船舶结构强度分析

第一篇：船舶结构强度分析

船舶结构强度分析

近几年来，国内船舶修理公司如雨后春笋般出现，修理任务急剧扩张，修理的船型也是多种多样，涵盖整个船舶市场。而对船体结构的修理也是首当其冲，由于船厂的技术水平和工人技能等多方面原因，对于结构修理过程中拆换结构也会出现不同的修理方案，导致船舶结构在修理后出现异常情况。因此对于船舶结构强度分析的提出是相当重要的。其主导思想是在船舶修理的船体拆换强度分析的应用中，运用的基本计算原理和方法，是以船舶原理和船舶结构力学为理论基础。在以往的工程实际中，修船工程技术人员往往忽略或者不重视将这些理论的知识与船舶修理工程充分地结合起来。为了很好地说明这些基础理论在修船工程实际中的应用，本文将以船舶原理和船舶结构力学的基本理论，来阐述在船舶修理工程中的基本强度理论和基本计算原理及方法。

一、船舶结构力学

在船舶工程传统意义上，船舶结构力学研究和解决船体结构在静力响应，即在给定的外力作用下如何确定船体结构（局部和整体）中的应力、变形情况。在船舶修理工程中，因船舶在设计建造时已经对船舶的强度进行了计算和设计，所以要解决的问题就是强度计算，概括来讲，就是在船体结构尺寸已知的条件下，在给定的外载荷或工况下，计算出结构的应力和变形，并与许用值比较，从而判断船体结构的强度是否足够。船体结构强度的计算是依据船舶原理的基本设计理念，运用理论力学和材料力学的力学基本理论来对船舶的结构强度进行计算和校核的。

二、力学模型和船体模型

在船舶修理工程中的结构强度计算中，为了便于计算，须对实际的结构进行简化，在简化模型的基础上，施加外载荷，再运用船舶结构力学的基本理论和方法来计算船体结构的应力和变形情况。为了满足计算的需要，可以将在船舶修理工程实际情况下的船体结构的简化模型分成两个类型，一是基于传统船舶结构力学基础上的“力学模型”，二是在便于现代计算机计算和有限元理论分析的“船体模块”，这两个类型有渐进的关系。

“力学模型”的建立是根据实际结构的受力特征、结构之间的相互影响以及对计算精度的要求等各个方面的因素来确定的。

在船舶修理工程中，船体“力学模型”的简化一般有以下几种形式：

一是船体中的受压或者拉压的板，可以把四周由纵横骨架支持的这种受压或者拉压的板看作具有矩形周界的平板模型。在甲板纵骨被局部割断后，在未断纵骨和框架之间的主甲板就可以简化成这样的模型，在舱口围横梁被拆断后，舱口围板就成为受压板结构了，同样可以简化成这一类的力学模型结构。

二是船体结构中解除部分约束条件的骨架可以看作力学中的“杆系系统”。连续梁、刚架和板架结构是“杆系系统”中典型的结构。因舷侧板需换新，在拆除后，相应位置的肋骨因支撑板约束的解除而成为受压杆件。至于船体的双层底结构，在实际的计算处理中一般可以简化为刚架和板架结构。

而“船体模块”是为了便于计算机的计算方便，将船体的结构进行离散处理，化成小的能够表达结构的所有特征的子结构。“船体模块”的确定既要考虑到该结构的几何形状，又要考虑其结构载荷的特点，同时又必须采取适合有限元方法的计算特点来进行。

三、强度分析与计算

与船舶设计建造中的结构强度计算一样，船舶修理实际的工程中，对船体结构的改变（拆装或新加），同样是应用力法、位移法、能量法和矩阵法等方法。但与船舶设计不同的是，船舶修理是在原有结构被拿掉后，产生新的外载荷和新的边界条件，这时要对新情况下的强度进行计算和校核，确定在新的外载荷和边界条件下的结构应力和变形。下面以某船的局部构件换新为例，来探讨力法、位移法、能量法和矩阵法在船舶修理工程中的应用。

以下为某散货船上边舱横剖面结构图，图示阴影部分因板腐蚀变薄须进行换新处理。

散货船上边舱局部挖换 TST Frame Partly Renewal

先将该拆换结构进行简化和模型化处理，如上图所示，可以简化成两端为固定端，甲板纵骨为支点的简支梁结构，考虑到甲板板的垂直压力，简支梁可以看成受垂直方向的均布载荷q的作用。下面就以这个模型为基础来介绍在船舶强度分析中常用的几种分析计算方法。

1、力法求解

这是结构力学中最基本和最常用的方法之一。它的基本原理是将静不定结构的多余约束去掉,代以约束反力,使其成为一静定结构；去掉约束出现约束反力的地方列变形连续方程式以保证基本结构的变形与原结构相同。方程式的数目与未知数数目相同。对于结构有n个未知力，则有n个变形连续方程式，可以列出“力法正则方程式”如下：

