中國船級社礦砂船船體結(jié)構(gòu)強度直接計算指南20142014年7月1日生效北京Beijing指導性文件GUIDANCENOTESGD08-2014出版說明為適應國際上當前大型礦砂船的開發(fā)和設計的需要，配合國家開展大型礦砂船船型開發(fā)研究的計劃，由原國防科工委立項,經(jīng)造船工程學會委托,中國船級社在2009年基于我社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》、《雙舷側(cè)散貨船結(jié)構(gòu)強度直接計算指南》、《油船結(jié)構(gòu)直接計算分析指南》、《船體結(jié)構(gòu)疲勞強度指南》等規(guī)范及指南的基礎上研究編寫了大型礦砂船結(jié)構(gòu)強度直接計算指導性文件。近幾年來,根據(jù)多型礦砂船的審圖、入級反饋,我社重新修訂了該指導性文件，形成了《礦砂船船體結(jié)構(gòu)強度直接計算指南》2014稿。本指南的主要內(nèi)容包括：1規(guī)定了指南的適用范圍、船型定義、符號；2整船直接計算的建模要求、工況定義、載荷計算及應力衡準；3艙段直接計算的建模要求、工況定義、載荷計算及應力衡準;4細化網(wǎng)格詳細應力評估的部位、建模要求、許用應力；5疲勞強度評估的部位、計算方法及衡準；6晃蕩載荷要求下的壓力計算、結(jié)構(gòu)強度評估。目錄第1章總則一般規(guī)定定義構(gòu)件尺寸第2章貨艙區(qū)域結(jié)構(gòu)強度直接計算一般規(guī)定結(jié)構(gòu)有限元建模屈服強度評估屈曲強度評估詳細應力評估第3章整船結(jié)構(gòu)強度直接計算一般規(guī)定結(jié)構(gòu)有限元建模工況及載荷慣性平衡及邊界條件應力衡準疲勞強度評估一般要求有限元建模工況與載荷疲勞強度評估方法主要構(gòu)件應力評估艙口角隅的應力評估附錄1礦砂船波浪載荷計算規(guī)程第1章總則一般規(guī)定本指南適用于船長150米及以上,整個貨艙區(qū)域內(nèi)通常建有單甲板、兩道縱向艙壁和雙層底、僅有中間貨艙主要用于運輸?shù)V砂貨物的無限航區(qū)、自航式礦砂船船體結(jié)構(gòu)強度直接計算評估。礦砂船典型橫剖面圖見1.1.Io圖1.1.1礦砂船典型橫剖面本指南給出了礦砂船整船、貨艙段主要結(jié)構(gòu)在規(guī)定載荷作用下的強度評估方法。1.1.3直接計算可采用適用的通用程序，如使用非通用程序時,送審單位還應提供所采用的計算機程序可靠性說明的文件。送審的直接計算技術文件應包括：(1所使用的圖紙清單；(2結(jié)構(gòu)有限元模型的詳細描述；(3結(jié)構(gòu)模型和相關屬性圖形；(4所使用的材料特性詳細情況；(5邊界條件的詳細描述；(6所施加的載荷的詳細情況；(7描述與載荷有關的結(jié)構(gòu)模型的響應的圖形和結(jié)果;(8總體和局部變形的歸納與圖形；(9描述所有構(gòu)件的vonMises應力，各方向應力和剪應力不超過強度標準的匯總和詳圖；(10板格的屈曲分析和結(jié)果；(11顯示滿足或不滿足強度標準的結(jié)果表格輸出；(12必要時，對結(jié)構(gòu)的建議修改方案，包括修改后的應力評估和屈曲特性。定義單位制定義質(zhì)量:噸(t;長度:米(m;時間:秒(s;力:牛頓(N或千牛頓(kN;應力:牛頓/毫米2(N/mm2;壓力:千牛/米2(kN/m2o符號規(guī)定L——船長,m;與CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》(以下簡稱《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同；B——船寬,m;與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同；型深,m;與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同;d--吃水,m;與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同；CB一方形系數(shù);與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同;V 結(jié)構(gòu)吃水下最大設計航速,kn;g 重力加速度,g=9.81m/s2;Cw——波浪系數(shù)；p 海水密度,p=1.025t/m3;oe VonMises應力（N/mm2,oe=2xyyx2y2x3toooo+-+;ox 單元x方向的應力（N/mm2;oy 單元y方向的應力（N/mm2;txy 單元xy平面的剪應力（N/mm2;al--船體梁縱向的應力（N/mm2;aa 梁單元軸向應力（N/mm2;6V 船體梁橫向或垂向的應力（N/mm2;T一腹板總深度的平均剪應力（N/mm2;K——材料換算系數(shù)，見《鋼規(guī)》第2篇第1章第5節(jié)；E——材料彈性模量0對鋼材,E=2.06x105N/mm2;v——材料泊松比。對鋼材,v=0.3。構(gòu)件尺寸除另有規(guī)定外，本指南直接計算中的構(gòu)件尺寸指的是建造尺寸。第2章貨艙區(qū)域結(jié)構(gòu)強度直接計算一般規(guī)定對于船長在150米及以上的礦砂船，應基于三維有限元分析進行貨艙區(qū)主要構(gòu)件的直接強度評估。艙段區(qū)域結(jié)構(gòu)強度有限元直接計算分析按以下要求進行：(1結(jié)構(gòu)有限元模型的生成按照本章2.2要求進行；(2屈服強度直接計算分析按照本章2.3要求進行；(3屈曲強度直接計算分析按照本章2.4要求進行；(4詳細應力分析按照本章2.5要求進行；艙段結(jié)構(gòu)強度直接計算分析的流程圖見圖2.1.3。圖2.1.3艙段有限元直接計算流程結(jié)構(gòu)有限元建模一般要求用于貨艙區(qū)主要構(gòu)件屈服強度、屈曲強度、詳細應力評估以及用于疲勞分析的熱點應力評估的三維有限元模型應按照本節(jié)要求進行。所有主要構(gòu)件應在有限元模型中建模,包括:外殼和內(nèi)殼、雙層底肋板和桁材系統(tǒng)、橫框架和垂直桁材、水平縱桁以及橫艙壁和縱艙壁。這些構(gòu)件上的所有板和扶強材均應建模。222模型范圍

