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2021年湖北自考船体强度与结构设计课程考试大纲

来源: 整编:湖北自考网 发表时间:2021-01-12 11:05:10 【湖北自考网:湖北自学考试门户网】

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湖北省高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称:船体强度与结构设计             课程代码:01229
第一部分 课程性质与目标
一、课程性质与特点

本课程由船体强度与结构设计两部分组成,是高等教育自学考试船舶与海洋工程专业的一门重要专业课。

2021年湖北自考船体强度与结构设计课程考试大纲

二、课程目标与基本要求
课程目标:
通过该课程的学习,掌握船体强度与结构设计的基本理论和实用计算方法,能进行船体总纵强度的校核和型材剖面要素的计算;熟悉船体结构规范设计的基本方法;了解船体局部强度、舯剖面结构优化设计和有限元法的基本概念。
课程基本要求:
1.掌握船体强度与结构设计的基本概念。
2.掌握船体梁外力计算(包括重力、浮力、载荷、剪力和弯矩计算)的基本方法。
3.掌握船体总纵强度计算(包括总纵弯曲应力和极限弯矩计算)的基本原理和方法。
4.熟悉船体结构局部强度的基本概念以及建立计算模型和构件几何尺寸简化的基本原则。
5.掌握型材的强度要求、剖面要素计算的基本方法和剖面优化设计的基本概念。
6.熟悉船体结构规范法设计的基本步骤、建造规范的选用和结构布置的一般原则,船体构件的材料级别和钢级,规范对船体纵向强度的要求,外板和甲板板以及船体骨架设计的基本方法。
7.了解船体舯剖面结构优化设计的基本任务和方法。
8.了解有限元法的基本概念。
三、与本专业其他课程的关系
本课程是船舶与海洋工程专业的一门重要专业课,该课程应在修完本学科的基础课和专业基础课后进行学习。
先修课程:高等数学,材料力学,船舶原理,船舶结构力学
后续课程:船舶设计原理,毕业论文或毕业设计

