16z计算点的垂向坐标,从基线量起,m;hO——应根据该舱的载货量、货物密度以及横剖面形状计算,m图2.332货物顶面形状(2液体压力压载舱内液体产生的压力通过下式确定:0(2.5Pghp=+kN/m2式中:p0——舱内液货的密度,不小于1.025t/m3;h——舱顶到计算点的垂直距离,m。233.3端面弯矩
17端面弯矩施加在模型前后端面的独立点上,按照下式计算:rwsMMMM-+=式中:Ms——静水弯矩,取许用静水弯矩,当采用半宽模型时,取1/2值;Mw——波浪弯矩,按2.333(1计算,当采用半宽模型时,取1/2值;Mr——局部载荷产生的附加弯矩,按233.3(2计算;(1船体梁各横剖面的中拱波浪弯矩(+和中垂波浪弯矩(-应按下列公式计算:WM(+=1902MwBFCLBCx310WM(-=-1102MwFCLB(BC+0.7x310kN-m式中:FM——弯矩分布系数,见图233.3。
18FFEAE图2.333弯矩分布系数L规范船长,m;B船宽,m;CB——方形系数,但计算取值不小于0.60;Cw——系数,按2.331(1计算:(2弯矩Mr是由于局部载荷引起的附加弯矩,按以下方法计算。(a当如图221所示的L1=L2=0.5Lm时记中间舱段模型的线性均布压力为Qm,两端舱段的线性均布压力为Qe,沿Z轴正向为正:mmcagrobmLWbPQ/-x=eecagrobeLWbPQ/-x=式中:Pb——船底外压,见2.3.3.1,kN/m2;Wmcargo——中间货舱的货物重量(含压载水的重量,当采用半宽模型时,取舱内总重量的一半,kN;第13页Wecargo——端部货舱的货物重量(含压载水的重量,当采用半宽模型时,取舱内总重量的一半,kN;Le与Wecargo对应的端部货舱长度,m;
19Lm——中间货舱长度,m;
20LO段模型的总长度,m;b——模型的宽度,当采用半宽模型时等于B/2,B为型宽,m;202321323LQLQMemrx+x=kNm(b当如图2.1.1所示的L1HL2/0.5Lm时,可用梁弯曲理论进行计算,压力采用(a中建议的值,Mr取模型中目标舱区域中拱时最大值或中垂时最小值。。234边界条件1.1.4.1如果载荷左右对称,则纵中剖面内节点的横向线位移为0,绕纵中剖面内两个坐标轴的角位移为0,即:3y=0x=0z=0;1.24.2如果载荷左右反对称,则纵中剖面内节点沿纵中剖面内两个坐标轴方向的线位移为0,绕垂直于纵中剖面的坐标轴的角位移为0,即:3x=8z=0y=O;1.3.4.3端面约束:一端独立点约束8x,8y,5z,0x,0z,另一端独立点约束8y,5z,0x,0z,如表2.3.43;
21图234.1端面约束边界条件施加表(载荷对称半宽模型表234.3注:①cons.表示对应的位移约束;②Link——面内相关点位移与独立点连接;③BM端面所受的总体弯矩。④采用全宽模型,无纵中剖面约束,在表234.3基础上,端面A、B须关联y位移。2.3.5许用应力1.1.5.1对应于标准工况主要构件的应力一般不超过表2.351中给出的值。235.2对于舱壁,槽型端部的应力可以通过舱壁板内的平均应力外推得到。235.33平均剪应力t系指主要构件的腹板深度范围内的平均剪应力。235.4对于应力集中和形状很差的单元应力可以不采纳。最大许用应力表235.1第14页235.5强度评估235.5.1一般要求235.5.1.1有限元方法评估货舱区主要构件的平板屈曲强度应按照本节要求进行。2.4.1.2屈曲强度评估有限元模型按照本章2.2节要求进行,计算工况与载荷按照2.3节屈服强度要求进行。235.5.1.3区主要构件下列区域在进行屈曲强度评估是应引起注意:
