船舶结构与强度设计 第1章.ppt

船舶结构强度与规范设计 第2节 结构设计与强度关系 第3节 船舶结构强度特点 第二章 船体总强度 第 1 节材料力学梁理论复习 * 教师：邢金有 电话邮件: xingjy@dlut.edu.cn 在正常使用过程中和在一定寿命期内，结构抵抗破坏或不发生过大变形的能力。 1 结构强度 结构——梁、柱、刚架、板架、桁架等 结构强度满足要求是指：结构在正常使用过程中和在一定寿命期内具有不破坏或不发生过大变形的能力。 结构强度不满足要求—— 第一章 船舶结构强度第1节 结构强度概念 ① 为什么要规定正常使用过程 桥 梁正常使 用：桥面车辆载重量、桥墩轻微碰撞 桥梁不正常使用：车辆过载、桥墩被严重碰撞 ② 为什么要规定一定寿命期内 结构要锈蚀、磨损、疲劳，承载能力逐渐降低，不可能无限期使用。 ③ 为什么要规定不发生过大变形 什么情况会发生变形？结构变形有什么危害？ ——吊车轨梁变形吊车不能正常工作。 ——轿车厢变形不美观。 2 如何计算结构强度 （1）构件破坏形式 构件破坏形式： ① 构件断裂 材料达到强度极限——300-400MPa拉杆断裂 材料达到屈服极限——200-260MPa 拉杆明显变形 ② 构件失稳 什么情况下发生失稳？ 受压细长构件失稳后失去承载能力。 受压薄板也可能失稳。 为什么不允许结构发生失稳？ (2)如何判断构件是否破坏 ①应考虑两方面——能力和要求（载荷） 拉杆例子：直径20mm圆杆，吊重物5吨。 材料能力——允许最大应力235MPa， 圆杆能力——允许最大拉力 235×106N/M2×0.3.142×10-4=74000N=7.5t 要求（载荷）——拉力5t 拉杆安全！ 简支梁长L=4m，剖面模数W=692cm3, 跨中集中载重P=5吨。 能力——根据允许最大应力235MPa计算允许最大集中载重P： 能力——最大集中载重P=16.5吨 要求（载荷）——载重P=5吨 简支梁安全！ 实际判断结构是否破坏，看在外载荷作用下构件应力是否达到材料的屈服应力或者失稳的临界应力：σy或σe，并考虑留有裕量——安全系数,即许用应力。 ②计算结构中各构件应力——结构分析 例如： a.直径20mm圆杆，吊重物5吨。 选择适当计算模型 计算应力 b.简易梁式起重机，主梁32a工字钢组成，跨距4m，起重设备0.5吨，最大起重量5吨。 跨中弯矩最大，计算跨中最大弯曲应力： c. 直径50mm、壁厚5mm钢管支柱，两端简支，长L=5m。I=196cm4，支柱压力5吨。 柱临界载荷： 柱临界压应力： 实际压应力： 支柱失稳破坏！ ③ 许用应力 许用应力：在预计的载荷作用下构件允许承受的最大应力。 许用应力=材料破坏极限应力/安全系数 安全系数大于1 为什么要留安全系数？ 载荷不准确 计算不准确 结构能力不准确 计算不准确、结构尺寸不准确、材料和结构有缺陷、结构老化等 结构能力留有裕量 拉杆例子 圆杆能力= σy×圆杆面积 影响圆杆能力的因素： 你能保证：σy≥235 MPa， 圆杆直径≥20mm 焊接质量（如果圆杆长需要焊接） 影响圆杆载荷的因素： 你能保证：重物不超过5吨？ 这些不定因素用安全系数来解决。 构件材料破坏极限应力通常取屈服应力。对于受压缩作用细长杆或薄板，极限应力通常取失稳的临界应力。 安全系数具体数值通常依据有关规范确定。一般情况，不定因素大则安全系数大。 ④?? 强度计算过程总结 确定载荷 建立计算模型 计算应力 选取许用应力 计算模型包括载荷和结构两方面 载荷：大小，静力还是动力，集中还是分布？ 结构：单跨杆或梁，刚架或板架，平面或空间？ 如何选取许用应力？ 1 结构设计 ① 选择材料：钢、木 ② 选择轧制型材（工字钢、槽钢、圆管）或组合型材剖面形状（工字形） ③剖面尺寸（轧制型材尺寸，工字钢面板宽度和厚度，腹板高度和厚度） 如何确定这些参数？ 综合各种因素： 　使用性、安全和经济性 安全考虑使用期间不能坏 设计实质是在保证安全和使用要求的前提下，合理确定： 材料、结构形式、构件尺寸和构件连接等。 合理？ 省材料、便于建造和维护等 2　强度分析在结构设计中的作用 　保证所设计的结构在使用期间不能坏，就必须进行强度分析。 　先拟定结构尺寸，然后进行校核强度分析，以检验所设计的结构是否安全，材料使用是否合理。如果分析发现结构不安全或材料浪费，则修改设计，重新进行结构强度分析，直到