第二部分 考核内容与考核目标
绪  论
一、学习目的与要求
绪论是本课程的综述。通过对绪论的学习,掌握船体结构安全性和船体强度的基本概念,作用在船体结构上载荷的分类,船体强度计算与结构设计的基本任务和方法以及评价结构设计的质量指标。
二、考核知识点与考核目标
(一)船体结构安全性和船体强度的基本概念(重点)
识记:船体结构的安全性,船体总强度和局部强度的概念。
理解:船体总纵强度的概念。
(二)作用在船体结构上的载荷(次重点)
识记:载荷的分类:总体性载荷、局部性载荷,不变载荷、静变载荷、动变载荷、冲击载荷的概念和示例。
理解:载荷分类的作用
(三)船体强度计算与结构设计的基本任务和方法(重点)
识记:船体强度计算的基本任务,船体结构设计的基本任务,许用应力法,概率法。
理解:船体总纵强度计算的传统方法。
(四)评价结构设计的质量指标(次重点)
识记:安全性、营运适合性、船舶的整体配合性、耐久性、工艺性、经济性的概念。
理解:安全性和经济性之间的矛盾,民用船舶结构设计的目标。
第1章 船体外载荷
一、学习目的与要求
计算作用在船体梁上的外载荷,是进行船体总纵强度校核的基础。通过对本章的学习,掌握引起船体梁总纵弯曲的外力计算包括重力曲线、浮力曲线、载荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线计算的基本方法。
二、考核知识点与考核目标
(一)船体梁受力与变形特征(重点)
识记:船体梁,总纵弯曲,引起船体梁总纵弯曲的主要外力,载荷、剪力、弯矩的基本公式和计算步骤,计算状态的选取。
理解:引起船体梁总纵弯曲的载荷、剪力和弯矩产生的原因
应用:船舶平衡状态下的受力分析。
(二)重力曲线(重点)
识记:重力重心资料,重力的分类,重力曲线,绘制重力曲线的方法,阶梯形重力曲线,局部性重力分布,总体性重力分布。
理解:静力等效原则的内涵
应用:利用静力等效原则对局部性重量进行分布计算。
(三)静水浮力曲线(重点)
识记:浮力曲线的概念,求浮力曲线的方法,静水平衡计算及其精度控制,理论站距内的浮力和阶梯形浮力曲线。
理解:静水平衡计算的逐步近似法。
应用:已知邦金曲线和船舶首尾吃水作阶梯形浮力曲线。
(四)载荷曲线、静水剪力及弯矩曲线(重点)
识记:载荷曲线的概念,求载荷曲线的方法,载荷曲线的性质;静水剪力曲线和静水弯矩曲线的概念、计算方法、特点及端点不封闭的修正方法。
理解:载荷曲线的性质和特点
应用:计算方型船的载荷曲线,静水剪力曲线和静水弯矩曲线
(五) 静波浪附加剪力和弯矩的计算(重点)
识记:静波浪附加剪力和静波浪弯矩产生的原因,波浪要素及坦谷波的特点,计算状态,传统的标准计算方法,船舶由静水进入波浪浮态发生的变化,静波浪附加剪力和静波浪附加弯矩的计算公式,波浪浮力修正的概念。
理解:船舶静置在波浪上的浮态。
应用:计算方型船在余弦波作用下的静波浪剪力和弯矩。
(六) 总纵弯矩的计算(重点)
识记:总纵弯矩的计算方法,计算弯矩及计算弯矩曲线获得的方法。
理解:计算弯矩。
应用:已知中拱或中垂状态的弯矩曲线绘制计算弯矩曲线。
第2章 船体总纵强度
一、学习目的与要求
已知总纵弯矩,应用梁的弯曲理论可计算船体总纵弯曲应力。通过对本章的学习,掌握船体总纵弯曲应力的第一次近似计算、船体构件稳定性检验和总纵弯曲应力的第二次乃至更高次计算的方法以及船体极限弯矩的计算方法;熟悉船体构件的多重作用以及按合成应力校核总纵强度的概念;熟悉许用应力法。
二、考核知识点与考核目标
(一) 船体总纵弯曲应力的第一次近似计算(重点)
识记:梁的弯曲理论,船体剖面惯性矩和剖面模数,总纵弯曲应力的计算公式,计算剖面,纵向强力构件,强力甲板,船体梁计算剖面简图,船体剖面要素的计算,最小剖面模数,船体总纵弯曲应力的第一次近似计算。
理解:船体剖面要素及总纵弯曲应力第一次近似计算的步骤、表格和计算公式。
应用:利用表格法进行简单方形船的剖面要素及总纵弯曲应力的第一次近似计算。
(二) 船体构件的稳定性检验和总纵弯曲应力的第二次近似计算(重点)
识记:船体构件的工作特性,按简单梁理论计算总纵弯曲应力的有效性,船体构件的稳定性检验,船体板折减系数的概念及计算,刚性构件和柔性构件的概念,总纵弯曲应力的第二次及更高次近似计算。
理解:剖面折减的意义和作用。
应用:已知失稳构件的折减系数,应用表格法计算修正后的船体剖面要素及总纵弯曲应力。
(三) 船体构件的多重作用及按合成应力校核总纵强度(次重点)
识记:船体构件的多重作用的概念,纵向强力构件的分类。
理解:合成应力法的合理性及存在的问题。
应用:船体构件中的应力合成。
(四) 许用应力(重点)
识记:许用应力和安全系数的概念,许用应力标准的制定。外力、内力的计算方法和许用应力的一致性的概念。
理解:许用应力法的优点和缺点。
应用:如何根据具体情况选择许用应力标准。
(五) 船体极限弯矩的计算(次重点)
识记:船体极限弯矩的定义,计算极限弯矩的意义,强度储备系数。
理解:极限状态时的剖面折减。
应用:极限弯矩的计算。

