577m剖面对水平中和轴的惯性矩剖面上的应力各构件应力见表4.1。 表4.1总纵弯曲正应力第一次近似计算表构件编号构件名称构件尺寸，mm构件剖面积,cm2距参考轴距离Zi，m静力矩(4)*(5),cm2*m惯性矩（5）*（6），cm2*m2构件自身惯性矩，cm2*m2构件至中和轴距离Zi',m中拱 1/Mpa(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)宽度厚度1梁顶板2501537.58.43152646.07.72323.232梁侧板2100153157.352315.2517017.1115.766.67320.073梁底板2501537.56.3236.251488.45.62316.914梁加强筋160812.87.798.56758.97.02321.135梁加强筋160812.8789.6627.26.32319.026工字梁腹板25020502.532126.6320.61.8555.587工字梁翼板2501537.52.53294.95240.40.201.8555.588围板面板30013398.4327.62751.87.72323.239舱口围板2100183787.352778.320420.5138.926.67320.0710舷侧内板2900154354.852109.7510232.3304.864.17312.5511舷侧内板340082721.7462.4786.1262.031.0233.0812舷侧内板24009216-1.2-259.2311.0103.68-1.877-5.6413围板加强筋160812.87.798.56758.97.02321.1314围板加强筋160812.8789.6627.26.32319.0215舷侧加强筋2*20020805.5754462486.54.89814.7316舷侧加强筋2*160825.64.85124.16602.24.17312.5517舷侧加强筋2*160825.64.125105.6435.63.44810.3718上甲板1500284206.3264616669.85.62316.9119甲板纵骨30025756.15461.252836.70.565.47316.4620二层甲板150091353.44591560.62.7238.1921舷侧平台15008120000.0-0.677-2.0422内底板150012180-2.4-4321036.8-3.077-9.2523舷侧外板2900236674.853234.9515689.5467.464.17312.5524舷侧外板5800158700.5435217.52438.90-0.177-0.5325内底板825011907.5-2.4-21785227.2-3.077-9.2526外底板8250151237.5-3.9-4826.2518822.4-4.577-13.7727船底桁材15003.5*12630-3.15-1984.56251.2118.13-3.827-11.5128舭列板150015225-3.15-708.752232.642.19-3.827-11.5129舭龙骨10055-3.15-15.7549.6-3.827-11.5130外底纵骨2409*10216-3.78-816.483086.31.04-4.457-13.4131内底纵骨2209*10198-2.51-496.981247.40.80-3.187-9.597885.95336.47137438.23994.51141432.672.欧拉应力计算s（1）板的欧拉应力计算 （a）纵骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算： 表4.2纵骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算构件名称编号板长边a, mm板短板b,mm板厚t,mm欧拉应力e,Mpay,Mpa1，MPa梁侧板27507001536736720.07舱口围板975070018529>Sy20.07舷侧内板107507251534234212.55舷侧外板23750725281193>Sy12.55上甲板18750750281115>Sy16.91内底板25(左）75073011182182-9.25内底板25（中）75066511219219-9.25内底板25（右）750667.511217217-9.25外底板26（左）75073015338338-13.77外底板26（中）75066515407>Sy-13.77外底板26（右）750667.515404>Sy-13.77舭列板2875075015320320-11.51（b）横骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算：表4.3 横骨架式板格（四边自由支持）欧拉应力计算构件名称编号板短边s,mm板长板b,mm板厚t,mm欧拉应力e,Mpay,Mpa1，MPa舷侧内板117503400825.0225.023.08舷侧内板127502400934.7034.70-5.64二层甲板207501500945.0045.008.19舷侧平台217501500835.5635.56-2.04内底板2275015001280.0080.00-9.25舷侧外板2475034001587.9787.97-0.53 （2）纵桁局部稳定性计算 （a）自由翼板（面板三边自由支持一边完全自由）欧拉应力计算：表4.4自由翼板（面板三边自由支持一边完全自由）欧拉应力计算构件名称编号板长边a,mm板短板b,mm板厚t,mm欧拉应力e,Mpay,Mpa1，MPa工字梁翼板7750125151209.60>Sy5.58围板面板875030013157.73157.7323.23 （b）纵桁腹板（四边自由支持）欧拉应力计算： 表4.5纵桁腹板（四边自由支持）欧拉应力计算构件名称编号板长边a,mm板短板b,mm板厚t,mm欧拉应力e,Mpay,Mpa1，MPa梁顶板175050015720.00>Sy23.23梁底板3720.00>Sy16.91工字梁腹板6750500201280.00>Sy5.58船底桁材272700015001251.2051.20-11.51由计算结果可知，在中拱状态下，该船舶总纵弯曲压应力都比欧拉应力小，所以这些板架均不需要做折减计算，即第一次近似计算结果满足要求。（三）、船体总纵弯曲剪应力计算本次计算中所用剖面的S/I值代替最大剪应力作用区的S/I值。故可利用总纵弯曲正应力第一次近似计算表中的构件尺寸及其距中和轴的距离计算剪应力计算公式中的静矩S值。1. 静矩S值计算 表4.6 剖面静力矩计算构件名称构件编号构件剖面积,cm2距中和轴距离,m对中和轴静距,cm2.m梁顶板137.57.723289.623梁侧板2315.06.6732102.086梁底板337.55.623210.873梁加强筋412.87.02389.898梁加强筋512.86.32380.938工字梁腹板650.01.85592.764工字梁翼板737.51.85569.573围板面板839.07.723301.208舱口围板9378.06.6732522.503舷侧内板10435.04.1731815.381舷侧内板11217.91.362296.652围板加强筋1312.87.02389.898围板加强筋1412.86.32380.938舷侧加强筋1580.04.898391.863舷侧加强筋1625.64.173106.836舷侧加强筋1725.63.44888.276上甲板18420.05.6232361.782甲板纵骨1975.05.473410.497二层甲板20135.02.723367.644舷侧外板23667.04.1732783.584舷侧外板24408.51.362556.22315109.0442. 最大剪应力计算表4.7 最大剪应力计算构件编号剪力N,kN剖面惯性矩J,cm2.m2计算厚度t,mm静矩S,cm2.m剪应力tao,Mpa许用应力,Mpa119460275642.855815109.04464.82140249460275642.