船舶与海洋工程结构物强度习题集Word文件下载.doc
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在计算板的
时,为什么要区分纵式骨架和横式骨架?
22.船体板的失稳不同于“孤立板”,其主要特点表现在哪些方面?
23.怎样计算纵式构架中不同部位船体板的减缩系数?
24.在船体底部板架弯曲的静力计算中,如何确定纵桁的“承载宽度”和“带板宽度”?
25.说明船体局部弯曲正应力、和的含义,并比较它们的力学计算模型。
26.在计算船体底部外板的局部弯曲正应力时,为什么要首先进行板的刚性判别?
是否船体板
都属于刚性板(绝对刚性板)?
27.在计算船底外板的局部弯曲正应力与稳定性时,对板的边界约束条件取法有何不同?
28.四周刚固定的矩形板在均布载荷作用下,其最大弯曲正应力发生于何处?
为什么对纵式骨
架的船底外板进行总合正应力计算时,只取板格的中心点与短边中点?
29.试说明在船体的一个舱段范围之内,正应力、、和沿纵向和垂向分别如何变
化?
30.采用“薄壁梁”理论计算弯曲剪应力的基本原理是什么,包括哪些主要步骤?
31.在船体横剖面内,最大的总纵弯曲正应力与剪应力分别发生在何处?
32.为什么船体总纵强度校核内容需要包括极限弯矩?
船体舯剖面的极限弯矩主要与哪些因素
有关?
33.举例说明“负面积法”在船体总纵强度计算(的高次近似或极限弯矩计算)中的应用。
34.对于不同性质(不变、缓变和迅变)的载荷,怎样选取相应的?
目前造船界的做法
如何?
35.在船体结构的局部强度计算中,对于外部构件和内部构件,分别需要考虑哪些主要载荷?
36.在船体结构的局部强度计算中,对于露天甲板、内底板,分别需要考虑哪些主要载荷?
37.在纵骨架式的船体底部板架局部强度计算中,怎样选取主向梁和交叉构件?
如何才能相对
准确地确定该板架的边界条件。
38.描述弹性固定端的“柔性系数”和“力偶固定系数”的各自含义是什么?
一般情况下,
二者之间是否存在着固定的转换关系?
39.举例说明:
在船体结构的局部强度计算中,如何应用“相对刚度分析”来合理地简化计算
构件的边界条件?
40.船体局部强度计算中,选择不同许用应力的主要依据是什么?
41.何谓“纵式构架”与“横式构架”?
在船体结构设计中采用“纵式构架”的主要目的是什
么?
42.若船体总纵强度满足要求,能否保证其局部强度也自然满足?
为什么局部强度计算的应力
不与总纵强度计算中的应力(、、和)相迭加?
43.对于军船和海船而言,为什么其底部和上甲板骨架的设计通常采用纵式构架?
44.横舱壁在船舶设计中起什么作用?
45.在船体横舱壁上加设的支条通常取作垂向布置,其主要目的是什么?
46.在上层建筑与主船体连接处相互作用的垂向力和水平剪力,它们对上层建筑的单独作用效
果有何不同?
47.上层建筑参与船体总纵弯曲的程度主要取决于哪些因素?
48.简述关于上层建筑参与总纵弯曲计算的“组合杆”理论的基本原理。
通常在什么情况下需
要采用这一理论?
49.何谓“剪切滞后”现象,为什么上层建筑参与总纵弯曲的计算应考虑“剪切滞后”的影响?
50.何谓“强力上建”与“轻型上建”,对于这两类上层建筑的结构设计,应分别注意什么问
题?
51.应力集中现象的主要特点是什么?
结合船体结构举例说明实际中可采用哪些结构措施来降
低应力集中。
52.如果需要在船体甲板上开一个尺寸一定的矩形孔,那么可以考虑采取哪些措施来降低应力
集中?
53.说明上层建筑端部在其与主船体相连接处产生应力集中现象的原因。
海洋平台强度部分
54.海洋环境载荷主要包括哪些载荷?
它们各有何特点?
55.在海洋平台的强度计算中,选用不同波浪理论的主要依据是什么?
56.根据什么原则将海洋工程结构物划分为大尺度构件和小尺度构件,它们所受的波浪载荷成
分有何不同?
57.说明下列计及结构物运动的Morison公式中各字母的含义:
又若结构物为固定立柱,则该公式如何简化?