用于屈服強度、屈曲強度、詳細應力評估直接計算的艙段有限元模型，應選取貨艙區(qū)以目標艙為中心，腦解各延伸1/2貨艙長，即1/2個貨艙+1個貨艙+1/2個貨艙，見圖222.1(1。模型端部應延伸至鄰近強框架位置，見圖2.221(2。垂向范圍為船體型深,包括艙口圍板結(jié)構(gòu)。如艙段結(jié)構(gòu)與計算載荷對稱與縱中剖面,模型可取左舷，即橫向為船體型寬的一半。評估目標艙為中間艙段包括前后艙壁、凳結(jié)構(gòu)區(qū)域。圖2.221(1屈服模型范圍

圖2.221(2艙段有限元模型.2用于疲勞強度的熱點應力評估的有限元模型,應選取貨艙區(qū)以目標艙為中心的三艙段全寬模型,且端部需根據(jù)實際結(jié)構(gòu)包括完整的艙壁、凳結(jié)構(gòu)，見圖222.2。圖222.2艙段有限元全寬模型系規(guī)定x——沿船長方向，向首為正；y——沿橫向，從縱中剖面向左舷為正;z——沿垂向，基線向上為正。有限元模型2.2.4.1選擇單元類型應按照以下原則:(1承受側(cè)向載荷的扶強材使用梁單元，不承受側(cè)向載荷的扶強材可使用桿單兀O(2船體的內(nèi)外殼板、強框架、縱桁、肋板、平面艙壁桁材、肋骨等的高腹板以及槽型艙壁和壁凳用板單元模擬。建模中應盡可能使用少使用三角形單元,特別是高應力區(qū)域和開孔周圍、肘板連接處和折角連接處等應力梯度大的區(qū)域,應避免使用三角形單元。(3板單元長寬比應不超過3,在可能產(chǎn)生高應力或高應力梯度的區(qū)域，板單元的長寬比應盡可能接近lo224.2有限元網(wǎng)格應盡可能遵從結(jié)構(gòu)中骨材的實際排列方式，以表示骨材之間的實際板格，具體劃分時應按照以下原則：(1船底板、舷側(cè)外板、甲板、縱艙壁、內(nèi)底板，橫向每相鄰兩個縱骨之間為一個單元,沿縱向，單元長度應不大于縱骨間距的兩倍;對于邊艙橫艙壁、制蕩艙壁，每相鄰垂直扶強材之間為一個單元;橫框架、垂直桁材、撐材和水平桁材上,每相鄰腹板加強筋之間為一單元。(2雙層底縱桁和肋板、甲板強橫梁、邊艙強框架及其水平桁、邊艙橫撐材沿腹板高度至少劃分3個網(wǎng)格。如果腹板高度較小,則可以劃分兩個網(wǎng)格，但在腹板每兩個相鄰加強筋之間至少為一個網(wǎng)格,且與相鄰構(gòu)件的網(wǎng)格匹配。(3邊艙強框架的網(wǎng)格應描述強框架上開孔的實際形狀;對主要支撐構(gòu)件的大肘板自由邊的曲率應準確描述，以避免由于幾何不連續(xù)導致不真實的高應力。(4槽形艙壁和壁凳應用殼單元建模,模型應包括壁凳隔板和壁凳板上的內(nèi)部縱向、垂向加強筋，槽條面板、腹板的殼單元網(wǎng)格應遵循壁凳的骨材間距。(5以梁單元建模的骨材，應與實際結(jié)構(gòu)位置匹配，彎曲中心或者剪切中心偏移方向與帶板法線方向一致，并與板單元協(xié)調(diào)。2.2.43在前后端面中和軸與縱中剖面相交處各建一個獨立點，端面各縱向構(gòu)件節(jié)點自由度與獨立點相關。224.4結(jié)構(gòu)尺寸采用船舶建造厚度，應充分反應基于強度原因的加強，但對于船東的特殊設計要求的尺寸或加強不予考慮。224.5板單元許用應力標準采用的是膜應力，即:彎曲板單元的中面應力。梁單元采用的是軸向應力。2.2.5細化網(wǎng)格模型按照本章2.5進行詳細應力評估的有限元模型中高應力區(qū)域的網(wǎng)格細化應滿足本條要求。高應力區(qū)域細化分析模型使用以下兩種方法：(1細化區(qū)域可直接包含在整船分析的有限元模型中。(2細化區(qū)域的詳細應力可用單獨的子模型分析。225.3細化網(wǎng)格劃分應滿足以下原則：(1細化區(qū)域的單元尺寸應為相應區(qū)域普通扶強材間距的四分之一左右或八分之一左右。(2單元的長寬比不超過3,四邊形單元的角應盡可能為90°,或者在45。和135°之間,應盡量避免三角形單元的使用。(3細化網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)所有板材應以板單元表示，包括扶強材。2.2.6精細網(wǎng)格模型按照第4章要求進行疲勞分析的熱點應力評估的有限元模型的熱點區(qū)域精細網(wǎng)格細化應滿足本條要求。226.2用于熱點應力評估的整艙段有限元模型范圍應滿足2.222要求,熱點區(qū)域應采用精細網(wǎng)格建模，見圖226.2。圖2.262精細網(wǎng)格的整體艙段模型的部分2.2.6.3熱點區(qū)域精細網(wǎng)格單元尺寸應近似等于評估區(qū)域的板凈厚度,單元長寬比應接近1,過渡網(wǎng)格應從熱點位置向外所有方向至少四分之一肋骨范圍。