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局部压力计算

时间:2022-11-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:随纵横比而变化的板内应力与随设计面积而变化的设计压力是相互限制的,在纵横比为2的时候板受到的内应力最大。因此在《高速艇与游艇设计手册》中建议,板的设计面积值为纵桁间距S平方的2倍,即2S2。此外,高速艇船底受力最大部位应在舯前部位,因此一般舯前底板结构布置应密集,层板厚度应该稍大。在计算压力时,一般选取划分区域中板格面积的最小值来作为此区域中板格受力的计算面积。

1)艇底波浪冲击压力

艇底波浪冲击压力psl按《游艇入级与建造规范》(2012)中2.1.2.2(1)部分公式计算:

式中,Kτl为纵向压力分布系数。艇舯前取1,艉端取0.5,艉端与艇舯用线性插值法求得;A为冲击压力计算面积(m2),对板格:A取值通常不大于2.5S2(S为骨材间距),对加强筋或桁材:A=承载宽度×跨距;但对于板格和骨材,A无论如何都不应取小于0.002Δ/d;d为吃水(m);Δ为满载排水量(t)。

(1)艇舯前。

①对于艇底板:

Kτl=1.0,S=0.8m,A取2S2=1.28m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×1×(20.75/1.28)0.3×10.791×0.88=25.41k N/m2

②对于龙骨:

Kτl=1.0,S=1.3m,l=1.25m,A=1.625m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×1×(20.75/1.625)0.3×10.791×0.88=23.65k N/m2

③对于艇底肋板:

Kτl=1.0,l=1.3m,S=1.25m,A=1.625m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×1×(20.75/1.625)0.3×10.791×0.88=23.65k N/m2

式中,S为纵桁间距,又称骨材间距;l为骨材跨距。

(2)#11—#15区域(见图3-4)。

①对于艇底板:

Kτl=0.93,S=0.9m,A取2S2=1.62m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.93×(20.75/1.62)0.3×10.791×0.88=22.01k N/m2

②对于龙骨:

Kτl=0.93,S=1.3m,l=1.25m,A=1.625m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.93×(20.75/1.625)0.3×10.791×0.88=21.99k N/m2

③对于艇底肋板:

Kτl=1.0,S=1.25m,l=1.3m,A=1.625m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.93×(20.75/1.625)0.3×10.791×0.88=21.99k N/m2

(3)#7—#11区域(机舱前端区域)。

①对于艇底板:

Kτl=0.795,S=0.6m,A取2S2=0.72m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.795×(20.75/0.72)0.3×10.791×0.88=24.00k N/m2

②对于龙骨:

Kτl=0.795,S=0.6m,l=1.24m,A=0.744m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.795×(20.75/0.744)0.3×10.791×0.88=22.24k N/m2

③对于艇底肋板:

Kτl=1.0,l=0.6m,S=1.24m,A=0.744m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.795×(20.75/0.744)0.3×10.791×0.88=22.24k N/m2

(4)艉部区域(采用IPS推进,机舱在艉部)。

①对于艇底板:

Kτl=0.62,S=0.6m,A取2S2=0.72m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.62×(20.75/0.72)0.3×10.791×0.88=18.72k N/m2

②对于龙骨:

Kτl=0.62,S=0.6m,l=0.4m,A=0.24m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.62×(20.75/0.24)0.3×10.791×0.88=26.03k N/m2

③对于艇底肋板:

Kτl=0.62,l=0.6m,S=0.4m,A=0.24m2,0.002Δ/d≤A≤2.5S2

psl=1.16×0.62×(20.75/0.24)0.3×10.791×0.88=26.03k N/m2

综上所述,(1)、(2)、(3)、(4)部分区域的最大局部计算压力值分别为:

25.41k N/m2,22.01k N/m2,24.00k N/m2,26.03k N/m2

当纵桁间距S确定后,板格纵横比即单块板面积越大,单块板平均压强就越小。随纵横比而变化的板内应力与随设计面积而变化的设计压力是相互限制的,在纵横比为2的时候板受到的内应力最大。因此在《高速艇与游艇设计手册》中建议,板的设计面积值为纵桁间距S平方的2倍,即2S2。小于这个值可能将会产生太高的设计压力从而导致板重增加;大于这个值可能产生太低的设计压力导致板太薄,也就有可能因为峰压过大而发生局部屈服变形。板格的设计布置没有统一的规定,在实际设计中,如果板格设计得大,那么壳板就要厚;板格布置得密,壳板就要薄一些。当然在满足规范要求的基础上(还要考虑实际原材料及适当的施工工艺),壳体总的重量较轻是最好的。此外,高速艇船底受力最大部位应在舯前部位(滑行状态下的波浪拍击区域,参考《高速艇与游艇设计手册》),因此一般舯前底板结构布置应密集,层板厚度应该稍大(无论如何布置板格,只要满足规范要求均可)。在计算压力时,一般选取划分区域中板格面积的最小值来作为此区域中板格受力的计算面积。

2)舷侧波浪冲击压力(见表3-2)

舷侧波浪冲击压力ps按《游艇入级与建造规范》(2012)中2.1.2.2(3)部分公式计算:

式中,h为从舷侧板最低点到舷侧处干舷甲板上缘(甲板艇)或舷侧顶板上缘(敞开艇)的垂直距离(m);ps为该处艇底的冲击压力(k N/m2)。

表3-2 舷侧波浪冲击压力

注:《游艇入级与建造规范》3.4.5下属1部分中对于艇底板、龙骨和艇底肋板的三个psl值应分别都大于此处计算出的psl值,经比较可见,满足规范要求。

3)甲板压力(见表3-3)

甲板压力pd按《游艇入级与建造规范》(2012)中2.1.2.2(4)部分公式计算:

露天甲板: pd=0.25Lwl+2.0k N/m2(3-4)

非露天甲板: pd=0.1Lwl+2.0k N/m2(3-5)

乘员甲板: pd=3.6k N/m2(3-6)

式中,Lwl为水线长,同时,按规范要求,露天甲板的计算压力可取自身值的0.95倍。

表3-3 甲板压力计算

依据规范要求,表3-3中的三个计算值不应小于3.6k N/m2

4)舱壁压力(见表3-4)

舱壁压力ph按《游艇入级与建造规范》(2012)中2.1.2.2(5)部分公式计算:

水密舱壁及其扶强材, ph=8h1k N/m2(3-7)

防撞舱壁、液体舱壁及其扶强, pb=12hdk N/m2(3-8)

式中,h1为板的下缘或扶强材跨距的中点至上甲板的垂直距离(m);hd为板的下缘或扶强材跨距的中点至液舱顶的垂直距离(m)。

表3-4 舱壁板压力

5)上层建筑和甲板室的压力(见表3-5)

上层建筑及甲板室压力p按《游艇入级与建造规范》(2012)中2.1.2.2(6)部分公式计算:

前端壁及扶墙材, p1=0.25Lwl+2.0k N/m2(3-9)

侧壁、艉端壁及扶墙材,

p2=0.1Lwl+2.0k N/m2(3-10)

顶板及扶墙材, p3=3k N/m2(3-11)

式中,Lwl为水线长(m)。

对Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类游艇,其上层建筑和甲板室的前端壁及扶强材计算压力可分別取上述值的0.95倍、0.9倍、0.85倍和0.8倍。按上述算得的各最终值均应不低于3k N/m2

表3-5 上层建筑及甲板室

注:K为部位系数,按照载荷计算点位置取值。

经数据比较可见,上述计算值满足规范要求。

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