第3章 船体结构局部强度
一、学习目的与要求
本章研究船体局部结构受到局部载荷时的强度问题,通过对本章的学习,了解船体结构局部强度的基本概念以及建立计算模型和构件几何尺寸简化的基本原则。
二、考核知识点与考核目标
(一)计算模型(重点)
识记:结构的力学模型或计算模型的概念,建立结构计算模型的原则,影响计算模型的主要因素,构件几何尺寸的简化的基本原则;模型化的关键;载荷模型化。
理解:载荷模型化应考虑的问题。
(二) 船体骨架的带板(次重点)
识记:带板的概念,稳定性带板宽度,弯曲带板宽度
理解:中国船级社《海船规范》及《内河钢船建造规范》对带板宽度取法的规定。
应用:能根据具体结构模型确定带板的宽度。
(三)板架计算(不作考试要求)
第4章 船体纵向扭转强度(一般,了解)
一、学习目的与要求
本章是针对长大舱口船舶扭转强度的专题,通过对本章的学习,对长大舱口船舶的强度计算特点,扭转外力,扭转内力的计算有所了解。
二、考核知识点与考核目标(阅读,不作考试要求)
第5章 型材剖面设计
一、学习目的与要求
本章重点介绍构成船体骨架系统的型材剖面设计的基本概念与计算方法,通过对本章的学习,掌握衡量型材剖面材料分布合理程度的指标,型材剖面的强度要求及剖面要素的计算方法,型材稳定性和型材剖面优化设计的基本概念。
二、考核知识点与考核目标
(一)型材剖面的利用系数和比面积(重点)
识记:型材剖面的利用系数、比面积的定义。
理解:型材剖面的利用系数、比面积的意义。
应用:型材剖面的利用系数、比面积计算。
(二)型材的强度要求及剖面要素计算(重点)
识记:强度要求,型材剖面模数与惯性矩的计算,腹板的相当面积,梁材抗弯强度与抗剪强度间的关系。
理解:面板、腹板和带板尺度对剖面要素的影响程度。
应用:应用公式法或列表法计算型材剖面要素。
(三) 型材的稳定性(次重点)
识记:型材的局部(翼板、腹板)稳定性和总稳定性的概念及结论。
理解:型材的稳定性与哪些因素有关。
应用:在型材剖面设计时怎样保证型材的稳定性。
(四) 型材剖面的优化设计(一般)
识记:确定结构重量最轻的剖面尺寸应满足哪些要求。
理解:型材剖面优化设计的数学描述。
应用:型材剖面最优尺寸的实用设计公式及设计示例。
第6章 船体结构规范法设计
一、学习目的与要求
船体结构规范法设计是大多数民用船舶采用的传统设计方法,通过本章的学习,熟悉船体结构规范法设计的基本步骤、建造规范的选用和结构布置的一般原则,船体构件的材料级别和钢级,规范对船体纵向强度的要求,外板和甲板板以及船体骨架设计的基本方法。
二、考核知识点与考核目标
(一) 船体结构规范法设计的基本思路(重点)
识记:船级社,船舶建造规范的产生、发展和作用,规范法设计的基本步骤。确定结构尺寸的一般顺序。规范的选用,规范的适用范围。结构布置的原则和一些基本规定。
理解:为什么规范要规定其适用范围;长深比和宽深比各反映了什么内涵。
应用:在结构设计时怎样对结构进行合理的布置。
(二) 船体构件的材料级别和钢级(次重点)
识记:船体结构用钢,材料级别,钢级,材料级别的选择,钢种的选择。
理解:材料级别和钢级的内涵。
应用:对于不同材料级别的船体构件根据其板厚选取合适的钢级。
(三)规范对船体纵向强度的要求(一般)
识记:纵向强度标准,基本剖面模数,计算剖面模数。
理解:以中剖面模数作为纵向强度标准,基本剖面模数与计算剖面模数的内涵,联系和区别。
应用:能按规范要求计算和校核船体纵向强度。
(四) 外板及甲板板的设计(一般)
识记:规范对外板、甲板板的一般规定,外板、甲板板的厚度分布规律。规范板厚设计公式的意义。
理解:为什么板厚设计公式有两个,各公式反映了什么要求,设计时如何处理。
应用:看懂设计示例,能进行实际船舶的外板及甲板板设计。
(五) 船体骨架的设计(一般)
识记:船体骨架设计的一般注意事项,构件的受力和作用,主要支撑构件和传力构件,带板,局部强度要求的剖面模数,刚度要求的剖面惯性矩,稳定性要求的剖面惯性矩。
理解:规范对船体骨架要求的基本意义。
应用:参考设计计算示例,能应用规范设计实船的船体骨架。
(六) 应力集中区的结构设计(一般)
识记:应力集中,应力集中系数,降低舱口角隅处应力集中的措施。
理解:甲板舱口角隅的形状与结构上的处理。
应用:甲板舱口结构的合理设计。
(七)上层建筑设计(一般)
识记:上层建筑及其构成,船楼,甲板室,强力上层建筑,轻型上层建筑。
理解:强力上层建筑设计的基本步骤。
应用:按规范进行围壁板及扶强材的设计。
第7章 船体舯剖面结构优化设计
一、学习目的与要求
通过学习,了解船体舯剖面计算法设计的基本任务、设计要求与目标、求解策略以及设计的基本流程。
二、考核知识点与考核目标
(一) 舯剖面计算法设计的基本任务和策略(重点)
识记:计算法设计的概念、基本任务、设计要求与目标;相当厚度的概念,分级优化策略。
理解:为什么船体舯剖面的合理设计是计算法设计首先要解决的问题。
应用:舯剖面设计要求与目标的数学描述。
(二)中剖面纵向构件相当厚度的决定(一般)
识记:结构的相当厚度,舯剖面计算法设计的基本流程。
理解:相当厚度为什么必须逐次近似求得。
应用:纵向构件相当厚度的第一次近似决定。
第8章 有限元法在船体结构设计中的应用
一、学习目的与要求
通过本章的学习,了解有限元法的基本概念以及在船体结构设计中应用的基本情况。
二、考核知识点与考核目标
(一) 有限元法的基本概念(重点)
识记:有限元法及其优点,有限元软件,船体结构有限元分析的层次,有限元分析流程。
理解:对船体结构进行有限元分析的三个不同层次。
(二)船体结构有限元模型(一般)
识记:有限元模型。
理解:全船的有限元模型化应遵循的原则。