圖2.264精細網(wǎng)格過渡區(qū)域示意圖226.4網(wǎng)格尺寸應從精細網(wǎng)格逐漸過渡到細化網(wǎng)格,過渡區(qū)域如圖226.4所示。過渡區(qū)域內(nèi)所有構(gòu)件，包括肘板、扶強材、縱骨、橫框架面板凳，應使用板單元建模。焊接的幾何形狀不必建模。2.2.6.5精細網(wǎng)格有限元模型單元尺寸采用凈厚度，按照建造厚度減去0.5tc求得。主要構(gòu)件腐蝕增量tc見表2.265。船體主要構(gòu)件腐蝕增量表2.265(1干散貨艙上部對應于貨艙高速的上三分之一區(qū)域。(2縱艙壁為整體傾斜，則為內(nèi)底向上1/3區(qū)域?？v艙壁為上部垂直下部傾斜，則為下部傾斜區(qū)域。2.3屈服強度評估一般要求231.1貨艙區(qū)船體結(jié)構(gòu)屈服強度評估應按照本節(jié)要求進行。2.3.2計算工況2.3.2.1屈服強度典型計算工況的選取按照表232.1的要求。2.322對于裝載手冊中未設計多港裝載的船舶,多港口1(MP1、多港口2(MP2、多港口3(1^^3、多港口4(\?>4、多港口5(MP5、多港口6(MP6可不校核。23.2.3除表2.321規(guī)定的典型工況,還應考慮裝載手冊中其他特殊裝載工況。23.2.4對于擬取得ELI00附加標志的船舶,應補充下述快速裝載過程中的港內(nèi)工況；如快速裝載手冊中存在更為嚴重的其它裝載工況,也應進行結(jié)構(gòu)強度直接計算。屈服強度計算工況表2.321注：TSC:結(jié)構(gòu)吃水;TNB:正常壓載吃水;THB:重壓載吃水。壓載吃水以該壓載工況船中最大吃水為準。MSW,S:中垂許用靜水彎矩;MSW,H:中拱許用靜水彎矩;MSW,P,S:中垂許用港內(nèi)靜水彎矩;MSW,P,H:中拱許用港內(nèi)靜水彎矩MFull:均勻裝載工況下，貨艙內(nèi)貨物去虛擬密度(載貨量/艙容撮小取1.0t/m3裝至艙口圍頂部時的載貨量,t;MH:最大吃水時，均勻裝載下貨艙內(nèi)實際載貨量,t。重貨密度按裝載手冊中最大貨物密度取值。ELI0()標志，應計算港內(nèi)3-8工況。如邊艙中存在永久性的空艙，在計算中作為空艙處理。2.3.3載荷計算外部載荷(1滿載工況舷外水壓力由靜水壓力和波浪水動壓力兩部分組成在基線處:wbCdP5.110+=kN/m2在水線處:wwCP3=kN/m2在舷側(cè)頂端處:03PPs=kN/m2甲板上的水動壓力：04.2PPd=kN/m2式中：(67.OOdDCPw-=300mL90m100300(75.105.1<<—=LCw350mL300m75.10?=500mL350m150350(75.105.1<<-=L(2其他狀態(tài)在基線處：abdP10=kN/m2在水線處:0.0=wPkN/m2式中:da 對應裝載工況下的實際吃水,mo上述給出了基線、水線、舷側(cè)頂端處的水動壓力計算公式，舷側(cè)其他部位的舷外水壓力按線性插值確定。2.332內(nèi)部載荷(1礦砂產(chǎn)生的壓力按下式計算dbbcihkCaP35.01(100+=pkN/m2式中：cp 貨物密度,t/m3;]067.0100300(75.10[35.10LVLLa+-=(90m<L<300m]2,025.32[1LVL+=(300m<L<500ma3a222cos5.045(tansin+-=obka—板與水平面之間的夾角(如,艙壁、舷側(cè)板為90o，內(nèi)底板為Oo;5——貨物的休止角(礦石為35o;hd——計算點至貨物頂面的垂直距離,m。貨物頂面的橫向形狀如圖2.332,船長方向認為是均勻分布的。貨物頂面,沿縱向均布;沿橫向，為拋物線方程：1(22yhzs-x=b=B1/2,B1為拋物線頂面與艙壁相交處連線寬度（5=35o拋物線部分的面積為A=5tan322bzhhzhdbsd-++=0式中：hd 貨物頂面至計算點的距離,m;zs——貨物頂面至連線的距離,m;hdb——雙層底高度,m;z 計算點的垂向坐標,從基線量起,m;hO——應根據(jù)該艙的載貨量、貨物密度以及橫剖面形狀計算,m圖2.332貨物頂面形狀(2液體壓力壓載艙內(nèi)液體產(chǎn)生的壓力通過下式確定：0(2.5Pghp=+kN/m2式中：p0——艙內(nèi)液貨的密度,不小于1.025t/m3;h——艙頂?shù)接嬎泓c的垂直距離,m。233.3端面彎矩端面彎矩施加在模型前后端面的獨立點上，按照下式計算:rwsMMMM-+=式中：Ms——靜水彎矩，取許用靜水彎矩，當采用半寬模型時，取1/2值；Mw——波浪彎矩，按2.333(1計算，當采用半寬模型時，取1/2值；Mr——局部載荷產(chǎn)生的附加彎矩，按233.3(2計算；(1船體梁各橫剖面的中拱波浪彎矩(+和中垂波浪彎矩(-應按下列公式計算：WM(+=1902MwBFCLBCx310WM(-=-1102MwFCLB(BC+0.7x310kN-m式中：FM——彎矩分布系數(shù)，見圖233.3。FFEAE圖2.333彎矩分布系數(shù)L 規(guī)范船長,m;B 船寬,m;CB——方形系數(shù)，但計算取值不小于0.60;Cw——系數(shù)，按2.331(1計算：(2彎矩Mr是由于局部載荷引起的附加彎矩，按以下方法計算。(a當如圖221所示的L1=L2=0.5Lm時記中間艙段模型的線性均布壓力為Qm,兩端艙段的線性均布壓力為Qe,沿Z軸正向為正：mmcagrobmLWbPQ/-x=eecagrobeLWbPQ/-x=式中：Pb——船底外壓，見2.3.3.1,kN/m2;Wmcargo——中間貨艙的貨物重量(含壓載水的重量，當采用半寬模型時，取艙內(nèi)總重量的一半,kN;第13頁Wecargo——端部貨艙的貨物重量(含壓載水的重量，當采用半寬模型時，取艙內(nèi)總重量的一半,kN;Le 與Wecargo對應的端部貨艙長度,m;Lm——中間貨艙長度,m;