22(1双层底肋板,特别在舱段中间部位(2双层底纵桁和舷侧纵桁,特别是:•临近舱壁或凳的舱的两端•从舱壁或底凳算起的第一个开孔板•在舱中部•3顶舱,甲板和舷侧内外板•4船底板和内底板,特别是:•临近舱壁或凳的舱的两端•舱中部(5舱壁和凳板,特别是:•在跨中和邻近凳的部位•凳的外侧板2.4.1.4平板屈曲计算基于表2.4.1.4中给出的标准减缩厚度。2.4.1.5在屈曲计算中,所必需的最小屈曲安全系数X如表2.4.2所示。第15页标准减缩厚度,用来计算临界屈曲应力表2.4.1.4平板屈曲所需要的安全因子X表2.4.1.52.4.2计算方法2.4.2.1有限元模型应满足2.2节结构建模要求,网格按照基本网格建模。
232A.2.2工况定义、载荷计算和边界条件按照2.3节要求进行。2.4.23应考虑双向轴向压应力和剪应力,一般情况下板内的中面应力用来计算屈曲计算。2.4.244屈曲强度,按以下要求进行:(1由有限元计算得到的应力,按表2.4.1.4的标准减薄厚度进行应力修正。◎A=5/(t-tr式中:oA屈曲计算中的工作应力;o——由有限元计算得到的应力;t——有限元计算中所使用的原始板厚值;tr——表3.4.1中所列的标准减薄厚度。(2临界屈曲应力及弹塑性修正①短边受压板格弹性临界屈曲应力oxcr_e定义如下:第16页第17页22_12(12(1xcrexEtkCs7rav=-N/mm2式中:kx——短边受压屈曲系数,见表2.424(1要求计算;C1——边界约束系数,见表2.424(2,同时还应考虑以下情况:C=1.3,由肋板或高腹板梁扶强的板格;C=1.21,加强筋是角钢或T型材;
24C=1.10,加强筋是球扁钢;C=1.05,加强筋是扁钢;t板格厚度,mm;定义为板s——板格的短边长度,mm。取纵骨、加强筋或扶强材间距;x格长边轴向。板格屈曲系数表2.424(1第18页32321S1S<>板格边界约束系数Cl、C2表2.424(2②长边受压板格弹性临界屈曲应力oycr_e定义如下:22_22(12(1yereyEtkCs兀ov=・N/mm2式中:ky——长边受压屈曲系数,按表2.4.2.4(1计算:C2——边界约束系数,按表2.42.4(2计算;y——定义为板格短边轴向。其余符号同①③受剪切板格弹性临界屈曲应力nr_e定义如下:22_22
25(12(1ycreyEtkCstttv="N/mm2式中:第19页2434.51skt(+=其余符号同①、②。④应对板格的临界弹性屈曲应力进行修正,弹塑性修正公式如下:((_2(142eHxcrexcre
26yereyerexcreHeHyereHxcrexcreyereyereRRRRaoo>11当当-<=241(2eereerSSS
27ecrecrcrTTTTTTTTT当当式中:oxcre,oycr_e>icre分别为板格在单轴应力作用下的X轴、Y轴的弹性临界屈曲压应力和临界屈曲剪应力,见①、②、③;ReH——材料屈服强度,N/mm2;tS3SGo(3屈曲强度校核①按表2.424(3计算板格在复合应力作用下的临界屈曲应力与计算的实际压应力之比X应不小于表2.4.1.5中的安全因子。②ox、oy、Txy在计算时取绝对值计入。若X轴、Y轴的工作应力为拉应力时,该应力分量取为零。入计算值表24.2.4(3第20页式中:xcrxyery1aooa=