(1-1)

式中，δij为结构中力Xj在力Xi位置处的引起的应变，∆i为外力在力Xi位置处引起的位移；解变形连续方程式求出未知力，进一步可以求出结构的弯曲要素。对图中力学模型，根据式（1-1），且δij=δji，列出变形连续性方程组

:

(1-2)

式中，M0、M1、M2分别为节点0、1、2处的弯矩；l为单跨粱的长度：Q为单跨粱上的载荷。求解可得：

该结构的剪力图和弯矩图如下：

剪力和弯矩示意图

Bending Moment and Shear force Arrangement2、位移法求解

以节点转角为未知数（角位移），再根据节点断面弯矩平衡条件建立方程式。位移法的一般原理和解法步骤为:

分析结构的节点，找出可以转动的节点数；然后设想在可能发生转角的节点上加上抗转约束；再假想将加固的各节点强迫转动，使之发生转角，按照公式列出杆端弯矩；最后对发生转动的各节点建立节点弯矩平衡方程式；解弯矩平衡方程式，可求得各杆端弯矩和弯曲要素。

根据节点弯矩平衡方程式组：

（2-1）

Iij为杆ij的惯性矩 lij为杆ij的长度 θi为节点I处的转角

对图2-1列弯矩平衡方程式，有

(2-2)

可以求得：

3、能量法求解

能量法的基本原理是根据弹性体在外力的作用下将发生变形，载荷在相应的位移上做功，同时，弹性体因变形而产生应变能，列相应的能量方程式，从而求解变形方程式，进一步可以得出应力情况。弹性体的应变能为

根据位能最小原理：在满足几何关系和给定的位移边界条件的所有可能位移中，真实的位移使得系统的总位能取驻值，有：

取满足位移边界条件的挠曲函数，计算应变能、力函数以及总位能：

4、矩阵法求解

类似于有限元方法。为本文解决在船舶修理工程中的强度计算的重点应用方法。这里仅简述如何求解图示的问题。

总刚度矩阵为

端点力计算如下：

可以直接求解得到未知节点位移，进一步可求得内力分布

本文在充分吸收和运用现有的船舶原理和船舶结构力学理论的基础上，结合船舶修理工程的实际情况，对船舶修理工程中出现的需要解决的强度校核问题进行定性的分析，通过理论和实践相结合的方法，探讨船舶修理工程中的船体结构改变所引起的结构强度变化的理论计算方法，并将其方便和快捷地转化为实际的工程技术人员比较容易接受和使用的技术工艺方法。通过一定的实例来剖析船舶结构强度的理论计算方法，通过实例和理论相互阐释的方式，分析船舶强度校核理论在船舶修理实际中的应用，进而达到本文的研究目标。再现代修船业务中运用科学的理论和计算方法是可行而且必要的，同时也是未来发展船舶修理工工程所必须面对的。

第二篇：关于船舶与海洋工程结构极限强度的分析

关于船舶与海洋工程结构极限强度的分析

摘 要：在航运业的不断发展下，船舶的数量随之增多。海上发生的事故很多是因船舶搁浅造成的。当船舶发生事故后，其结构强度会受到影响，由此带来严重的后果。目前，我国对船舶与海洋工程结构极限强度的研究还不够，而结构极限强度是船舶与海洋工程结构理性设计中最后一个关键环节，需要进一步研究。

关键词：船舶；海洋工程；结构极限强度；结构损伤

中图分类号：U661.43 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.083

船舶与海洋工程结构极限强度的计算极其复杂，需要靠建立适当的船体模型来实现。通常采用对船体模块进行有限元分析的方法来计算，但这种计算方法在实际运用中存在一定的局限性。本文主要探讨了在船舶与海洋工程中结构强度方面需要注意的问题，以进一步分析极限强度，为海洋工程工作人员在这方面的研究提供帮助。结构极限强度计算方法

在船舶与海洋工程的结构理性设计中，结构极限强度的计算和分析是要求最高也最为复杂的环节。在实际中，通常利用对船体模型进行有限元分析的方法测量船体模型的构件屈曲和塑形变形等数据，从而得出比较精确的船体模型极限强度。然而，这种方法在实际运用中工作量很大，且成本很高，因此，推广程度不高。当前，一种叫作“逐步破坏法”的计算方法则较为常用。该方法不仅可以减少计算工作量，还可以提高极限强度计算结果的精确性。在船舶与海洋工程结构极限强度的计算上，逐步破坏法主要具有以下两方面的优点：①将用于结构极限强度计算与分析的船体模块向横向崩溃和纵向崩溃这两种独立的总崩溃模式转化；②通过限制相关尺寸，确保相邻的两个横向刚架纵向崩溃。逐步破坏法能够让船舶与海洋工程的船体模型横向刚架的临界分段在中垂或中拱过程中崩溃，将结构极限强度计算向船体某一分段极限纵强度计算简化，不仅能确保计算结果的精确性，还能大大减少计算工作量。极限强度的分析计算