LO段模型的總長度,LO段模型的總長度,m;b——模型的寬度，當采用半寬模型時等于B/2,B為型寬,m;202321323LQLQMemrx+x=kNm(b當如圖2.1.1所示的L1HL2/0.5Lm時，可用梁彎曲理論進行計算,壓力采用(a中建議的值,Mr取模型中目標艙區(qū)域中拱時最大值或中垂時最小值。。234邊界條件.4.1如果載荷左右對稱,則縱中剖面內(nèi)節(jié)點的橫向線位移為0,繞縱中剖面內(nèi)兩個坐標軸的角位移為0,即:3y=0x=0z=0;4.2如果載荷左右反對稱，則縱中剖面內(nèi)節(jié)點沿縱中剖面內(nèi)兩個坐標軸方向的線位移為0,繞垂直于縱中剖面的坐標軸的角位移為0,即:3x=8z=0y=O;.4.3端面約束:一端獨立點約束8x,8y,5z,0x,0z,另一端獨立點約束8y,5z,0x,0z，如表2.3.43;圖234.1端面約束邊界條件施加表（載荷對稱半寬模型表234.3注：①cons. 表示對應的位移約束；②Link——面內(nèi)相關點位移與獨立點連接；③BM 端面所受的總體彎矩。④采用全寬模型，無縱中剖面約束，在表234.3基礎上，端面A、B須關聯(lián)y位移。2.3.5許用應力.5.1對應于標準工況主要構(gòu)件的應力一般不超過表2.351中給出的值。對于艙壁，槽型端部的應力可以通過艙壁板內(nèi)的平均應力外推得到。3平均剪應力t系指主要構(gòu)件的腹板深度范圍內(nèi)的平均剪應力。對于應力集中和形狀很差的單元應力可以不采納。最大許用應力表235.1第14頁強度評估一般要求有限元方法評估貨艙區(qū)主要構(gòu)件的平板屈曲強度應按照本節(jié)要求進行。2.4.1.2屈曲強度評估有限元模型按照本章2.2節(jié)要求進行,計算工況與載荷按照2.3節(jié)屈服強度要求進行。區(qū)主要構(gòu)件下列區(qū)域在進行屈曲強度評估是應引起注意:(1雙層底肋板,特別在艙段中間部位(2雙層底縱桁和舷側(cè)縱桁，特別是：臨近艙壁或凳的艙的兩端從艙壁或底凳算起的第一個開孔板在艙中部3頂艙，甲板和舷側(cè)內(nèi)外板4船底板和內(nèi)底板，特別是：臨近艙壁或凳的艙的兩端艙中部(5艙壁和凳板，特別是：在跨中和鄰近凳的部位凳的外側(cè)板平板屈曲計算基于表2.4.1.4中給出的標準減縮厚度。在屈曲計算中，所必需的最小屈曲安全系數(shù)X如表2.4.2所示。第15頁標準減縮厚度，用來計算臨界屈曲應力表2.4.1.4平板屈曲所需要的安全因子X表2.4.1.52.4.2計算方法有限元模型應滿足2.2節(jié)結(jié)構(gòu)建模要求，網(wǎng)格按照基本網(wǎng)格建模。2A.2.2工況定義、載荷計算和邊界條件按照2.3節(jié)要求進行。應考慮雙向軸向壓應力和剪應力，一般情況下板內(nèi)的中面應力用來計算屈曲計算。4屈曲強度，按以下要求進行：(1由有限元計算得到的應力，按表2.4.1.4的標準減薄厚度進行應力修正?！駻=5/(t-tr式中：oA 屈曲計算中的工作應力；o——由有限元計算得到的應力；t——有限元計算中所使用的原始板厚值；tr——表3.4.1中所列的標準減薄厚度。(2臨界屈曲應力及彈塑性修正①短邊受壓板格彈性臨界屈曲應力oxcr_e定義如下：第16頁第17頁22_12(12(1xcrexEtkCs7rav=-N/mm2式中：kx——短邊受壓屈曲系數(shù)，見表2.424(1要求計算；C1——邊界約束系數(shù)，見表2.424(2,同時還應考慮以下情況：C=1.3,由肋板或高腹板梁扶強的板格;C=1.21,加強筋是角鋼或T型材；C=1.10,加強筋是球扁鋼；C=1.05,加強筋是扁鋼；t 板格厚度,mm;定義為板s——板格的短邊長度,mm。取縱骨、加強筋或扶強材間距;x格長邊軸向。定義為板板格屈曲系數(shù)表2.424(1第18頁32321S1S<>板格邊界約束系數(shù)Cl、C2表2.424(2②長邊受壓板格彈性臨界屈曲應力oycr_e定義如下：22_22(12(1yereyEtkCs兀ov=?N/mm2式中：ky——長邊受壓屈曲系數(shù)，按表2.4.2.4(1計算:C2——邊界約束系數(shù)，按表2.42.4(2計算;y——定義為板格短邊軸向。其余符號同①③受剪切板格彈性臨界屈曲應力nr_e定義如下：22_22(12(1ycreyEtkCstttv="N/mm2式中：第19頁2434.51skt(+=其余符號同①、②。④應對板格的臨界彈性屈曲應力進行修正，彈塑性修正公式如下:((_2(142eHxcrexcreyereyerexcreHeHyereHxcrexcreyereyereRRRRaoo>11當當-<=241(2eereerSSSecrecrcrTTTTTTTTT當當式中：oxcre,oycr_e>icre 分別為板格在單軸應力作用下的X軸、Y軸的彈性臨界屈曲壓應力和臨界屈曲剪應力,見①、②、③;ReH——材料屈服強度，N/mm2;tS 3SGo(3屈曲強度校核①按表2.424(3計算板格在復合應力作用下的臨界屈曲應力與計算的實際壓應力之比X應不小于表2.4.1.5中的安全因子。②ox、oy、Txy在計算時取絕對值計入。若X軸、Y軸的工作應力為拉應力時,該應力分量取為零。