第三部分 有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中,按照“识记”“理解”“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次要求为递进等级关系,后者必须建立在前者的基础上,其含义是:
识记:要求考生能够对大纲中的知识点,如名词和定义、本专业术语、原理、原则、公式、计算方法及步骤等有清晰准确的认识和表述,并能做出正确的判断与选择。
理解:在识记的基础上,要求考生能够对大纲中的概念、原理、原则、计算方法等有一定的理解,清楚它与有关知识点的联系与区别,并能做出正确的表述和解释。
应用:要求考生对大纲中的概念、原理、原则、公式、计算方法等熟悉和理解的基础上,能解决简单的计算和应用问题,也可运用多个知识点,分析、计算或解决稍微复杂一点的船体结构实用问题。
二、教材
指定教材:《船舶结构设计》 谢永和 吴剑国 李俊来 编著,上海交通大学出版社,2011年11月第1版。
三、自学方法指导
1、在开始阅读指定教材某一章之前,先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标,以便在阅读教材时做到心中有数,有的放矢。
2、阅读教材时,要逐段细读,逐句推敲,集中精力,吃透每一个知识点,对基本概念必须深刻理解,对基本理论必须彻底弄清,对基本方法必须牢固掌握。
3、在自学过程中,既要思考问题,也要做好阅读笔记,把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理,这可从中加深对问题的认知、理解和记忆,以利于突出重点,并涵盖整个内容,可以不断提高自学能力。
4、完成书后作业和适当的辅导练习,对理解、消化、巩固所学知识,培养分析问题、解决问题及提高能力是非常必要的,尤其对于自考学生而言。在做练习之前,应认真阅读教材,按考核目标所要求的不同层次,掌握教材内容;在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥,注重理论联系实际和具体问题具体分析,解题时应注意培养逻辑性,针对问题围绕相关知识点进行层次(步骤)分明的论述或推导,明确各层次(步骤)间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2、应掌握各知识点要求达到的能力层次,并深刻理解对各知识点的考核目标。
3、辅导时,应以考试大纲为依据,指定的教材为基础,不要随意增删内容,以免与大纲脱节。
4、辅导时,应对学习方法进行指导,宜提倡"认真阅读教材,刻苦钻研教材,主动争取帮助,依靠自己学通"的方法。
5、辅导时,要注意突出重点,对考生提出的问题,不要有问即答,要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养,特别是自学能力的培养,要引导考生逐步学会独立学习,在自学过程中善于提出问题,分析问题,做出判断,解决问题。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事,在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8、助学学时:本课程共4学分,建议总课时72学时,其中助学课时分配如下:
章次    内容    学时
绪论    船体强度与结构设计的基本概念    2
第1章(一)    船体梁受力与变形特征    2
第1章(二)    重力曲线    2
第1章(三)    静水浮力曲线    2
第1章(四)    载荷曲线、静水剪力及弯矩曲线    6
第1章(五)    静波浪附加剪力和弯矩的计算    4
第1章(六)    总纵弯矩的计算    2
第2章(一)    船体总纵弯曲应力的第一次近似计算    4
第2章(二)    船体构件的稳定性检验和总纵弯曲应力的第二次近似计算(重点)    4
第2章(三)    船体构件的多重作用及按合成应力校核总纵强度(次重点)    2
第2章(四)    许用应力(重点)    2
第2章(五)    船体极限弯矩的计算(次重点)    4
第3章(一)    局部强度的计算模型    2
第3章(二)    船体骨架的带板    2
第5章(一)    型材剖面的利用系数和比面积    2
第5章(二)    型材的强度要求及剖面要素计算    6
第5章(三)    型材的稳定性    2
第5章(四)    型材剖面的优化设计    2
第6章(一)    船体结构规范法设计的基本思路    2
第6章(二)    船体构件的材料级别和钢级    2
第6章(三)    规范对船体纵向强度的要求    2
第6章(四)    外板及甲板板的设计    2
第6章(五)    船体骨架的设计    2
第6章(六)    应力集中区的结构设计    2
第6章(七)    上层建筑设计    2
第7章(一)    舯剖面计算法设计的基本任务和策略    2
第7章(二)    中剖面纵向构件相当厚度的决定    2
第8章    有限元法的基本概念和船体结构有限元模型    2
合 计        72