在提出船体结构总纵极限强度的概念之后，对船体梁总纵极限强度分析有了越来越多的方法，主要有逐步破坏分析法、直接计算法和有限元法。

2.1 逐步破坏分析法

通过分析船体结构破坏机理，发现船体结构的整体破坏实际上是一个逐步破坏的过程。基于平断面假设，构件逐步破坏的增量曲率法，总结出可以利用横剖面纤维的应力-应变关系描述由屈曲和屈服引起的加筋板逐步破坏，并将后屈曲效应纳入考虑范围。Smith通过非线性有限元对单元弹塑性大挠度分析来获得单元平均应力-平均应变关系。这种方法的计算精度是由单元平均应力-平均应变关系的准确性决定的。

2.2 直接计算法

Caldwell根据船体横剖面的全塑性弯矩对船体总纵极限强度进行了估算，利用受压构件承载能力的折减来解释结构屈曲的影响。这种方法没有考虑当加筋板单元承受的压应力超过其极限强度后的载荷缩短行为和截面应力的重新分布，因此对船体结构总纵极限强度值的估算一般过高。

2.3 有限元法

有限元法对任何加载类型与结构模型都适用。引入平板单元、梁单元以及正交各向异性板单元，不仅能够分析结构在静态和动态载荷作用下的极限状态，还能够对单个结构作整体响应分析，并且将船体在扭矩、弯矩以及剪力联合作用下的响应纳入考虑范围。Kutt等利用这种方法计算和分析了4条船体按各种载荷状态、不同的有限元模型的纵向极限强度，并在分析过程中考虑了屈曲、后屈曲及塑性效应。船舶搁浅结构损伤分析

3.1 船底肋板和扶强材的变形损伤

按照极限强度解析计算方法的假定，可以发现船舶的纵向构件决定了其极限强度，因此，不需要过多地考虑船舶底部肋板和肋板上的扶强材的损伤变形，只需要关注它们在变形过程中的能量耗散。肋板的变形分为中间和两边两个部分。肋板中间部分受到礁石的直接作用而发生变形，两边部分也会受到波及而变形。船舶总的变形能可通过这两部分变形能Efloor，central、Efloor，side叠加得到，而肋板扶强材的变形能Efs主要通过膜拉伸变形和塑性弯曲两种形式耗散。

3.2 船舶外底板和纵骨的变形损伤

在船舶发生搁浅事故时，外底板纵骨的高度一般比礁石的撞击深度要小，在礁石的冲击挤压下，纵骨受到直接作用达到完全塑形状态，因而在船舶的极限强度中不发挥作用。由于纵骨失效，在解析计算过程中受损的船底外板也由原来的若干个纵向加筋板单元转化为一块横向板单元。

3.3 船底纵桁和加强筋的变形损伤

船底纵桁垂向与内外底板相连接并起到支撑作用。当船舶发生搁浅事故时，船底纵桁受挤压变形。通过“实际撞深下纵桁的变形能和垂直压缩距离等于双层底高度时纵桁的最大变形能的比值”来确定纵桁的损伤情况。载荷响应预报和极限强度解析预报

在分析船舶结构时，需要确定作用在船体上的载荷。因为载荷计算在很大程度上决定了结构分析的精度。通常，船体上的波浪载荷分为总体载荷和局部载荷，其中，总体载荷指的是局部海水动压力的合力。另外，波浪还会引起冲击力、甲板上浪的水压力以及舱内液体晃荡力等载荷。总的来说，分析波浪载荷对船体的极限强度计算有着很关键的作用。

在船体极限强度解析预报中，首先要将船体的横剖面划分为若干个小单元，其中，纵向加筋板单元是由一块板和一根纵向加强筋构成，横向加筋板单元一般情况下只有一块板，硬角单元通常是由两块不共面的板构成。将各个单元划分好以后，利用CSR规范公式得出各个单元的应力-应变关系。结束语

出于对船舶安全性的考虑，要对船舶与海洋工程结构极限强度进行进一步的分析。运用逐步破坏法分析船舶在搁浅时的损伤，并对极限强度进行解析预报，从而加强对船体结构的设计。

参考文献

[1]于海洋，张世联，乔迟，等.关于箱型梁结构提高舰船舱内爆炸后剩余纵向极限强度的可靠性评估[J].船舶力学，2014（03）：318-326.[2]李恒，郎元荣.船舶与海洋工程结构极限强度分析[J].科技资讯，2015（07）：68.[3]丁超，赵耀.船舶总纵极限强度后剩余承载能力有限元仿真方法研究[J].中国造船，2014（01）：54-64.〔编辑：刘晓芳〕