入計算值表24.2.4(3第20頁式中：xcrxyery1aooa=k,xcrxcrxy2oott=k,yerycrxy3oott=k注：①ox、oy、Txy分別為板格中板單元所受的X軸、丫軸的工作壓應力和剪應力。②oxer、oyer、ter分別為板格在單軸應力作用下的X軸、丫軸的彈塑性修正后的臨界屈曲壓應力和臨界屈曲剪應力。2.5詳細應力評估一般要求貨艙區(qū)主要構(gòu)件詳細應力評估應按照本節(jié)要求進行。2.5.2評估部位(1規(guī)定的部位應進行細化網(wǎng)格有限元分析(2規(guī)定的部位，如果在艙段模型分析中相當應力超出90%許用應力時，則應進行細化網(wǎng)格有限元分析。細化的部位為：(a縱艙壁與內(nèi)底板相交處;(b縱艙壁折角處;(c縱艙壁與甲板相交處;(d槽型橫艙壁與底凳相交處;(e底凳與內(nèi)底相交處;(f艙口角隅處；(g平面橫艙壁水平桁的趾端;(h平面橫艙壁垂直扶強材與甲板縱骨、外底縱骨相交處;(i高應力區(qū)域開孔處。2.5.3有限元模型2.5.3.1艙段整體模型應按照2.2節(jié)要求進行,細化網(wǎng)格模型應滿足2.2.5要求。2.53.2采用子模型方法細化時,子模型的最小范圍是:子模型的邊界對應于相鄰主要支撐構(gòu)件所在的位置。2.5.3.3對于2.5.2(2中e?h部位，如果細化網(wǎng)格尺寸不足以模擬結(jié)構(gòu)細部，則可采用更小的網(wǎng)格尺寸。2.5.4細化網(wǎng)格強度標準254.1細化網(wǎng)格尺寸為1/4骨材間距時,以粗網(wǎng)格應力衡準的1.2倍為許用應力。2.542當按253.3采用更小的網(wǎng)格尺寸,2.5.4.1應力衡準適用于與之規(guī)定尺寸的單個單元相當?shù)膮^(qū)域中所包含的所有單元的平均應力。第3章整船結(jié)構(gòu)強度直接計算一般規(guī)定對于船長在350米及以上的礦砂船，應進行整船結(jié)構(gòu)強度直接計算。對于船長在300米及以上的礦砂船，一般應采用整船結(jié)構(gòu)直接計算方法對其貨艙區(qū)主要結(jié)構(gòu)的強度進行評估。對擬采用直接計算法進行整船主要結(jié)構(gòu)總體強度(不包括扭轉(zhuǎn)強度評估的礦砂船，其計算模型、載荷工況及載荷計算、強度衡準可按本指南的規(guī)定。整船結(jié)構(gòu)強度有限元直接計算流程見圖3.1.3。圖3.1.3整船結(jié)構(gòu)直接計算流程圖第21頁結(jié)構(gòu)有限元建模有限元模型范圍整船三維有限元模型應覆蓋整個船長、船寬范圍的船體結(jié)構(gòu),包括所有的船體主要構(gòu)件,如甲板結(jié)構(gòu)、舷側(cè)結(jié)構(gòu)、雙層底結(jié)構(gòu)、橫艙壁、內(nèi)殼縱艙壁、腦胴結(jié)構(gòu)等;機艙內(nèi)主機、上層建筑、尾軸等可以作適當簡化處理;小肘板、小開口或開孔可忽略。典型礦砂船整船有限元模型如圖321所示。坐標系整船模型的總體坐標系采用右手直角坐標系，原點設在目標船縱中剖面內(nèi)尾垂線和基線相交處：x軸:縱向軸，從船腥指向船腦為正；y軸:橫向軸，從中心線向左舷為正；z軸:垂向軸，從基線向上為正。圖3.2.1.典型礦砂船整船有限元模型323有限元建模選擇單元類型應按照224.1的要求。主機、大型設備，可采用集中質(zhì)量單元建模。軸向受拉壓作用的支柱可采用桿單元建模。.2有限元網(wǎng)格劃分原則按照2.242的要求。并對貨艙區(qū)域以外結(jié)構(gòu)，應符合以下要求：外區(qū)域，若采用橫骨架式的甲板、平臺、外板，以相鄰兩個橫骨之間為一個網(wǎng)格,寬度方向不能大于兩個橫骨間距,并且與相鄰構(gòu)件網(wǎng)格協(xié)調(diào)；其他主要構(gòu)件板單元的網(wǎng)格劃分,參照貨艙區(qū)網(wǎng)格劃分方法，以骨材、加強筋的實際位置作為網(wǎng)格劃分依據(jù)，對構(gòu)件連接區(qū)域、型線變化大的區(qū)域，可適當進行局部調(diào)整。、艇尖艙及機艙，以簡化或等效處理方式建模，須滿足計算精度要求。并且考慮剪切工況中最大剪力位置出現(xiàn)在腦服區(qū)域時,須保證該區(qū)域網(wǎng)格與貨艙區(qū)具有相同的精度。324細化網(wǎng)格模型有限元計算下列區(qū)域應力結(jié)果超過3.5.1規(guī)定的許用應力的95%時,則應予以細化網(wǎng)格分析：(1應力最大的橫向主要支撐構(gòu)件:雙層底、邊艙、縱艙壁；(2橫艙壁及相關底凳:槽條與底凳的連接部分應力最大處、底凳與內(nèi)底的連接部應力最大處；(3內(nèi)底與斜縱艙壁的連接部應力最大處:內(nèi)底、斜縱艙壁、肋板、縱桁；(4應力最大的艙口角隅處的甲板。3.2A.2細化分析模型可采用225.2的兩種方法。324.3細化網(wǎng)格劃分應滿足2.253的要求。3.2.5空船重量、重心調(diào)整.5.1調(diào)整原則整船模型以艙段進行屬性定義，保證整船質(zhì)量分布應與船舶靜水浮態(tài)相匹配。總重力與總浮力的誤差不超過排水量的0.0001倍。且質(zhì)心與浮心的縱坐標誤差不大于0.0025L,橫向坐標誤差不大于0.001B。調(diào)整方法裝、建模引起的差異,可以通過修改材料密度進行調(diào)整；型設備，如主機等,可采用虛擬梁單元或集中質(zhì)量單元等方法進行調(diào)整。及載荷計算工況由裝載工況和波浪載荷工況組成。