58.Morison公式中的拖曳系数的物理意义是什么,其数值主要与哪些因素有关?
59.如何应用“F-K法”计算作用于大尺度构件上的波浪力?
60.试依据功能关系导出流冰对直立桩柱撞击力的计算公式。
61.解释链端刚度系数的含义。
若已知锚链链态的任意两个独立参数(此外,锚链的为
已知量),能否确定出的数值?
62.结合计算框图说明,如何应用牛顿迭代法来确定系泊平台在已知外力作用下的平衡位置。
63.在自升式平台的强度校核计算中,如何对环境载荷(风、浪、流)进行搜索?
其主要目的是
什么?
64.自升式平台的结构主要由哪几部分组成,该类平台结构的薄弱环节是什么?
65.对于具有桁架式桩腿的自升式平台,在总体强度分析和桩腿局部强度分析中,桩腿的模型
化有何不同?
66.分析自升式钻井平台在正常作业和拖航等不同工况下,所受环境载荷的差异。
67.对半潜式平台进行总体强度校核时,通常需考虑哪些主要工况?
为什么要选择多种计算工
况来进行强度校核?
68.半潜式平台的结构可分为哪几部分,其中哪一部分是平台结构的薄弱环节。
69.圆柱壳构件的整体稳定性与局部稳定性问题有何不同?
70.海洋平台总体强度分析中通常采用“设计波法”或“设计谱法”,二者的主要区别是什么?
71.简要说明“设计谱法”中,如何对结构物的响应进行短期和长期统计预报。
72.在导管架平台应力分析中,通常引入”等效桩”的概念。
描述等效桩的主要参数有哪些?
所
谓”等效”是指等效桩与实际桩基在什么方面二者彼此相同。
73.在导管架平台的运输和吊装过程中,高应力构件分别是什么?
74.怎样理解节点在海洋平台强度中的重要地位?
75.什么是简单管节点?
由撑杆和弦杆连接形成的T型管节点,其应力分布有何特点?
76.“冲剪破坏”经历的3个不同阶段是什么?
撑杆和弦杆最终是如何被破坏的?
77.通常用于管节点静强度计算的两种主要方法是什么?
78.说明“S-N曲线”的含义。
为什么选用该曲线的试验资料进行疲劳分析计算时要特别慎重?
船舶与海洋工程结构物强度练习题
1.设某船船长为L,船体部分的重量为W,其重心位于船舯后xg处。
若该船体重量分布可由图1所示梯形曲线表示,其中艏、舯和艉处三剖面的重量集度分别为cW/L,bW/L和aW/L。
试证明:
a+4b+c=6
a-c=xg/L
2.试按静力等效原则,分别将图2所示的局部重量在相应的理论分段内均布。
(1)均布重量,其重量集度为,分布长度为b,重心位置以距离a表示。
(2)梯形分布重量,三剖面处的分布集度分别为a、b和c。
3.长方形浮码头,长20m,宽5m,深3m,空载时吃水为1m(淡水)。
当其中部8m范围内承受均布载荷时,吃水增加至2m。
假定浮码头船体重量沿其长度方向均布。
试绘出该载荷条件下的浮力曲线、载荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线,并求出最大剪力和最大弯矩值。
4.长方形货驳长L=10m,均匀装载正浮于静水中。
若假定货驳自重沿船长均匀分布,且在货驳中央处加一集中载荷P=100kN,如图4所示。
试绘出其载荷、剪力和弯矩曲线。
5.长方形驳船,长L=50m,宽B=10m,高H=6m,如图5所示正浮于静水中。
已知自重沿船长均布,其集度为w=200kN/m,在甲板中部向首、尾各l=10m的范围内堆放了
q=500kN/m的均布荷重。
(1)试绘出静水中的载荷、剪力和弯矩曲线,并求船舯处的弯矩值。
(2)若船体静置于一波高h=3m,波长=50m的正弦波中,试计算当波峰位于船舯时的
波浪附加弯矩和合成弯矩。
水的比重取为=10kN/m3。
6.某箱型船长100m,宽18m,在淡水中正浮时吃水为5m。
假定船体重量沿船长均匀分
布。
兹将一质量为150t的物体置于艉端处。
(1)求船体平衡时的平均吃水和纵倾角。
(2)计算船体的最大剪力和最大弯矩值。
7.如图7所示,长度为L的长方形货驳,其自身重量沿船长均匀分布。
当船舯前方的L/2范围内堆放单位长度重量为q的货物时,为保持船体在水中的正浮状态,问在船艉处所加的集中载P=?