28k,xcrxcrxy2oott=k,yerycrxy3oott=k注:①ox、oy、Txy分别为板格中板单元所受的X轴、丫轴的工作压应力和剪应力。②oxer、oyer、ter分别为板格在单轴应力作用下的X轴、丫轴的弹塑性修正后的临界屈曲压应力和临界屈曲剪应力。2.5详细应力评估2.5.1一般要求2.5.1.1货舱区主要构件详细应力评估应按照本节要求进行。2.5.2评估部位(1规定的部位应进行细化网格有限元分析(2规定的部位,如果在舱段模型分析中相当应力超出90%许用应力时,则应进行细化网格有限元分析。细化的部位为:(a纵舱壁与内底板相交处;(b纵舱壁折角处;(c纵舱壁与甲板相交处;(d槽型横舱壁与底凳相交处;(e底凳与内底相交处;(f舱口角隅处;(g平面横舱壁水平桁的趾端;(h平面横舱壁垂直扶强材与甲板纵骨、外底纵骨相交处;(i高应力区域开孔处。2.5.3有限元模型
292.5.3.1舱段整体模型应按照2.2节要求进行,细化网格模型应满足2.2.5要求。2.53.2采用子模型方法细化时,子模型的最小范围是:子模型的边界对应于相邻主要支撑构件所在的位置。2.5.3.3对于2.5.2(2中e〜h部位,如果细化网格尺寸不足以模拟结构细部,则可采用更小的网格尺寸。2.5.4细化网格强度标准254.1细化网格尺寸为1/4骨材间距时,以粗网格应力衡准的1.2倍为许用应力。2.542当按253.3采用更小的网格尺寸,2.5.4.1应力衡准适用于与之规定尺寸的单个单元相当的区域中所包含的所有单元的平均应力。第3章整船结构强度直接计算3.1一般规定3.1.1对于船长在350米及以上的矿砂船,应进行整船结构强度直接计算。对于船长在300米及以上的矿砂船,一般应采用整船结构直接计算方法对其货舱区主要结构的强度进行评估。3.1.2对拟采用直接计算法进行整船主要结构总体强度(不包括扭转强度评估的矿砂船,其计算模型、载荷工况及载荷计算、强度衡准可按本指南的规定。3.1.3整船结构强度有限元直接计算流程见图3.1.3。图3.1.3整船结构直接计算流程图第21页3.2结构有限元建模3.2.1有限元模型范围
30整船三维有限元模型应覆盖整个船长、船宽范围的船体结构,包括所有的船体主要构件,如甲板结构、舷侧结构、双层底结构、横舱壁、内壳纵舱壁、脑胴结构等;机舱内主机、上层建筑、尾轴等可以作适当简化处理;小肘板、小开口或开孔可忽略。典型矿砂船整船有限元模型如图321所示。3.1.1坐标系整船模型的总体坐标系采用右手直角坐标系,原点设在目标船纵中剖面内尾垂线和基线相交处:x轴:纵向轴,从船腥指向船脑为正;y轴:横向轴,从中心线向左舷为正;z轴:垂向轴,从基线向上为正。
31图3.2.1.典型矿砂船整船有限元模型323有限元建模323.1选择单元类型应按照224.1的要求。主机、大型设备,可采用集中质量单元建模。轴向受拉压作用的支柱可采用杆单元建模。323.2.2有限元网格划分原则按照2.242的要求。并对货舱区域以外结构,应符合以下要求:323.3外区域,若采用横骨架式的甲板、平台、外板,以相邻两个横骨之间为一个网格,宽度方向不能大于两个横骨间距,并且与相邻构件网格协调;其他主要构件板单元的网格划分,参照货舱区网格划分方法,以骨材、加强筋的实际位置作为网格划分依据,对构件连接区域、型线变化大的区域,可适当进行局部调整。323.4、艇尖舱及机舱,以简化或等效处理方式建模,须满足计算精度要求。并且考虑剪切工况中最大剪力位置出现在脑服区域时,须保证该区域网格与货舱区具有相同的精度。323.5324细化网格模型323.5.1.1有限元计算下列区域应力结果超过3.5.1规定的许用应力的95%时,则应予以细化网格分析:(1应力最大的横向主要支撑构件:双层底、边舱、纵舱壁;(2横舱壁及相关底凳:槽条与底凳的连接部分应力最大处、底凳与内底的连接部应力最大处;(3内底与斜纵舱壁的连接部应力最大处:内底、斜纵舱壁、肋板、纵桁;(4应力最大的舱口角隅处的甲板。