第三篇：大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业1,2,3

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业1,2,3

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业一 试卷总分：100

测试时间：--多选题

单选题

判断题、多选题（共 2 道试题，共 10 分。）1.波浪附加弯矩与（）有关。A.船型 B.波浪要素

C.船与波的相对位置 D.静水弯矩

满分：5分

2.船体构件弯曲应力包含哪几种成分？ A.板的弯曲应力 B.纵骨弯曲应力 C.板架弯曲应力 D.总纵弯曲应力

满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业一 试卷总分：100

测试时间：--多选题

单选题

判断题、单选题（共 3 道试题，共 15 分。）

1.在剪力曲线的两端点处，弯矩曲线应与x轴（）。A.相交 B.相切 C.垂直 D.平行

满分：5分

2.船体剖面模数的单位是（）。A.米

B.米的平方 C.米的立方 D.米的四次方

满分：5分

3.强度计算规定，凡是甲板开口宽度超过甲板宽度的（）者均应扣除。A.10% B.20% C.30% D.40% E.满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业一 试卷总分：100

测试时间：--多选题

单选题

判断题、判断题（共 15 道试题，共 75 分。）

1.横骨架式中，由于初挠度和横荷重的存在，一般说来板的折减系数降低，**此不考虑它们的影响是偏于危险的。A.错误 B.正确

满分：5分

2.许用应力就是在船体结构设计时预计的各种工况下，结构构件所容许承受的最大应力值。A.错误 B.正确

满分：5分

3.载荷曲线的一次积分曲线就是剪力曲线。载荷曲线的两次积分曲线即弯矩曲线。A.错误 B.正确

满分：5分

4.计算极限弯矩实际上就是计算极限状态下的船体剖面模数。A.错误 B.正确

满分：5分

5.船体的某些板材，如甲板板、内底板、外底板等是允许失稳的。A.错误 B.正确

满分：5分

6.船体所受弯矩值一定时，最小剖面模数越大，则最大应力越小。A.错误 B.正确

满分：5分

7.静置在波浪上的船体梁所受的弯矩只有静水弯矩。A.错误 B.正确

满分：5分

8.如果第二次近似计算的总纵弯曲应力值与第一次近似计算值之差不超过5%时，则可用第二次近似值进行总强度校核。A.错误 B.正确

满分：5分

9.总合应力是各自孤立地求出的总纵弯曲应力和局部弯曲应力，并取其代数和，这样完全可以满足船体剖面中力的平衡条件。A.错误 B.正确

满分：5分

10.矩形法、梯形法、围长法均可以计算重量曲线。A.错误 B.正确

满分：5分

11.总纵弯矩的大小与波浪要素和装载状态密切相关。A.错误 B.正确

满分：5分

12.当板中的压应力达到临界应力时，板即发生失稳。失稳后的板，一般不能继续承载。但是与刚性构件相连的一部分板面积，由于受到刚性构件的支持和加强，不能自由变形，所以仍能继续承载。这部分为板的刚性部分，其宽度取为支持周界短边长度的0.25倍。A.错误 B.正确

满分：5分

13.静置在波浪上的船体载荷曲线有两条性质，分别是：沿着船长分布的整个载荷曲线与轴线之间所包含的面积之和为0；上述面积对轴上任意一点的静力矩之和为零。A.错误 B.正确