并绘出相应的剪力和弯矩图,标明最大剪力和弯矩的数值。
8.长度为L=40m的长方形货驳,其自身重量沿船长均匀分布。
设船体中部的L/2范围内
堆放单位长度重量为qO的货物,如图8所示。
若假想将上述货物全部集中于船舯处,
则船舯静水弯矩(绝对值)会相应增大250kN-m。
(1)确定上述货载集度qO=?
(2)绘出该船原来在静水中的载荷、剪力和弯矩图,并标明最大剪力和弯矩的数值。
9.长度为L=40m的长方形驳船,其自重沿船长均布。
在尾部L/4范围内均匀堆放了重量
为Q=50KN的散货。
欲使该船仍保持水中正浮状态,并且尾部L/4范围内的船体剪
力和弯矩皆为零,如图9所示。
(1)应该在舯前方何处加一个多大重量的压载(视压载为集中重量),即求图中集中力P=?
距离a=?
(2)绘出该情况下的载荷、剪力和弯矩图,并求最大弯矩的数值和相应的剖面位置。
10.船舯横剖面如图10所示,其内底高h与型深H之比h/H=2/7,最小剖面模数为W。
又已知b点和c点的总纵弯曲正应力(第一近似)之比为1:
3。
若剖面弯矩为M,求图中
a、b、c各点的总纵弯曲正应力。
11.某船舯横剖面如图11所示,型深H=5.6m。
已知在总纵弯曲正应力的第一近似计
算中,剖面计算弯矩(波峰位于船舯)为M=50000KN-m,甲板和外底板的正应力分别为
=80N/mm2,=-60N/mm2。
求剖面的中和轴位置,全剖面的惯性矩I和最
小剖面模数Wmin 。
12.某船舯剖面设计如图12所示,其几何特性如下:
全剖面面积A=5000cm2,中和轴距基
线高度e=6m,剖面惯性矩I=30000cm2-m2,甲板剖面模数Wd=6000cm2-m。
因加工
装配时发生差错,误将上下甲板的纵桁互相调换(即上甲板装配了4根截面积各为
f2=15cm2的小纵桁,而下甲板装配了4根截面积各为f1=25cm2的大纵桁)。
若已知
型深H=11m,两层甲板的间距d=2.5m,试计算实际的甲板剖面模数W'
d。
13.某船舯半剖面如图13所示。
其中上甲板①为异种材料,与基本材料的弹性模量之比
E'
:
E=1:
3,其面积a'
=120cm2(自身惯性矩可忽略不计)。
型深H=6m。
在图示坐标
系o-yz下,除板①之外的半剖面要素如下:
面积A=1960cm2,对y轴的静矩
B=-1120cm2-m,二次矩C=15140cm2-m2。
又已知该剖面的中拱弯矩M=54000kN-m,
试计算板①的实际总弯曲正应力=?
