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船舶工程结构力学试卷及解析

前言

船舶工程结构力学是船舶与海洋工程专业的核心课程之一，它旨在培养学生运用力学原理分析和解决船舶结构强度、刚度及稳定性问题的能力。本试卷及解析基于课程核心知识点，力求考察学生对基本概念、基本理论的理解与工程应用能力，希望能为相关专业师生提供一份有价值的教学与学习参考资料。

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船舶工程结构力学试卷

考试名称：船舶工程结构力学

适用专业：船舶与海洋工程

考试时间：120分钟

满分：100分

注意事项：

1.请在答题纸上作答，字迹工整，卷面整洁。

2.答题前请将密封线内的项目填写清楚。

3.答案请写在指定位置，超出区域无效。

一、选择题(每题3分，共30分)

1.在船舶结构中，下列哪种构件通常主要承受总纵弯曲产生的轴向力？

A.肋骨

B.横梁

C.纵骨

D.船底板纵桁

2.材料力学中，梁的弯曲正应力沿截面高度的分布规律是：

A.均匀分布

B.线性分布，中性轴处最大

C.线性分布，离中性轴最远点处最大

D.抛物线分布

3.船舶静置在静水中时，其受到的浮力分布与下列哪项直接相关？

A.船体水下部分的形状

B.船舶的总吨位

C.船舶的主机功率

D.甲板上浪情况

4.在计算构件的稳定性时，欧拉公式的适用范围是：

A.大柔度杆，材料处于弹性阶段

B.中柔度杆，材料处于屈服阶段

C.小柔度杆，材料处于强化阶段

D.所有类型的压杆

5.下列哪项不是船舶结构设计中需要考虑的基本载荷？

A.船体自重载荷

B.货物载荷

C.船员生活载荷

D.船舶建造时的焊接残余应力

6.对于承受横向载荷的梁，其截面上的内力通常包括：

A.轴力和剪力

B.剪力和弯矩

C.轴力和弯矩

D.轴力、剪力和弯矩

7.船舶总纵强度计算的主要目的是校核船体在什么载荷作用下的强度？

A.局部波浪冲击力

B.货物横向移动产生的力

C.总纵弯曲力矩

D.主机运转产生的振动力

8.构件的疲劳强度主要与下列哪个因素密切相关？

A.最大应力值

B.最小应力值

C.应力幅值和循环次数

D.平均应力值

9.在船舶结构中，应力集中现象通常发生在：

A.构件截面突变处

B.构件长度中间位置

C.材料弹性模量较高的区域

D.承受轴向拉力的构件端部

10.有限元法在船舶结构力学分析中的主要作用是：

A.直接给出结构的设计方案

B.精确测量结构的实际应力

C.将复杂结构离散化，进行数值求解

D.替代模型试验

二、简答题(每题8分，共24分)

1.简述船舶结构力学中，计算简图的概念及其在结构分析中的重要性。

2.试解释船体梁总纵弯曲的产生原因，并说明在波峰和波谷两种典型波浪工况下，船体梁的弯曲变形形态及危险截面位置。

3.什么是船体结构的稳定性问题？请举例说明船舶结构中可能发生失稳破坏的构件类型及其常见的失稳形式。

三、计算题(共46分)

1.(14分)一简支梁AB，跨度为L，在梁的中点C处承受一集中载荷P。梁的横截面为矩形，宽度为b，高度为h。已知材料的弹性模量为E。

(1)试画出梁的剪力图和弯矩图，并求出最大剪力和最大弯矩的值及其所在位置。

(2)计算梁中点C处的最大弯曲正应力。

(3)计算梁的最大挠度及其所在位置。

2.(16分)某船体纵向构件可简化为两端铰支的压杆，长度为l，截面为空心圆管，外径D，内径d。材料的屈服极限为σs，比例极限为σp，弹性模量为E。

(1)若已知该压杆的长细比λ，请判断其属于哪一类压杆（大、中、小柔度杆），并说明采用何种公式计算其临界应力。

(2)若此压杆的长细比λ较大，适用欧拉公式，试推导出其临界载荷的表达式。

(3)若已知l、D、d、E的值（具体数值略），试写出计算此压杆长细比λ的公式（只需列出公式，无需代入计算）。

3.(16分)某船在某装载工况下，船体中横剖面处的总纵弯曲力矩为M（上拱力矩）。已知该中横剖面的主要参数如下：

甲板边板：厚度t1，宽度b1，离中和轴距离y1（受压纤维）。

船底板：厚度t2，宽度b2，离中和轴距离y2（受拉纤维）。

中和轴惯性矩I（已考虑所有纵向构件对该轴的贡献）。

(1)试计算甲板边板在该弯矩作用下的压应力σc和船底板的拉应力σt。

(2)若甲板边板材料的许用压应力为[σc]，船底板材料的许用拉应力为[σt]，请写出该剖面强度校核的条件式。

(3)若计算得到的甲板边板压应力超过其许用压应力，从结构力学角度简述两种可能的改进措施。

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船舶工程结构力学试卷解析

一、选择题(每题3分，共30分)

1.答案：D

解析：船底板纵桁、甲板纵桁等大型纵向构件是船体总纵强度的主要承担者，主要承受总纵弯曲产生的轴向力。