船舶与海洋工程结构力学实验.ppt

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1、船舶与海洋工程结构力学实验船舶与海洋工程实验教学中心实验项目板的弯曲与稳定实验(2学时)等强度梁实验(以下三项实验为2学时)弯扭组合实验矩形截面梁的纯弯曲实验一、板的弯曲与稳定实验（一）实验目的（二）实验原理（三）实验仪器、装置及工具（四）实验方法与步骤（五）注意事项（六）预习要求（七）问题讨论（一）实验目的1、对平板筒形弯曲现象有一感性认识和比较明确和清晰的概念，为理论学习打下基础。2、使对船舶结构模型实验概念初步了解。3、通过对圆柱壳进行抽真空，验证其壳板局部失稳形式，观察失稳波形；4、学习掌握实验的技能、仪器操作

2、方法、测量方法。（二）实验原理1、板的弯曲部分2、板及板架失稳、圆柱壳失稳3、测试部分4、应变片的粘贴技术5、电阻应变仪的测量电路1、板的弯曲部分1）讨论的对象为承受各种垂直于板面载荷的，具有不同边界条件的矩形平板弯曲的应力与变形问题。其中应力主要是弯曲应力，变形在实验中主要是看挠度。2）板在弯曲时，一般在x和y方向均有曲率，因此问题要比梁的弯曲复杂。但是在最简单的情况下板只有一个方向有曲率，这时板的弯曲与梁的弯曲有许多类似的地方，并可应用梁的弯曲公式求解，这种情况叫做板发生筒形弯曲。当板的边长比小于（2.5—3）时，会

3、发生对称弯曲。3）讨论板的筒形弯曲和板的一般弯曲及边界条件对板的影响。（1）板发生筒形弯曲的条件是什么？假定板的边长比相当大（≥2.5—3），并且外载荷沿板的长边不变化。在这种情况通过实验表明板除了短边支界相邻的一小部分外，中间大部分的弯曲变形为筒形，即沿短边有曲率，沿长边无曲率，故名筒形弯曲（板的筒形弯曲是单向弯曲，因此与梁的弯曲有基本共同之处）。当板的边长比小于（2.5—3）时，会发生对称弯曲。（2）板条梁与普通梁的弯曲变形是一致的差别，差别仅在于板条梁两个侧面受到相邻板的约束而不能自由变形，而普通梁的侧面是自由的，

4、这种侧面约束的差别使得板条梁在变形后的截面仍为矩形，而普通梁弯曲后截面不再保持矩形。由以上分析可知，板条梁的弯曲与普通梁的弯曲完全相同，因此板条梁的计算可直接套用普通梁结果。（3）筒形板的复杂弯曲：在船体结构中横骨架式的甲板板和船底板，它们的边长比足够大，并且除了横载荷外还在长边受到作用于板平面内的均布的总弯曲应力（中面应力），在这种情况下板仍将发生筒形弯曲，在板中取出的板条梁将处于如图所示的复杂弯曲状态，因此板条梁的求解就要用到复杂曲梁的结果。根据前面同样的分析，不难得到板条梁复杂弯曲的微分方程式及基本关系为：1、板的

5、弯曲部分式中为筒形刚度，为板条梁所受的轴向力，若总弯曲应力为，则，前面的负号用于拉力，正号用于压力。我们在梁的复杂弯曲中曾经指出，船体中的梁因为刚度较大，故而参数u的值很小（一般u≤0.5），从而辅助函数接近于1，因此在实验计算中可以不计轴向力对弯曲要素的影响。对于船体板，因板的厚度不大，板条梁的刚度较小，使得板条梁在复杂弯曲时的参数u相当大（一般u≥0.5）。对于一般的海船，数字计算表明，板条梁的u值约比梁的u值大10倍左右，辅助函数于1相差很大，因此中面力对板的弯曲要素影响很大，不可不计。这一现象说明板的中面力的作用

6、十分敏感。因此，若板受到中面拉力，它将减少板的弯曲应力，是有利的，反之若是受到中面压力，它将增大板的弯曲应力，是不利的。2、板及板架失稳、圆柱壳失稳板架因其中一根杆受压失稳而导致整个板架变形，叫做板架失去了稳定性。在均匀外力作用下，圆柱壳失稳的形状有若干种可能，取决于它的结构型式与结构尺寸。我们以具有肋骨的圆柱壳为例来讨论壳板局部失稳和失稳肋骨。1）壳板局部失稳当肋骨的刚度足够大，即使超过它们的临界刚度时，在均匀压力P增大时可能首先出现这种失稳形状。这时主肋骨保持它们自身的正圆形不变，成为壳板的刚性支座周界，壳板在肋骨之

7、间形成一个半波，在许多间距内形成若干连续的凹凸交替半波，切开横剖面看，则在整个圆周上形成许多凹凸交替半波。2）肋骨失稳当肋骨刚度小于其临界刚度，压力P超过其临界压力时，肋骨将连同壳板一起在舱段内失稳。这时，仅舱段的两端舱壁保持正圆形不变，成为壳板的刚性支座周界。壳体在母线方向上，整个舱段只形成一个半波，在切开横剖面看，则在整个圆周上形成两个、三个或四个整波。3、测试部分1、应变电测法电测法以电阻应变仪量测为主。电测法的基本原理是：将一种特制的电阻应变片作为传感元件，粘贴在被测试件上，当试件由于受到外荷载的作用而发生变形时

8、，电阻应变片也随之变形，并发生电阻的变化。在一定的工作范围内，电阻应变片的电阻变化与试件发生的应变成比例关系。根据测得的电阻变化，通过应变仪可获得试件上被测点的应变值。在弹性范围内，通过虎克定律又可将该点的应变转换为该点的应力值。图1-为应变电测法的简单流程图。图1应变电测法流程图3、测试部分2、电阻应变片的原理及构