一般應計算的裝載工況見表3.3.1,如有隔艙裝載、多港等工況，也應考慮作為計算工況。選取裝載手冊中典型裝載下中拱、中垂最大靜水彎矩和靜水剪力最大的工況作為裝載工況。述裝載工況基礎上疊加相應的波浪載荷工況見表3.3.3。采用波浪載荷預報直接計算程序計算波浪載荷(參見附錄1,主要控制參數(shù)應為垂向波浪彎矩、垂向波浪剪力,概率水平一般取10-8o的確定礦砂船的載荷包括外部水壓力、貨艙內(nèi)貨物載荷和液艙內(nèi)部的載荷。各載荷分量計算如下。水壓力外部水壓力包括外部靜水壓力和波浪水動壓力。(1外部靜水壓力(SSLCpgTzp=-式中：pS——海水密度，取1.025t/m3;g——重力加速度，取9.81m/s2;TLC——所考慮裝載工況下的吃水,m;載荷點的垂向坐標,m，且應不大于TLC,見圖334.1。圖334.1舷外海水靜壓力按計算工況的吃水，作用在船體外部濕表面。（2波浪水動壓力用波浪載荷直接計算方法求得濕表面單元上的波動壓力，施加于船體外殼單元上（參見附錄1o3.34.2貨艙內(nèi)礦砂載荷貨艙內(nèi)礦砂載荷包括由礦砂引起的靜壓力、慣性壓力和剪切載荷。（1礦砂引起的靜壓力貨艙內(nèi)礦砂的靜壓力由下式計算（CSCCCDBpgKhhzp=+-（2礦砂引起的慣性力貨艙內(nèi)礦砂由于船體運動產(chǎn)生的慣性力,由下式計算:(((0.250.25CWCXGYGCZCDBpaxxayyKahhzp=-+-++J1LJ(3礦砂引起的剪切載荷靜水中礦砂由于重力引起的剪切載荷PCS-S(向下至內(nèi)底板為正值，kN/m2,由下式得出：(sincossinCSSCCDBPghhzpv|/aa-=+-波浪中礦砂由于垂向加速度引起的剪切載荷PCW?S?V(向下至內(nèi)底板為正值，kN/m2,由下式得出：(sincossinCWSVCZCDBPahhzpyaa-=+-波浪中礦砂由于縱向加速度引起的剪切載荷PCW-S-L(向前為正值，kN/m2,由下式得出：((0.75cos0.75CXCDBCWSLCXCDBahhzPahhzpap—+-(I+-ll貨艙內(nèi)縱向構(gòu)件貨艙內(nèi)橫向構(gòu)件波浪中礦砂由于橫向加速度引起的剪切載荷PCW-S-T(上風舷為正值,kN/m2,由下式得出：((YY0.750.75cosCCDBCWSTCCDBahhzPahhzppa-+-fl={+-1I貨艙內(nèi)縱向構(gòu)件貨艙內(nèi)橫向構(gòu)件式中：pc 礦砂密度,t/m3;g 重力加速度，取9.81m/s2;(a\|/a22sinsinIcos-+=CKa——板與水平面之間的夾角，度;v——礦砂的休止角，取為35°;aX、aY和aZ——分別是所考慮貨艙的縱向加速度、橫向加速度和垂向加速度,m/s2,由載荷預報直接計算得到,具體參見附錄1;xG、yG 所考慮貨艙形心在全局坐標系中的X,Y坐標,m;x,y,z 計算點在總坐標系下的船長、船寬和垂向坐標,m;hDB——雙層底高度,m;hC——所考慮裝載工況下礦砂上表面距離內(nèi)底板的高度,m;分別按以下裝載形式計算:(a礦砂密度使貨艙未裝載至上甲板時，礦砂貨物頂面的橫向形狀如圖334.2(1,船長方向認為均勻分布、沿橫向為拋物線方程：OCshzh=+hO——貨物連線至內(nèi)底的距離,根據(jù)該艙的載貨量、貨物密度以及橫剖面形狀計算,m;zs——貨物頂面至連線的距離,m;22(1syzhb=x-b=B1/2,B1為拋物線頂面與艙壁相交處連線寬度;頂面至連線的最大距離為：h=tan2bV拋物線部分的面積為:

A=22tan3b\\f圖334.2(1貨物頂面形狀(b礦砂密度足以使貨艙裝載到艙口圍板頂部時，礦砂上表面應以艙壁為界限的貨艙內(nèi)，按相同貨物體積所確定的等效水平表面，礦砂貨物頂面的橫向等效形狀如圖334.2(2。12Chhh=+式中：頂?shù)市卑逑卵刂羶?nèi)底的距離,m;h2頂?shù)市卑逑卵刂霖浳锏刃矫娴母叨?m，根據(jù)該艙的頂?shù)?、甲板、h2艙口圍形狀計算:CHCLBVh22=VHC——頂?shù)市卑逑卵匾陨现僚摽趪涎氐呢浥擉w積,m3;B2——頂?shù)市卑逑卵刂霖浳锏刃矫娴钠骄鶎挾?m，可近似取頂?shù)市卑逯悬c處貨艙寬度；CL——貨艙長度,m;圖334.2(2貨物頂面等效形狀3.3.4.3液艙內(nèi)的液體載荷液艙內(nèi)液體載荷包括液體如壓載艙內(nèi)壓載水和油艙內(nèi)燃油等液體引起的靜水壓力和慣性壓力。(1液體引起的靜水壓力：(BSLtopairpgzhzp=+-(2液體引起的慣性壓力液體由于運動引起的對船體的慣性壓力由下式進行計算：((([]zhzayyaxxapairTOPzyxLBW-++-+-=00p式中：Lp 液體密度,t/m3;TOPz——正浮工況下液艙頂點的Z坐標,m;airh——空氣管或溢流管高度,m;ax、ay和az——分別是所考慮液艙的縱向加速度、橫向加速度和垂向加速度,m/s2,由載荷預報直接計算得到,具體參見附錄1;x,y,z 計算點在總坐標系下的坐標,m;x0,y0,z0 參考點坐標,m,見圖334.3(1-圖3.3.43(3;注:對于非平行液艙，參考點取加速度方向上液艙頂點位置。圖334.3(1垂向加速度產(chǎn)生的液艙內(nèi)部壓力圖334.3(2橫向加速度產(chǎn)生的液艙內(nèi)部壓力注:壓載艙設計為徑流法作為壓載水交換的方法，則參考點z0應取在艙室空氣管/溢流管的頂點位置處。