五、关于命题考试的若干规定
1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章,适当突出重点。
2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是:“识记”为 40%, “理解”为 40%,“应用”为 20%。
3、试题难易程度应合理:较易、易、较难、难比例为3:3:3:1。
4、每份试卷中,各类考核点所占比例约为:重点占65%,次重点占25%,一般占10%。
5、试题类型一般分为:填空题,名词解释,简答题,选择题,判断说明题,计算题等。
6、考试采用闭卷笔试,考试时间为150分钟,采用百分制评分,60分合格。
六、题型示例
(一)填空题
1、 船体强度是研究船体结构              的科学。
(二)名词解释
1、总纵弯曲
(三)简答题
1、民用船舶一般采用船级社的规范来设计,有什么优点?
(四)选择题
1、坦谷波曲线形状的特点是
     A.波峰陡峭,波谷平坦。 B波峰平坦,波谷陡峭。C.波峰,波谷都平坦。D.波峰,波谷都陡峭。
(五)判断说明题
1、一艘既定装载的船舶由淡水区驶入海水区时,由于浮力总量发生改变而使总纵弯矩发生改变,这种说法对吗?
(六)计算应用题
1、某长方型驳船简化的中剖面如下图所示,已算得该船的最大中拱弯矩为9800KN�m,试计算构件上的最大总纵弯曲应力。

 

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