满分：5分

14.极限弯矩是指船体剖面离开中和轴最远点的构件中的应力达到结构材料的比例极限时，船体剖面中所对应的总纵弯矩。A.错误 B.正确

满分：5分

15.受折减构件的面积与实际剖面积之比称为折减系数。A.错误 B.正确

满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业二 试卷总分：100

测试时间：--单选题

多选题

判断题、单选题（共 3 道试题，共 15 分。）

1.在特定的海况下，平台响应的峰值假定遵循（）分布。A.雷利 B.泊松 C.连续 D.正态

满分：5分

2.强度计算规定，凡是甲板开口宽度超过甲板宽度的（）者均应扣除。A.10% B.20% C.30% D.40% E.满分：5分

3.半潜式平台刚架计算的主要问题是（）A.确定各梁元的应力 B.确定各梁元的挠度 C.确定各梁元的位移 D.确定各梁元的应变

满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业二 试卷总分：100

测试时间：--单选题

多选题

判断题、多选题（共 5 道试题，共 25 分。）1.自升式平台的工作状态有拖航状态、（）A.放桩和提桩状态 B.插桩和拔桩状态 C.桩腿预压状态 D.着底状态

满分：5分

2.扭转强度计算假定有（）A.船体前后对称与中剖面的

B.在静水水线和波浪水线间的范围内的船侧是直臂型的 C.波形是余弦性的

D.船体在波浪上斜置时没有横纵倾角了

满分：5分

3.薄壁梁按照其剖面形式分为（）A.开口 B.闭口 C.混合形式 D.以上都不对

满分：5分

4.半潜式平台设计谱法有哪几个部分？ A.波浪外力分析

B.波浪载荷下的空间钢架计算 C.响应函数计算

D.短期与长期统计预报

满分：5分

5.桩腿除了受到风、浪、流等的环境载荷、自身的重量和浮力外还受到（）。A.船体对桩腿的作用力矩 B.船体对桩腿的水平剪力 C.船体对桩腿的轴向力

D.桩腿底部的垂直反力与水平反力

满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业二 试卷总分：100

测试时间：--单选题

多选题

判断题、判断题（共 12 道试题，共 60 分。）

1.半潜式平台加速度引起的重量增加以均布载荷的形式作用在各种构件上。A.错误 B.正确

满分：5分

2.半潜式平台只需要进行整体稳定性校核，不需要进行局部稳定性校核。A.错误 B.正确

满分：5分

3.平台着底状态包括满载风暴不作业和满载作业两种状态，一般平台以满载风暴作业状态进行设计。A.错误 B.正确

满分：5分 4.据统计，平台运动的自然频率往往在所遇到的波浪频率以上。常常可与波浪运动发生共振。A.错误 B.正确

满分：5分

5.半潜式平台强度分析的设计波算法是假定平台在规则波上处于瞬时静止的，但作为在平台上的外力却不是一个平衡力系，其不平衡力系则由平台运动加速度引起的平台惯性力来平衡。A.错误 B.正确

满分：5分

6.计算作用于船体的扭转力矩时，首先求船体在波浪上没有横**时的扭矩，再加上在静水中由横**引起的扭矩。所得结果和实际上的很接近。A.错误 B.正确

满分：5分

7.自升式平台是由一个船体（平台)和若干起支撑作用的桩腿所组成的。在工作中只需考虑拖航状态的平台结构强度就能保证工作安全。A.错误 B.正确

满分：5分

8.整体抗倾稳性是指平台着底状态的抗风浪倾覆能力，它是用抗倾安全系数来表示的。A.错误 B.正确

满分：5分

9.为了在结构中确定弹性变形引起的总体应力。通常可以把平台理想化为空间钢架模型。它具有六个自由度的梁单元组成。A.错误 B.正确

满分：5分

10.船体是复杂的结构物，在考虑它的扭转强度和刚性时，可以把它作为一个巨大的薄壁断面构件来处理。A.错误 B.正确

满分：5分

11.在桩腿设计中，需要进行整体强度和稳定性的计算。A.错误 B.正确

满分：5分

12.目前在总纵强度分析中常常选择所谓破坏性的设计工况。目的是为了校核万一在某一重要构件破坏后平台的承载能力。即考虑整个平台的强度储备。A.错误 B.正确

满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业三 试卷总分：100

测试时间：--多选题

判断题

单选题、多选题（共 8 道试题，共 40 分。）1.导管架在海上运输过程中包括（）。A.驳船导管架组合体的运动分析 B.采用统计方法计算运动的统计值 C.求出导管架的惯性力

D.用静力的方法计算风力、重力、惯性力作用下的强度

满分：5分

2.动力分析数值解法包括（）。A.有限元法 B.边界元法 C.有限差分法

D.半解析无限元法

满分：5分

3.海洋结构的阻尼有哪几种（）。A.结构阻尼 B.动水阻尼 C.基础阻尼 D.弹性阻尼

满分：5分

4.应力集中系数k的求解方法包括（）。A.光弹性试验

B.根据弹性理论计算精确值（少数）C.用有限元法求解近似值 D.实船测量

满分：5分

5.桩基动力分析方法有哪几种（）。A.集总参数法

B.弹性半空间理论解析解法 C.数值解法 D.概率算法

满分：5分

6.动力分析的结构确定性分析有哪几个部分（）？ A.描述结构特征组合质量阻尼和刚度阵

B.利用设计波浪参数确定流体速度和加速度带入莫里森公式求得结构的位移、速度、加速度

C.波浪力修正

D.重复带入莫里森公式求出结构的位移、速度、加速度

满分：5分

7.降低主甲板上舱口角隅处的应力集中措施（）。A.舱口围板端部用纵向肘板过渡到甲板纵桁 B.舱口围板在角隅处用直角连接即可

C.甲板开口之间的甲板板厚，由局部强度确定。一般要小于用总纵强度确定的连续甲板板厚

D.下甲板舱口角隅做成圆弧形即可

满分：5分

8.在结构强度分析时，应该至少考虑哪几种载荷组合工况（）。

A.设计工作环境条件与平台上的固定载荷和相应最大活载荷的组合 B.设计工作环境条件与平台上的固定载荷和相应最小活载荷的组合 C.设计极端环境条件与平台上的固定载荷和相应最大活载荷的组合 D.设计极端环境条件与平台上的固定载荷和相应最小活载荷的组合 满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业三 试卷总分：100