14.参考图14,设两构件的形心分别为C1和C2,其距离为d,已知各构件的面积分别为
F1和F2,对各自形心轴(平行oy)的惯性矩分别为J1和J2。
证明该组合剖面对其
形心轴的惯性矩J为:
J=J1+J2+d2/(F1-1+F2-1)
15.计算图15所示的船舷纵骨的欧拉应力和临界应力。
已知:
板厚t=0.6cm,纵骨为#10
球缘扁钢,纵骨间距b=33cm,纵骨跨长a=150cm。
钢的弹性模量E=20000kN/cm2,
其屈服极限=35kN/cm2。
16.计算图16所示的船舷纵桁的腹板和面板的欧拉应力。
已知腹板宽b1=25cm,厚
t1=0.5cm;
面板宽b2=6cm,厚t2=0.8cm。
横骨架间距a=150cm。
17.对图17所示的甲板板架,计算:
(1)使纵骨的临界应力=时的横梁的必需惯性矩I。
(2)使横梁可作为纵骨刚性支座时的横梁的临界惯性矩Icr。
船体舱段长度L=7.5m,甲板板架宽B1=3m,横梁间距a=1.5m,纵骨间距
b=0.3m。
设横梁两端的固定系数=0及=0.35。
又给出包含附连翼板的纵骨横
截面积为A=35.15cm2,惯性矩为i=524cm4。
钢的弹性模量E=20000kN/cm2,其屈
服极限=35kN/cm2。
18.图18所示的纵式构架甲板,纵骨间距b=600mm,板厚t=6mm。
已知在总纵强度第
一近似计算中,甲板板①的=-100N/mm2,试计算:
(1)板①的折减系数。
(2)板①应减缩掉的面积。
19.某船甲板为纵式构架,其舯剖面如图19所示。
甲板板①和②的尺寸分别为6´
2100和
8´
900(即:
板厚´
板宽,单位mm)。
型深H=7m,内底高h=2m,纵骨间距b=60cm。
在总纵弯曲正应力的第一近似计算中,已知中垂状态时的内底板和外底板的正应力
分别为=25N/mm2,=75N/mm2。
求:
(1)甲板板的总纵弯曲正应力
(2)甲板板①和②的减缩系数和
(3)甲板板的被减缩掉面积,即非工作面积(按半剖面计算)
20.对某船舯舱段进行总强度校核,其剖面如图20所示,其中H=6.3m,h=0.9m。
已知
=-40N/mm2,=-60N/mm2。
假定可按两端刚固定的单跨梁进行简化计算,
计算出舱壁处的=-10N/mm2,=10N/mm2。
又给定许用应力
=120N/mm2,=144N/mm2。
试校核舱壁及跨中剖面处a、b、c三点
的总和正应力。
21.如图21所示对某船舯舱段进行总纵强度校核。
设型深H=6.3m,舱段长L=7.5m,横
骨架间距a=1.5m,船底板架宽B=9.6m,龙骨间距Bo=1.6m。
纵骨间距b=0.32m,
纵骨为#12球缘扁钢。
内、外底板厚均为t=0.8cm。
中央龙骨腹板尺寸为90cm×
0.8cm,
其上面有2根均布的纵骨。
舱内固定重物的重量为P=700kN,水的比重=10kN/m3。
(1)中拱状态。
假定构件无一失稳。
已求得内、外底板中面的总弯曲正应力分别为-4kN/cm2和-6kN/cm2,舱段内波面最大高度h=5.34m。
试计算上甲板、内底板中面和外底板中面的总合正应力。
(2)中垂状态。
假定亦无构件失稳。
舱段内波面最大高度h=0.82m,且已知中垂与中拱状态的舯剖面波浪弯矩之比为-1.1:
1,问上述构件的总合正应力如何变化?
22.根据图22所示的船体结构和已知的部分正应力数据,按四类纵向构件的应力成分特性,完成下述中拱状态的构件应力合成表。
计算点及其所在的剖面位置
σ1
σ2
σ3
σ4
σ总合
a:
舱壁处,中央龙骨下缘外板中面
-6
b:
舱段跨中处,中央龙骨下缘外板中面
-1.5
c:
舱壁处,中央龙骨的纵骨外板中面
2
d:
舱段跨中处,龙骨的纵骨外板外表面
-1
e:
上甲板
8.5
注:
1)表中应力单位为kN/cm2
2)假定底部板架弯曲正应力可按两端刚固定的单跨梁计算
23.某船舯剖面如图23所示。
设型深为H,全剖面面积为F。
则中和轴距基线高度为
0.4H,剖面对中和轴的惯性矩为0.11408FH2。
若在中拱极限弯矩校核中,仅内底
板失稳。
设内底板距基线高度为0.2H,其面积为0.05F。
已知内底板的欧拉应力
=0.2,其中为钢材的屈服极限。
试计算:
(1)内底板的减缩系数。
(2)剖面的中拱极限弯矩Mj与FH之比是多少?
24.某船舯横剖面如图24所示,型深H=5.6m,全剖面面积F=4000cm2,甲板横梁间距
a=150cm,纵骨间距b=40cm。
已知在总纵弯曲正应力的第一近似计算中,剖面
计算弯矩(波峰位于船舯)为M=50000KN-m,甲板和外底板的正应力分别为
=80N/mm2,=-60N/mm2。
(1)求剖面的中和轴位置,全剖面的惯性矩I和最小剖面模数Wmin。
(2)中垂极限弯矩校核中,仅①号甲板板失稳(该板尺寸为6mm×
2000mm)。
设船体钢材的
屈服极限σs=240N/mm2。
问:
剖面中和轴将如何移动?
