船体扭转强度检验的简易方法

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1、第26卷第3期大连海事大学学报Vol.26,No.32000年S月,journalofDalianMaritimeUniversityAug，2000文.幼号;1006-7736(200003-0016-04船体扭转强度检验的简易方法‘沈华，姜朝妍(大连海事大学航海学院，辽宁大连116026)摘要:根据薄壁梁扭转理论，对船体扭转强度进行了理论分析，提出了姗体橄剖面扭转变形应力的摘便计算方法，对于甲板具有长大开口姗阳的纵向强度校核有今考价值.关扭词:船体粱;扭转强度;聋度检脸中圈分类号:U661.43文献标识码:A根据中国船级社“钢质海船人级和建造规范”，凡符合下述两个条件的任何甲板开口

2、为大开口:(1)b/BI>0.6(b为开口宽度，B;为开口宽度中点处包括开口在内的甲板最大宽度);(2)lm/l}>0.7(ZH为舱口长度;l二为舱口两端横向甲板条中心线之间的距离).凡属于上述规定的船舶，船体纵向强度校核时须包括纵向弯曲强度和扭转强度两个方面.本文研究适用航运生产实际的船体扭转强度检验的简易方法.1船体梁扭转变形的力学方程式在分析船体扭转时，须将船休看作为薄壁梁，这时船体的甲板和外板看作为中空梁的壁.根据薄壁梁扭转的理论，扭转变形包含两种成分:一种称为自由扭转，另一种称为约束扭转.自由扭转是船体梁的各个剖面分别绕其各自的转动中心平行转动，由于沿着船体长度方向各个剖面转

3、过的角度不相等，引起整个梁的扭转变形.自由扭转引起船体梁的两端向相反方向转动，剖面相对转角向船中逐渐减小.约束扭转是将船体梁的端部固定，梁的各个剖面在转动时由于受到来自端部的限制，各个剖面之间不但有相对的转动，而且发生相对位I的改变，这时船体发生歪斜形变.在约束扭转形变中，离开约束端越远，船体发生的形变越大.约束扭转也称为翘曲，薄壁梁的自由扭转会在其剖面内产生剪切应力tr，而翘曲不但产生剪切应力tom,，而且还会产生翅曲正应力or..在船体梁扭转中，扭转剪切应力一般较小.取船长的中点为二坐标轴的原点，2轴的正向指向船首，在外界扭转力矩作用下，船体梁扭转变形的力学方程可表示为[CI1GJ

4、dp一EJW容一、(1)收搞13朋.2000-01-17.作老摘介:沈华(1946-),男，浙江吴兴人，侧艘搜.主要从容扮拍附故性理论的研究万方数据第3期沈华，等:菇体扭转强度检脸的简易方法式中，G为材料的剪切弹性模量，一般可取G=8Xlo'kN/m3;E为材料的拉压弹性模f,一般可取E=2Xlo'kN/m';J为剖面自由扭转惯性矩;J。为剖面的扇形惯性矩;P为剖面相对转动的角度;d列dx为单位长度扭转角，称为扭率;M7‘为作用在薄壁船体梁上的扭转外力矩的总和(波浪扭矩，因重f产生的扭矩等).扭转力学方程式中的第一项表示自由扭转扭矩，第二项表示使船体梁发生翘曲的扭矩，这两个扭矩之和应与

5、外界的扭转力矩平衡.2剖面扭转应力计算根据实际情况对长大的货舱开口作以下简化，首先，将各个货舱口合并为一个舱口区域，其长度为1，因舱口区域两端的船体横舱壁要比货舱口间的横舱壁在结构的刚度和强度上都强很多，所以这样简化是合理的;其次，为了便于计算，假定舱口区域长度以船中对称.2.1波浪扭矩在舱口区域长度范围之内，波浪扭矩的分布可假定为余弦曲线分布，表示为M}一‘M')-cos竿(2)(MM)~为船中剖面处的最大波浪扭矩，其大小按以下公式计算C37(材，，)~=9.81e-0.00395LL·B'C,(1.75+1.5D)10-`(3)式中，。二2.7183江为船长;B为船宽;D为型深;C

6、,=13.2一43.4C.+78.90.，其中q为水线面系数;:为扭转中心在船底以下的距离.2.2剖面惯性矩计算(1)剖面自由扭转惯性矩J的近似计算公式为J二含(B·t;+2D·tS+ZC·td3)(4)式中，B为船体包括两胶侧板厚的实际宽度;D为包括甲板板厚和船底板板厚的实际型深;C为甲板边板的宽度;tb为船底板的板厚;ts为船侧板的板厚;td为甲板的板厚.(2)剖面的扇形惯性矩Jm的近似计算式J。一‘;+专B%+2(D+e)'7,(5)式中，I。一矗B't,;“一;+(合”一月zA一其中、-告D3ts.As=D·t3;;一;+(B(DD2(+-e)一其中、-6))'A12C'td,

7、Ad=C’“(3)剖面扭心离船底蓦线的距离‘，按下式计算BZDA,3D%或￡x(6)2(2I,+B2凡)B·t,+6D·is2.3货能口区城内的抽曲正应力在船体扭转强度中，重要的是翅曲正应力的计算.根据船中剖面处的扭转角为零，有x=。处f=。.舱口区两端舱壁结构钢性强，可看作为固定端,z=士l/2处dp/d.z二。.但舱口两端剖面相对于船中剖面的扭转角p不等于零.将波浪扭矩和给定的边界条件代人扭转方程式，其解具有如下的数学形式U]!万方数据大连