船体强度_第四章_船体扭转强度计算.ppt

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1、第四章扭转强度计算3.1作用于船体的扭转力矩由波浪引起的扭转力矩:不论在静水里或在波浪中，船体受到扭转的情形很多,对于这些扭转作用，普通船体一般都具有充分大的扭转刚性和扭转强度.可是对于一些特殊船体，例如矿石船、集装箱船等这些具有长大甲板开口的船体，它们的扭转刚性和扭转强度就不容忽视了。扭转强度计算的必要性1、船舶大开口引起船舶抗扭刚度减小甲板开口船舶如下图所示：扭转强度计算的必要性甲板面积严重损失，开口宽度b与船舶宽度B比值可达到80%。开口和闭口的自由扭转惯性矩按下式计算开口惯性矩：闭口惯性矩：扭转强度计算的必要性开口后，扭转惯性矩显著降低。因此大开口船舶容易出现扭转刚度不足

2、发生扭转变形破坏。2、提高扭转刚度的结构措施扭转强度计算的必要性扭转强度计算的必要性3、船体扭转强度计算的方法与步骤1）确定扭矩产生的原因，计算扭矩；2）根据横剖面结构的布置，确定扭转刚度严重消弱的剖面，计算该剖面的船体抗扭惯性矩；3）计算扭转剪应力计算模型：船体梁模型，按照总强度第一次总弯曲应力的计算方法，将船体简化为梁模型，计算剖面的抗扭特性。作用在船体上的扭转外力船舶斜浪航行引起的扭转力矩计算假定：不考虑波浪的动效应，计算结果为静波浪扭矩。波长与船长之间关系为：作用在船体上的扭转外力图4-1.船舶斜浪航行受力图作用在船体上的扭转外力1、垂向力引起的扭矩前体浮心距离中纵剖面为

3、e,排水量为V；后体浮心距离中纵剖面为e。在船中的扭矩为::前体排水量。单位长度扭矩的计算：考虑单位船长，重力作用线通过中纵剖面，但是浮力的作用线离开中纵剖面为距离e,如下图作用在船体上的扭转外力图单位长度浮力作用线偏离中纵剖面作用在船体上的扭转外力单位长度的扭矩为：单位长度船舶浮力作用线到中纵剖面的距离；：单位长度的浮力：单位长度的扭矩。计算斜浪航行的波浪扭矩关键是计算每个横剖面上的波面线,即确定波面与横剖面的交线。作用在船体上的扭转外力尾端点为自由端，扭矩等于零。则距离尾端点首端点扭矩为零，即船舶的扭矩曲线和分布扭矩曲线为：作用在船体上的扭转外力图波浪扭矩曲线的和分布扭矩曲线

4、作用在船体上的扭转外力扭矩曲线的斜率等于分布扭矩曲线：作用在船体上的扭转外力大开口船舶水平力引起的扭矩由于扭转中心离开重心G较远，扭转中心在横剖面结构的下方，水平力：两舷压力差引起水平扭矩，如下图:微段上压力差的合力作用中心；：作用中心线到扭转中心的距离。水平力引起的单位长度的扭矩为：作用在船体上的扭转外力图4-4.吃水不对称引起的压力差作用在船体上的扭转外力单位长度的总扭矩为垂向力单位长度扭矩和水平力单位长度扭矩叠加，即单位长度扭矩=1、波的方向和船舶前进方向角度一定时，扭矩随船的前进速度稍有增加。2、波高一定时，有效波长和船长相等时，船的方向和波的方向间夹角A在0-60度范围

5、内，扭矩大致与A成比例增加。3、扭矩一般比弯矩小，通常不超过同一状态下弯矩的10%，但在横摇时扭矩将增加。4、斜浪中船舶动扭矩大约为同一状态下的静扭矩的1/3.作用在船体上的扭转外力船舶倾斜产生的扭矩(货物引起的扭矩)船舶倾斜由于装载不对称引起，船舶在航行过程中，由于风浪作用船舶发生剧烈运动，货物移动，导致装载不对称引起船舶出现倾角，船舶在有横倾角的状态保持平衡状态：即全船重量=排水量，横倾力矩=复原力矩。产生扭矩的原因：虽然总体上船舶满足平衡状态，但是单位长度上倾斜力矩与复原力矩不相等，其存在差额，该差额引起扭矩。船舶倾斜引起的扭矩图.船舶倾斜后重力作用线到浮力作用线的距离e船

6、舶倾斜引起的扭矩:船舶倾斜后的复原力矩,:船舶单位长度的排水量;:单位长度上浮力作用线到重力作用线的距离。倾斜扭矩通常比波浪引起的扭矩要小得多，一般不予计算，只对内河船、驳船和浮吊等有时才考虑。船舶摇摆引起的扭矩船舶摇摆引起的扭矩船舶在波浪上横摇时，横摇加速度引起惯性力，产生扭矩。船舶摇摆引起的扭矩图横摇运动产生的惯性力：离心力和切向力船舶摇摆引起的扭矩扭转轴：通过全船重心的纵轴。1、离心力对于扭转轴的回转力矩=02、切向惯性力对于扭转轴的倾斜力矩：横摇加速度引起的单位长度的倾斜力矩船舶摇摆引起的扭矩单位长度整个剖面质量对于扭转轴的质量惯性矩。3、船舶倾斜角时，浮力作用产生的复原

7、力矩船舶倾斜角时，浮力作用产生复原力矩c和倾斜力矩k在单位长度上是不相等的，其差值（k-c）引起单位长度的扭矩。距离尾端x处剖面上的扭矩为：船舶摇摆引起的扭矩4、扭矩曲线的特点尾端扭矩=0首端扭矩为：船舶静水中横摇的运动方程为:船舶摇摆引起的扭矩GM为初稳性高，M为横稳心；G重心；I全船的极惯性矩。倾斜力矩复原力矩船舶摇摆引起的扭矩全船转动平衡条件，得：即横摇扭矩曲线端部为零。船舶摇摆引起的扭矩5、横摇扭矩曲线的计算和绘制（1）计算单位长度剖面的惯性矩（3）给定横摇角，计算浮力引