圖334.3(3縱向加速度產(chǎn)生的液艙內(nèi)部壓力慣性平衡及邊界條件空船慣性力指僅由船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量（不包括貨物、壓載水等質(zhì)量組成的質(zhì)量模型與節(jié)點運動加速度相乘求得的慣性力。各節(jié)點上慣性力的施加及整船有限元模型的外力動態(tài)平衡可以通過加載及動平衡調(diào)整來實現(xiàn)。整船動平衡調(diào)整的一般處理流程如圖3.4.2所示。其中，在完成外部水壓力、空船慣性力和貨物載荷加載工作后,船體梁模型應處于動平衡狀態(tài),此時的外部水動壓力應與空船慣性力和貨物載荷相平衡。對每一種載荷工況，應計算和檢查模型在x、y和z軸三個方向上的不平衡力的大小。在迎浪工況下，各個方向上的不平衡力應不超過排水量的1%;對于橫浪和斜浪工況,不平衡力的大小應不超過排水量的2%。在進行結(jié)構(gòu)有限元分析以前,不平衡力將通過慣性釋放方法予以消除。圖3.4.2整船動平衡調(diào)整的一般處理流程慣性釋放約束條件整船動態(tài)平衡調(diào)整后,計算模型已處于自由動態(tài)平衡狀態(tài),為消除剛體位移,須對模型施加邊界約束。采用慣性釋放功能進行結(jié)構(gòu)強度分析時,需要對一個節(jié)點進行6個自由度的約束（虛支座。針對該支座，程序首先計算在外力作用下每個節(jié)點在每個方向上的加速度，然后將加速度轉(zhuǎn)化為慣性力反向施加到每個節(jié)點上,由此構(gòu)造一個平衡的力系（支座反力等于零。求解得到的位移描述所有節(jié)點相對于該支座的相對運動。在MSC.Nastran和ANASYS軟件中，可通過設定參考點進行邊界約束。選擇模型中一個節(jié)點作為慣性釋放參考點，如圖3.4.3所示。圖3.4.3參考點位置示意圖一般在船底平板龍骨（縱中剖面處在船艄（節(jié)點1末端處選取為“參考點”，或在船底平板龍骨（縱中剖面處在船中（節(jié)點2處選取為“參考點”。應力衡準整船有限元應力衡準板材（包括桁材腹板的許用應力為：[]Ke72359.Ox=oN/mm2梁單元的許用應力為：[]Ka/2359.0x=oN/mm22局部有限元細化的應力衡準3.5.2.1細化網(wǎng)格尺寸為1/4骨材間距時,細化網(wǎng)格模型的應力衡準應取為整船有限元許用應力的1.2倍。352.2細化網(wǎng)格尺寸為1/8骨材間距時,細化網(wǎng)格模型的應力衡準應取為整船有限元許用應力的1.4倍。第4章疲勞強度評估一般要求本章要求適用于船長150m及以上，設計壽命為25年的礦砂船進行疲勞強度評估。貨艙區(qū)域縱向構(gòu)件應按照CCS《船體結(jié)構(gòu)疲勞強度指南》的要求進行名義應力法的疲勞強度評估。貨艙區(qū)主要構(gòu)件熱點應力疲勞強度評估按照本章要求進行。評估部位為縱艙壁與內(nèi)底連接處。艙口角隅疲勞強度評估按照本章4.6節(jié)要求進行。有限元建模整體艙段有限元模型應滿足2.2節(jié)要求，模型范圍應滿足222.2要求。熱點區(qū)域精細網(wǎng)格應滿足226要求。采用子模型方法時子模型的最小范圍應滿足2.533要求。424邊界條件4.2.4.1模型兩端應按表424.1(1和表424.1(2要求簡支。端部兩剖面的縱向構(gòu)件節(jié)點應與位于中心線上中和軸處的獨立點剛性關聯(lián),見表4.2.4.1(lo兩端獨立點應按表424.1(2約束。兩端的剛性關聯(lián)表424.1(1獨立點的支撐條件表4.2.4.1(24.3工況與載荷裝載工況疲勞強度評估的裝載工況取滿載、輕壓載和重壓載三種裝載狀態(tài)。對于每種裝載工況，應于考慮的載荷工況為：(a與EDW“H”對應的“H1”和“H2”(迎浪(b與EDW“F”對應的“F1”和“F2”(隨浪(c與EDW“R"對應的"R1”和"R2”(橫浪(d與EDW“P”對應的“Pl”和“P2”(橫浪計算工況根據(jù)裝載工況與載荷工況結(jié)合，見表4.3.1.3。第33頁疲勞強度評估的計算工況表4.3.1.3注:aT:型吃水;TNB:正常壓載工況下吃水;THB:重壓載工況下吃水。備注:1計算干貨壓力時,貨物密度應取MH/VH。2僅當中間艙不被指定為壓載艙時，該工況才要求。3僅當中間艙被指定為壓載艙時，該工況才要求。4空艙位置應根據(jù)實際裝載情況確定。第34頁第35頁載荷計算船舶運動加速度系數(shù)，按下式計算(02346001.580.47pBafCLL)=-\)式中：方形系數(shù)。fp——與概率水平對應的系數(shù)，疲勞強度評估取0.5。CB方形系數(shù)。橫搖周期TR,s，和橫搖單幅值，deg，由下式得出：GMkTrR3.2=((兀075025.025.19000+-=BkfTbpR式中：kb 系數(shù)，?。簁b=1.2,無觥龍骨的船舶;kb=1.0,有毗龍骨的船舶;橫搖回轉(zhuǎn)半徑,m，沒有確切數(shù)值時,按下式計算:kr=0.35B輕貨均勻滿載kr=0.42B重貨均勻滿載kr=0.45B正常壓載kr=0.40B重壓載GM——所考慮裝載工況的穩(wěn)性高度,m沒有確切數(shù)值時,按下式計算:GM=0.12B輕貨均勻滿載GM=0.25B重貨均勻滿載GM=0.33B正常壓載GM=0.25B重壓載縱搖周期TP,s，和橫搖單幅值①,deg，由下式得出：gTP7tX2=4960BPCVLf=(D式中06(1LCSTLTX=+蕩引起的加速度,m/s2,由下式得出：第36頁gaaheave0=橫蕩引起的加速度,m/s2,由下式得出：gaasway03.0=縱蕩引起的加速度,m/s2,由下式得出：gaasurge02.0=意一點的縱向、橫向和垂向加速度參考值由下式得出：?