1、型材剖面设计,型材剖面的利用和比面积、型材的强度要求及剖面要素计算,一、船舶拱垂,1. 中拱（Hogging）,2. 中垂（Sagging）,3. 影响船舶拱垂变形的因素,船体有效构件尺寸、材料及分布 载荷配置 波浪影响,静水中弯曲变形,AT HARBOUR,波浪中弯曲变形,AT SEA,Double hull,1、按照所起的作用可以分为: 1)仅承受接伸或压缩荷重的作用的干件 2)主要承受弯曲作用的梁 、船体结构中常用的骨架梁有：型钢、组合梁 型材最合理地使用材料而得到最高的强度，且能使结构具有良好的对称性，在船体结构中使用范围很广。,船体结构中的型材,一、衡量型材剖面材料利用的指标1、型材
2、剖面设计应符合的要求：）具有足够的强度、刚度和稳定性；）应尽可能符合生产与工艺方面的要求，如制造简单、施工质量高；）满足特殊结构与营运使用的要求，例如：为保证货舱容积而对型材剖面高度的限制、因腐蚀磨损而对最小板厚的要求；）剖面内材料分布合理，使得结构重量最轻，这是船体结构工程师的重要目标之一。,2、衡量型材剖面积内材料分布合理程度的指标有：剖面利用系数、比面积梁材受横荷作用时其抵抗弯矩的能力由剖面的最小剖面模数保证，最小剖面模数, 剖面上最远纤维至中和轴的距离,式中，,型材剖面积对其中和轴的惯性矩,Z 微面积dF至中和轴的距离,因而，在给定剖面积F时，若,则上左式具有最大值，即,理想剖面模数,
3、取两个离中和轴的距离为 、,面积各为0.5F的翼板组成的剖面，即理想剖面,“理想”剖面模数为,则,剖面利用系数,实际所用的各种型材其最小剖面模数仅为,的一部分，即,式中称为剖面的利用系数，表明材料在剖面中分布的合理程度,已知某实心矩形如图例4.1.1所示，长为l，宽为h，求该矩形的剖面利用系数。,解 如图所示，理想剖面得到的“理想”剖面模数为：,其实际的剖面模数为,所以，矩形的剖面利用系数,在剖面积F和高度h相同的情况下,剖面利用系数的大小表明了材料在剖面中分布的合理程度.,比面积:,1.剖面模数比面积,2.剖面惯性矩比面积,意义:产生单位剖面模数所需的剖面积.,二、型材的强度要求及剖面要素计
4、算为保证型材有足够 强度，必须使翼板的最大正应力和腹板上的最大剪应力小于许用应力，即,及,则首先要建立型材剖面要素与剖面几何尺寸之间的关系式。,1.以焊接于船体钢板上的T型材为例, （1）移轴定律,1）参考轴的选取：以小翼板厚度中点的轴线为参考轴，则剖面中和轴至参考轴的距离为：,2)剖面对中和轴的惯性矩为：,（2）, 对参考轴的惯性矩,（3）,式中,翼板对自己中和轴的惯性矩不计（太小） 将（1）代入（2）得,3)剖面模数,小翼板的剖面模数为,则,大翼板的剖面模数为,利用表格计算型材剖面模数,剖面中和轴至参考轴的距离：,对中和轴的惯性矩：,剖面模数：,如图例4.2.1所示任意两构件的形心分别为a
5、1和a2，其距离为D，已知各构件的面积分别为A1和A2，对各自形心轴的惯性矩分别为I1和I2，求该组合剖面对其形心轴的惯性矩I。 解 以A2的水平中和轴为参考轴，则,中和轴距参考轴的距离为,所以，,4）型材剖面中材料合理分布程度的讨论对小翼板而言，其剖面横数为最小，令：,令中和轴的大小翼板距离的比值为，即,则，,所以，,、改变剖面模数的方法,、,，理想状况下，,，大翼板增至无穷,，则大小翼板是对称布置，,2.增加腹板高度h，或者h不变，增加小翼板的面积。（最有效的办法）,K=3时，,K=6时，,即,h不变，,但增加极为缓慢，不利于节约材料；,2、腹板的相当面积腹板上的最大剪应力公式可写成,式中,F称型材腹板的相当面积，它相当于使最大剪应力沿腹板高度均匀分布的剖面积。 3、梁材抗弯强度与抗剪强度间的关系,已知型材剖面的尺寸如图所示。试计算在下述情况下小翼板的剖面模数的变化情况： 1)当小翼板的剖面积f1增加1cm2时； 2)当大翼板的剖面积f2增加1cm2时。,解：选取小翼板的中和轴为参考轴，则有 1）大翼板剖面积增加1cm2时，则有,2）小翼板剖面积增加1cm2时，则有,