极限剖面模数WS是多少?
这里只要求作一次近似计算即可。
25.某船体舯剖面等值梁草图如图25所示。
型深H=5.2m,甲板横梁间距a=150cm,纵
骨间距b=40cm,①号上甲板尺寸为6×
2000(即:
板宽,单位mm),图中焊缝
距甲板纵桁200mm。
已知第一近似中和轴位置距基线高e=2.3m,等值梁全剖面面积
F1=4000cm2,对中和轴惯性矩I1=19200cm2m2。
设在中垂极限弯矩校核中,仅①号
甲板板失稳。
船体钢材的屈服极限=240N/mm2。
试计算:
(1)①号甲板板的减缩系数1
(2)①号甲板板的被减缩掉面积(即非工作面积)1
(3)舯剖面的中垂极限剖面模数WS
(4)舯剖面的中垂极限弯矩MJ
26.图26所示一个对称的三跨铰支连续梁,仅中跨承受均布载。
已知每个边跨的长度为,
截面惯性矩为;
中跨的长度为,截面惯性矩为。
(1)若将两个边跨简化为中跨梁的弹性固定端,证明:
力偶固定系数
,其中柔性系数(为弹性模量)
(2)根据上述结果说明,在什么情况下两个边跨可以视作中跨梁的刚性固定端。
【附】
10号球缘扁钢截面特性数据:
,,,
12号球缘扁钢截面特性数据:
27.定常海流中的固定立拄如图27所示。
已知水域深度为h,水的密度为,拄长Lh,
直径D,无因次的曳力系数为CD,惯性系数为CM,海流速度在水面处的值为uo,
且沿深度线性递减至零。
(1)按Morison公式确定海流对立拄作用的合力大小及力线位置。
(2)立拄横断面内的最大剪力和弯矩是多少?
28.应用“F-K法”计算作用于图28所示水下长方形潜体的水平绕射力FH的大小和方向。
已知潜体长L,宽B,高h;
水域深度d,入射波为Airy波,其波高为H,频率,
波数k,入射方向与潜体棱长L方向的夹角为;
水平绕射系数为CH。
29.图29所示水域深度为h,位于水底的一个长方形潜体长为2a,宽为a,高为b。
入
射波为Airy波,波高为H,波长为,频率为。
当入射波沿x轴正向或y轴正向传
播时,作用于潜体的水平波浪力的幅值分别记作和,并假定在本问题中水平
绕射系数为一定值。
(1)求比值:
=?
(2)当波长为何值时,=?
(3)当波浪相对潜体怎样位置时,相应时刻作用于潜体上的水平波浪力恰好为零?
30.某锚链的断裂强度Tb=3000kN,水中单位长度的锚链重量w=1kN/m,工作水深
h=200m,若取链的安全系数K=3,求此锚链所能提供的最大回复力TH=?
相应的
悬垂段长度l=?
31.某锚链平台可以简化为如图31所示的2根左右对称的锚链系泊。
已知w=1kN/m,
h=100m,初始状态下2根锚链的悬垂段长度皆为l=300m,
(1)计算单根锚链的链端刚度kxx=?
(2)当平台在悬垂平面内水平向右移动=1m时,锚链对平台提供的回复力的数值大
约是多少?
32.矩形平台长L=80m,宽B=60m,由4根锚链系泊如图5所示,方向角=60o。
工作
水深h=200m。
设锚链在水中的单位长度重量w=1kN/m,各锚链在图32所示状态下
的预张力(上链端张力)皆为T=1000kN。
(1)计算各锚链的链态参数:
a,l,s,TH,TV以及链端刚度系数kxx。
(2)若平台运动的参考点取在其中心o处,试确定锚泊系统的刚度矩阵[KC]。
练习题附图
(1)
(2)
b
b b b
a c q a c
a
xg`
L△L △L △L △L
第1题图 第2题图
P
L/2 L/2 L B
第3题图 第4题图
q P q
2l
L L
第5题图 第7题图
q0
Q aP
L
P=q0L/2
L
第8题图第9题图
a
b HH
h
c
第10题图第11题图
f1 z ①
d
f2 H yH
H/2
e
第12题图第13题图
z
d
y
第14题图第15题图 第16题图
①
k2
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