縱向xpitchXPsurgeXSXGXaCaCgCa++=<Dsin?橫向yrollYRswayYSYGYaCaCgCa++=0sin?垂向zpitchZPzrollZRheaveZHZaCaCaCa++=式中:CXG,CXS,CXP,CYG,CYS,CYR,CZH,CZR和CZP為載荷組合因子，見表4.3.2.7o載荷組合因子表4.327apitchx 縱搖引起的縱向加速度，m/s2第37頁RTaPxpitch22180IIJ1arolly 橫搖引起的縱向加速度,m/s2RTaRyroll22180lIJ1arollz 橫搖引起的垂向加速度,m/s2yTaRzroll22180IIJ1=nnBapitchz 縱搖引起的垂向加速度m/s2(LxTaPzpitch45.021802-IUKm①其中(0.45xL-應取不小于0.2L;min(,422LCTDDRz=-+43.2.8靜水彎矩應不小于下式計算得到的值,kN-m;如由設計者規(guī)定，可考慮更大的值。?中拱工況：175(0.71OSWHWBWVHMCLBCM-=+-?中垂工況：23,,175(0.71OSWSWBWVSMCLBCM-=+-式中:HWVM,和SWVM,是垂向波浪彎矩,kN-m,定義見432.9。43.2.9垂向波浪彎矩,kN-m,按下式公式得到：?中拱工況:23,19010WVHMPWBMFfCLBC-=?中垂工況：23,110(0.710WVSMPWBMFfCLBC-=+式中：第38頁FM——分布因子(見圖2.333。432.10垂向波浪剪力,kN，按下式公式得到：230(0.710WVQPWBQFfCLBC-=+式中：FQ——表4.3.2.10所定義的正剪力和負剪力分布因子(見圖432.10。分布因子QF表4.3.2.10圖4.3210分布因子FQ4.3.2.11水平波浪彎矩,kN-m,按下式公式得到：第39頁2(0.32(XX)WHMPWLCBLMFfCLTC=+4.3.2.12波浪扭矩,kN-m,按下式公式得到：(21WTWTPWTMMfM+=式中：2110.4WTWBTMCBDCF=2220.22WTWBTMCLBCF=FT1,FT2——分布因子，定義如下：2sin(lLxFTn=(sin22LxFT?r=4.3.2.13外板上任何一點的總壓力p,kN/m2,應由下式得出，且不應為負值:WSppp+=式中：pS——靜水壓力,定義見(1；pw——視具體情況而定，與(2,(3或(4所定義的水動壓力相等的波浪壓力,并按(5修正。(1靜水壓力,對各裝載工況,外板上任何一點對應于靜水中吃水的靜水壓力Sp,kN/m2,由表4.3.2.13(1中公式得出(見圖4.3.2.13(1。靜水壓力pS表432.13(1第40頁圖4.3.2.13(1靜水壓力pS(2對于載荷工況Hl、H2、Fl和F2,水線以下外板上任何一點的水動壓力Hp和Fp,kN/m2,應按表4.3.2.13(2得出。壓力pF2分布示意圖見圖4.3.2.13(2。載荷工況Hl、H2、F1和F2的水動壓力表4.3.2.13(2式中：12(1253++-+=iLCinlpHFByTzLLCffpX;<0.12<iBy,z應取不大于LCiTnlf:考慮非線性影響的系數(shù)，取：nlf=0.9,對10-8概率水平nlf=1.0,對10-4概率水平k——沿船舶縱向的幅值系數(shù)，?。?021(121-+=LxByCkB,對5.0/0.0<<Lx35.043(61F=LxByCkB,對0.1/5.0<<Lxkp——沿船舶縱向的相位系數(shù)，取:第41頁25.0LCSLCpTTLLxTTk兀，對局部強度分析(非滿載工況，直接強度分析和疲勞強度評估Pk=-1.0,對局部強度計算(滿載工況1 波長,m，?。篖TTSLC1(6.0+=入,對載荷工況H1和H2LTTSLC321(6.0+=入，對載荷工況F1和F2圖4.3.2.13(2船中處水動壓力pF2的分布(3對于載荷工況R1和R2,水線以下外板上任何一點的水動壓力Rp,kN/m2，應由下列公式得出。壓力1Rp的分布示意圖見圖4.3.2.13(3。12(12588.Osin10(l+-++=ByLLCfyfppnlRXO12RRpp-=式中:fnl考慮非線性影響的系數(shù)，取:nlf=0.8,對10-8概率水平nlf=1.0,對10-4概率水平22RTgnk=y——載荷點丫坐標,m,左舷取為正值第42頁圖4.3.2.13(3船中處水動壓力pR1的分布(4對于載荷工況P1和P2,水線以下外板上任何一點的水動壓力pp,kN/m2，應由表4.3213(3得出。壓力Ipp的分布示意圖見圖4.3.2.13(4。載荷工況P1和P2的水動壓力表4.3.2.13(3式中：232(1255.4ByTzLLCffpLCinlpp+-+=Xnlf——考慮非線性影響的系數(shù)，?。簄lf=0.65,對10-8概率水平nlf=1.0,對10-4概率水平LTTSLC4.02.0(+=1y 載荷點Y坐標,m，定義見[1.4.1];第43頁圖4.3.2.13(4船中處水動壓力Ipp的分布(5對于水線處的正水動壓力(載荷工況Hl、H2、Fl、RI、R2和P1,舷側(cè)處水線以上的水動壓力CWp,,kN/m2,由下式得出(見圖4.3.2.13(5:?(,,zTgppLCiWLWCW-+=p,對LCiWLCiThzTW?0,=CWp,對LCiWThz+2式中：WLWp,——所考慮載荷工況下在水線處的正水動壓力gphWLWWp,=對于水線處的負水動壓力(載荷工況Hl、H2、F2、RI、R2和P