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1、船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計第4章型材剖面設(shè)計ShipStrengthandStructuralDesign1第4章型材剖面設(shè)計ShipStrengthandStructuralDesign目的設(shè)計構(gòu)成船體骨架系統(tǒng)的型材的剖面。要求掌握船體結(jié)構(gòu)中的型材及其作用，衡量型材剖面材料利用的指標(biāo)，型材剖面的強度要求及剖面要素計算，型材的穩(wěn)定性計算，型材剖面設(shè)計的基本概念。能夠完成船體骨架型材的設(shè)計。2ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積4.2型材的強度要求及剖面要素計算4.3型材的穩(wěn)定性計算4.4型材剖面設(shè)計第4章型材剖面設(shè)計34.1型材剖面的
2、利用系數(shù)和比面積ShipStrengthandStructuralDesign第4章型材剖面設(shè)計44.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積知識點船體結(jié)構(gòu)中的型材，型材剖面的利用系數(shù)，比面積的定義、計算和意義。ShipStrengthandStructuralDesign5船體結(jié)構(gòu)中的型材在船體結(jié)構(gòu)中，加強船體鋼板的型材通常約占船體結(jié)構(gòu)鋼料的30%左右，因此型材尺寸的合理選擇，不僅對保證船體結(jié)構(gòu)強度，而且對節(jié)約鋼材都具有重要的意義。在船體結(jié)構(gòu)中的型材大多是作為梁來使用的，根據(jù)材料力學(xué)的知識，梁在變形時主要是承受彎矩和剪力，所以本章主要討論型材承受彎矩和剪力時的強度特性；雖然在船體結(jié)構(gòu)中也有不少
3、型材可能承受拉伸或壓縮的作用，但這類型材的剖面設(shè)計比較簡單，而且已在材料力學(xué)中充分的討論過了。ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積船體結(jié)構(gòu)中的型材6船體結(jié)構(gòu)中的型材大多由軋制型鋼、T型材或折邊鋼板等制成，并與焊接的船體板形成組合梁，共同抵抗變形。軋制型鋼（扁鋼、角鋼、球扁鋼、I型鋼、槽型鋼等）國家已批量生產(chǎn)，設(shè)計時只需按要求選擇型號。T型材因為最合理的使用材料而得到最高的強度，并且能夠使結(jié)構(gòu)具有對稱性，因此在船體結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積船
4、體結(jié)構(gòu)中的型材7衡量型材剖面材料利用的指標(biāo)型材剖面設(shè)計應(yīng)符合下列要求：（1）具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性；（2）盡可能符合生產(chǎn)與工藝方面的要求，例如制造簡單、施工質(zhì)量高；（3）滿足特殊結(jié)構(gòu)和營運使用的要求，例如為保證貨艙容積而對型材剖面高度的限制；（4）剖面內(nèi)材料分布合理，使型材重量最輕。衡量型材剖面內(nèi)材料分布合理程度的指標(biāo)有：剖面利用系數(shù)和比面積。ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積衡量型材剖面材料利用的指標(biāo)8型材剖面抵抗彎曲的強度特性要求型材剖面在給定的彎矩作用下具有足夠的強度特性，即要求它的最大彎曲應(yīng)力不超過許用應(yīng)力，即
5、式中：已知的彎矩；：許用應(yīng)力。型材剖面的最小剖面模數(shù)是ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲的強度特性9式中是型材剖面對其中和軸的慣性矩，，是剖面面積；是型材剖面上最遠纖維到中和軸的距離。因為具有同樣剖面模數(shù)的型材剖面有無窮多個，所以應(yīng)該在這些無窮多個型材剖面之中選擇具有最佳強度特性的所謂最優(yōu)剖面。為此，將最小剖面模數(shù)改寫成ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲的強度特性10ShipStrengthandStructuralDesign4.1
6、型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲的強度特性由此可見，當(dāng)剖面面積給定時，最小剖面模數(shù)的最大值出現(xiàn)在時，此時。由此，得到理想剖面的概念，它是由兩個面積各為的翼板組成，沒有腹板，如圖所示。11ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲的強度特性式中是剖面的高度。是理論上最小剖面模數(shù)的最大值，實際剖面模數(shù)和理想剖面模數(shù)的比值稱為剖面的利用系數(shù)，值越大，剖面材料的利用率就越高。把理想剖面的剖面模數(shù)記作，則12ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲
7、的強度特性下面列出了一些型材剖面的利用系數(shù)：（a）實心圓剖面；（b）實心矩形剖面；（c）小厚度空心圓管；如果剖面面積和剖面高度固定，不同剖面形狀的剖面模數(shù)和利用系數(shù)各不相同，如果已知，對于任何實際的剖面其剖面模數(shù)可以按下式計算13ShipStrengthandStructuralDesign4.1型材剖面的利用系數(shù)和比面積型材剖面抵抗彎曲的強度特性如果知道了型材剖面的利用系數(shù)，就可以按要求的剖面模數(shù)和型材高度，確定所需要的型材剖面積（d）等厚度的薄壁空心方