测试时间：--多选题

判断题

单选题、判断题（共 11 道试题，共 55 分。）

1.弹性半空间理论解析解法计算过程误差过大，无法解决复杂边界条件问题。A.错误 B.正确

满分：5分

2.延性要求是确保平台具有充分吸收能量的能力，避免在台址处发生概率极小的偶人强烈地震时，平台发生倒塌破坏。A.错误 B.正确

满分：5分

3.固定式平台强度分析要求建立的模型与实际结构等效；考虑结构与周围介质之间的相互作用。A.错误 B.正确

满分：5分

4.对于导管架平台，只需考虑静力分析即可。无需考虑动力分析。A.错误 B.正确

满分：5分

5.应力集中处的最大应力与所选定的平均应力（基准应力）之比值，称为应力集中系数。A.错误 B.正确

满分：5分

6.导管架平台结构支撑于桩基上，桩基对导管架起着支撑和约束作用，**此在分析导管架平台时，必须考虑结构-桩-土的共同作用。A.错误 B.正确

满分：5分

7.对于浅水中的平台，或者平台刚性较大时。作用在桩头上的侧向力和垂向力由平台受到的环境力决定，平台特性只起到次要作用，**而桩头上力的特性直接反应了环境力的频率、幅值特性。A.错误 B.正确

满分：5分

8.对于轴板结构，增大圆弧半径r,可以降低应力集中系数。A.错误 B.正确

满分：5分

9.固定式平台主要分为钢质导管架平台和混凝土重力式平台。A.错误 B.正确

满分：5分

10.当海上海况十分恶劣，平台的结构响应对波浪的特性选择十分敏感，确定性方法不再适用。而应采用随机谱分析方法来进行动力分析。A.错误 B.正确

满分：5分

11.地震力的大小依赖于结构和基础的刚度，由于结构与基础单元的非弹性屈服或屈曲，**此当结构刚度较小时，地震力通常可以减小。A.错误 B.正确

满分：5分

大工13秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业三 试卷总分：100

测试时间：--多选题

判断题

单选题、单选题（共 1 道试题，共 5 分。）

1.在断面发生突变的地方，往往产生极高的应力，且变化急剧，某些点处的最大应力可能比平均应力大许多倍，不过，最大应力的分布范围却仅限于局部地方，换言之，应力的这种变化是一种局部现象，我们把这种现象叫做（）。A.应力集中 B.应力分散 C.应力突变 D.应力折减

满分：5分

第四篇：《结构的强度和稳定性》 教学设计

《技术与设计2》第一章第三节《结构的强度和稳定性》教学设计

《结构的强度和稳定性》 教学设计

一、教材分析：

本节是“地质出版社”出版的教材《技术与设计2》中第一章第三节《结构的强度和稳定性》。共需2课时完成。本课为第1课时的学习。该章的总体设计思路是：认识结构——探析结构——设计结构——欣赏结构。“结构”与“设计”是该章的两个核心概念，结构的强度和稳定性则是结构设计中需要考虑的重要因素之一，是对结构及受力认识的基础上作进一步深入的学习。

二、教学目标：

知识与技能：

1、理解内力、强度、应力的概念，能进行简单的应力计算，掌握应力和强度的关系。

2、通过实验，明确强度与材料、强度与物体的形状及连接方式的关系。培养学生合作交流能力，对身边事物的观察能力。

3、理解稳定性的概念，及影响稳定性的因素。

过程与方法：通过观察生活和技术实验等方法使学生懂得应用相关的理论知识。

情感态度价值观：让学生亲身体验注重交流，通过分析讨论得到结论，培养学生的观察分析能力，合作交流能力。

三、教学重点与难点：

重点：影响结构强度和稳定性的主要因素。

难点：应力的计算，强度与应力的关系，结构设计需要在容许应力范围之内。

四、学情分析：

总体来说学生对通用技术这门课程比较感兴趣。他们的思维、生活经验已有一定基础，并在前面章节的学习中已经初步掌握了结构的一些相关知识，在此基础上帮助学生从其生活世界中选择通俗感兴趣的主题和内容，对结构问题进行进一步探讨，上升到理论的高度。

