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散货船为什么要做剪力修正

新闻来源:中国船检    浏览量:775 郑文军 王巍 卢雷 2020-05-25
        对散货船进行剪力修正的计算方法在CSR规范中有明确要求,船体梁的剪力计算过程看起来无懈可击,可是,为什么还要对这个剪力结果做修正呢? 
        作为船体梁,船体计算处横剖面的剪力等于其一侧的船舶重力和浮力的差值,我们可以相当精确地计算相应的重力和浮力,从而得到对应横剖面所受到的剪力。这个计算过程完全符合结构力学的理论。但按规范要求,这个结果并不能直接用于剪力校核,还需要对这个剪力计算结果进行修正。剪力修正改变了船体梁的剪力分布,那么,剪力的这部分变化值又是从何而来或者如何凭空减少的呢?
        剪力的计算是将船体看作一个水面漂浮的梁,重量分布和浮力分布的差值可以形成一条曲线,以计算剖面为界,对此曲线的一侧进行积分,即可得到船体梁在某横剖面处所受的剪力。剪力在此处的横剖面内以剪力流的形式进行分布。在以往的CSR规范中,直接以矩形剖面梁的剪力流公式进行了剪力流分布的计算,在新版CSR中,引入了静剪力和不静剪力的概念,应用此方法可以得到更合理的结果。这两种计算方法虽有不同,这两个计算的思路基本上是一致的,都是按梁系的计算方法得到剪力,又按照矩形剖面梁的剪力流的计算方法来计算横剖面的剪力流。靠近中和轴位置的结构承担的剪应力较大,离中和轴越远的位置承担的剪应力越小,在甲板和船底位置,承担的剪应力最小。
        由上图可以看到,船底纵桁受到的剪力很小,这与实际情况不符。仔细分析载荷在船体结构中的传递,我们发现,船体所受的垂向力并不能完美地传递到船体梁上。散货船的底部载荷为内部货物和外部水压力的合力,底部载荷通过内、外底板传递给纵骨,由纵骨传递到强横梁,再由强横梁传递给船底纵桁和舷侧外板。当强横梁的刚度足够大时,会将绝大部分载荷传递到船体舷侧外板,并使得船体横剖面的剪力流分布符合按矩形梁计算所得到的船体结构剪力流分布。但实际上,强横梁的刚度并不大,船底承受的这些载荷,一部分传递给船体舷侧外板,还有一部分载荷由船底纵桁材直接承担。所以,横剖面内剪力流的分布已经不满足矩形剖面梁的一般规律,直接使用矩形梁求解剪力流的方法计算,不能得到底部纵桁所受到的剪力,舷侧外板的剪力流结果也不够准确。
        我们知道,横剖面的剪力是剪力流沿垂向轴的积分,那么,就可以将船底纵桁所受到的剪力从船体横剖面所受的剪力中去掉,使用剩余的剪力作为这个横剖面所受的剪力并按矩形梁剪力流的计算方法进行计算,从而得到横剖面的除底部纵桁以外的其它构件的剪力流,这就是剪力修正的基本思路。经以上分析,可以知道,按照船体梁理论计算得到的横剖面剪力就是此剖面实际受到的剪力,并没有增加也没有减少。但不能用这个剪力来计算相应横剖面的剪力流。所谓的剪力修正,就是将船底纵桁受到的剪力从横剖面所受的剪力中修正掉,然后用修正后的剪力按矩形剖面梁的计算方法计算除船底纵桁外的其它船体构件的剪力流。而船底纵桁所受到的剪力应使用有限元方法进行直接计算求得。也就是说,修正后的剪力图表示的不是整个船体梁的剪力分布,而是船体除底纵桁之外的船体结构的剪力分布。
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