五、教学策略： 本课采用在教学中充分利用实验、讨论、小组合作的教学方法。多举生活中的案例，进行师生互动探讨，帮助学生加深对知识的理解。

六、教学安排

1课时

七、教学过程：

（一）复习回顾，导入新课

教师引导学生回顾结构的概念，指出事物的性质：强度和稳定性

（二）知识构建

1、强度

对于结构变形，只给以“结实”“不结实”来评说是不够准确的，而对于结构的受力与变形应该有更科学的描述。通常，物体结构抵抗变形的能力，都以强度来表示，我们用应力来衡量强度。

（1）内力： 外力使构件发生变形的同时，构件的内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力，称为内力。

（2）应力：作用在单位面积上的内力。【学生活动一】

（3）拓展：探讨强度和应力的关系

示例：粗绳和细绳，两种相比粗绳更结实，牢固，换句话说是抗拉强度更大。绳子所受拉力一定，即构件受到的外力一定，而粗的横截面积大，所以应力小，此时变形小，而抗变形的能力大，即强度大。

结论： 应力小，强度大 应力大，强度小 【学生活动二】

（4）结合课本分小组探究影响结构强度的因素，同时完成26页问题，答在学案上。

结构的强度，一般取决于它对张力和压力两方面的反应能力，具体取决于以下因素：

形状、材料（不同的材料有承受不同应力极限的能力）

材料的连接方式（不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样）师生探讨：如何改进物体结构的强度？ 如：国家要求建筑楼面的水泥板必须将钢筋焊接起来，以形成整体，即是改进连接方式以增强强度。还可以采用强度大的形状，那么要求强度大的地方大都采用什么形状？例如拱形、三角形等：常见的拱形桥梁可以保存很多年；钻石很坚固，它由复杂的三角形和四面体形状构成。这些都是我们改进物体结构强度的思路。希望同学们根据本课的学习在实践中应用。

2、稳定性

教师活动：展示不倒翁，静止立在桌面上的不倒翁用手扳倒后最终还能稳稳立住，说明不倒翁维持其平衡状态的能力很强，即稳定性强。(1)稳定的概念

稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，则为稳定，不能回到原有平衡状态，为不稳定。(2)结构稳定性

结构具有阻碍翻倒或移动的特性。

师生探究：哪些因素会影响结构的稳定性？

平放的砖头很稳定，把它竖起来就容易翻倒？瓶子里装了半瓶水很稳定，而空瓶子或是装满水的瓶子却比较容易翻到？不倒翁不倒的原因？ 我们的结论：物体要稳定，第一，它底面积要大；第二，重心要低。(3)影响结构稳定性的因素

结构的形状、重心的位置 补充：结构的底面积 【学生活动三】(4)合作探究

A、为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢？ 例如：比萨斜塔等，展示比萨斜塔图片

结构稳定性的基本条件：重心所在点的垂线落在结构底面内。

B、不稳定的结构一定不好吗？举出生活中利用结构的不稳定的例子。举例：在地震多发地区，人们将酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现预报地震的功能；过去农村地区人们用水桶打水常常要在水桶口的边缘绑上一重物，水桶到水面时能自动翻倒打水。

（三）总结提升

学生回顾、总结本节课的主要内容

大屏幕展示本节课的学习目标

俗话说，万丈高楼平地起。作为一个中学生，要想成为国家的栋梁之才，首先要打好基础，学好科技文化知识，还应有谦虚好学的品质，当然还要练就过硬的本领。

八、教学反思

本节课采用的教学方法较为恰当，学生保持了较高的学习热情，大量实例的引入是本节课成功的关键。

学案： 学习目标：

1、通过技术试验来理解结实（强度）和稳（稳定性）

2、理解内力、应力和强度，并可进行简单的应力计算，利用应力的概念来理解强度及影响结构强度的因素。

3、理解结构的重要性质稳定性及影响稳定性的因素。【知识概要】

1、强度：物体结构抵抗变形的能力。

2、内力，外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生的一种抵抗变形的抵抗力。

3、应力：作用在单位面积上的内力。

4、计算应力的公式：σ=N/S，N为内力，S为构件截面积。应力的计量单位为N/mm2或N/cm2

5、影响结构强度的因素：形状、材料、材料的连接方式。

6、稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，此为稳定。不能回到原有平衡状态，为不稳定。

7、结构稳定性：结构具有阻碍翻到或移动的特性。

8、影响结构稳定性的因素：结构的形状（支撑地面形状、底面积大小有关）、重心的位置。【学生探究】

活动一：应力和强度的关系？

结论： 活动二：影响结构强度的因素?

结论: 活动三：为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢？（拓展）结论：结构稳定性的基本条件：重心所在点的垂线落在结构底面内。比如比萨斜塔等。

测案

班级 姓名

选择：

1、分别在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明了（）影响结构的强度。A、材料

B、结构的形状

C、构件横截面形状

D、构件的连接方式

2、家用落地风扇的底座一般做得比较重，这是为了（）。A、增加风扇的强度

B、增加电风扇的稳定性

C、安装电线的需要

D、更加美观

3、在日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的。（）

A、游乐设施的跷跷板功能结构； B、房间门口的活页功能结构； C、学校运动场的篮球架结构；

D、圆珠笔的笔嘴结构

4、影响结构稳定性的因素有（）。

①物体的形状。②材料。③材料之间的联接方式。④物体重心的位置。A①②③

B②③

C①④

D①②③④

5、影响结构稳定性的因素不包括（）

A、结构的形状

B、重心的位置

C、材料 判断：

1、结构的稳定性和强度是结构设计必须考虑的重要内容，二者相互联系，相互影响。（）

2、一般情况下，不锈钢杯比纸杯的强度大，这说明结构的强度与材料有关。（）拓展：

已知结构的容许应力为50 N/cm2，截面积为4 cm2，外力冲击产生的内力为180N，请问结构会被破坏吗？

第五篇：关于研究纸桥结构与强度分析的立项研究申请书

“纸桥的结构与强度分析”立项研究申请书，要求包括以下内容：

（一）课题名称；

（二）研究的背景和意义；(三)研究的目标与主要内容；

（四）研究的方法路线；

（五）课题研究步骤；

（六）成果的形式与课题组成成员及分工。

关于研究纸桥结构与强度分析的立项研究申请书

一、纸桥研究的背景和意义

架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的建筑物，称为桥。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座系统；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。在中国古代建筑中，桥梁是一个重要的组成部分。

几千年来，勤劳智慧的中国人修建了数以万计奇巧壮丽的桥梁，这些桥梁横跨在山水之间，便利了交通，装点了河山，成为中国古代文明的标志之一。我国古桥先有梁桥，后有浮桥和索桥，拱桥最晚出现。根据现有资料，自独木桥、堤梁式桥出现，到上世纪末、本世纪初铁路、公路等近现代桥梁开始设计建造的几千年中，我国古桥由低级演进到比较高级，由简陋到逐步完善。然而，近代桥梁无论如何发展，追根溯源，均未超过古人所创造的梁桥、浮桥、拱桥和索桥这几大类。中国古代桥梁的辉煌成就举世瞩目，曾在东西方桥梁发展史中，占有崇高的地位，为世人所公认。我国古代的桥，形式种类繁多发展演变过程漫长，近代以来由于高科技的勃然兴起，桥梁逐渐成为一门专业学科，其技术进步更是突飞猛进，形式更为复杂多样。随着世界经济的发展，桥梁事业也会迎来广阔的发展空间，只有不断改进不断探求新的技术，技术理念，桥梁工程才会更加辉煌。而这次选修课制作桥梁模型在锻炼我们发散性思维、创造性能力以及动手能力方面素质提供了一次很好的机会。

二、纸桥研究的目标与主要内容

1、研究目标：

（1）采取分组的活动形式，培养小组成员合理分工和有序的工作能力；通过成品展示、模型介绍培养学同学们既合作又竞争的意识

（2）学习科技制作、理解桥的主要结构的作用，通过纸桥实验增加自己有关力学方面的知识技能，学会简单的技术设计，培养团队协作意识及创新思维能力。在纸的多种承重实验研究、纸桥设计等过程中培养独立思考能力、实际动手能力。

（3）通过对桥的造型设计，提高创作模型的技能、技巧及可观赏性

2、主要内容：

（1）研究纸桥的结构与强度的关系、压力压强和相关的受力关系。具体分为：研究用纸做成的构件不同形状的载重量和坚固性，纸构件不同组合的载重量和坚固性，设计如何做到载重量最大和最坚固。

（2）研究如何使纸桥的各部分的线条协调、外形美观。

三、研究的方法路线

通过网络、书籍搜索查阅有关桥的结构与强度方面的知识，与学习土木工程等相关桥梁专业的同学进行交流，并联系以前学过的物理知识与小组成员一起讨论学习、分析理解，共同设计出比较理想的纸桥模型。

四、课题研究步骤

1、首先，收集和查阅有关桥梁设计造型方面的资料和图片以及查找理解物体形状与强度的关系，将收集好的资料进行分类整合。

2、通过小组讨论，经构思设计出纸桥模型并计划好制作尺寸。

3、绘出纸桥模型的设计草图

4、再进行小组分工动手做出纸桥的各个构件，最后进行组装固定成纸桥模型。

5、最后进行纸桥的总体整形和外观修正美化。

五、成果的形式与课题组成成员及分工

1、成果的形式：最终的成果是一座长度约80厘米、具有一定承压能力的纸桥模型。

2、课题组成成员：

3、小组成员分工：第一小组收集和查阅纸桥结构与强度的关系方面的资料，第二小组成员收集有关桥梁外观造型方面的资料，第三小组查找他人做过的纸桥的一些图片。