323.2A.2细化分析模型可采用225.2的两种方法。324.3细化网格划分应满足2.253的要求。3.2.5空船重量、重心调整1.1.5.1调整原则整船模型以舱段进行属性定义,保证整船质量分布应与船舶静水浮态相匹配。总重力与总浮力的误差不超过排水量的0.0001倍。且质心与浮心的纵坐标误差不大于0.0025L,横向坐标误差不大于0.001B。1.2调整方法1.3装、建模引起的差异,可以通过修改材料密度进行调整;1.4型设备,如主机等,可采用虚拟梁单元或集中质量单元等方法进行调整。1.5及载荷1.5.1计算工况由装载工况和波浪载荷工况组成。一般应计算的装载工况见表3.3.1,如有隔舱装载、多港等工况,也应考虑作为计算工况。1.5.2选取装载手册中典型装载下中拱、中垂最大静水弯矩和静水剪力最大的工况作为装载工况。1.5.3述装载工况基础上叠加相应的波浪载荷工况见表3.3.3。采用波浪载荷预报直接计算程序计算波浪载荷(参见附录1,主要控制参数应为垂向波浪弯矩、垂向波浪剪力,概率水平一般取10-8o1.5.4的确定矿砂船的载荷包括外部水压力、货舱内货物载荷和液舱内部的载荷。各载荷分量计算如下。1.5.4.1水压力
33外部水压力包括外部静水压力和波浪水动压力。(1外部静水压力(SSLCpgTzp=-式中:pS——海水密度,取1.025t/m3;g——重力加速度,取9.81m/s2;TLC——所考虑装载工况下的吃水,m;载荷点的垂向坐标,m,且应不大于TLC,见图334.1。
34图334.1舷外海水静压力按计算工况的吃水,作用在船体外部湿表面。(2波浪水动压力用波浪载荷直接计算方法求得湿表面单元上的波动压力,施加于船体外壳单元上(参见附录1o3.34.2货舱内矿砂载荷货舱内矿砂载荷包括由矿砂引起的静压力、惯性压力和剪切载荷。(1矿砂引起的静压力货舱内矿砂的静压力由下式计算(CSCCCDBpgKhhzp=+-(2矿砂引起的惯性力货舱内矿砂由于船体运动产生的惯性力,由下式计算:(((0.250.25CWCXGYGCZCDBpaxxayyKahhzp=-+-++J1LJ(3矿砂引起的剪切载荷
35静水中矿砂由于重力引起的剪切载荷PCS-S(向下至内底板为正值,kN/m2,由下式得出:(sincossinCSSCCDBPghhzpv|/aa-=+-波浪中矿砂由于垂向加速度引起的剪切载荷PCW・S・V(向下至内底板为正值,kN/m2,由下式得出:(sincossinCWSVCZCDBPahhzpyaa-=+-波浪中矿砂由于纵向加速度引起的剪切载荷PCW-S-L(向前为正值,kN/m2,由下式得出:((0.75cos0.75CXCDBCWSLCXCDBahhzPahhzpap—+-(I+-ll货舱内纵向构件货舱内横向构件波浪中矿砂由于横向加速度引起的剪切载荷PCW-S-T(上风舷为正值,kN/m2,由下式得出:((YY0.750.75cosCCDBCWSTCCDBahhzPahhzppa-+-fl={+-1I货舱内纵向构件货舱内横向构件式中:pc矿砂密度,t/m3;g重力加速度,取9.81m/s2;(a\|/a22sinsinIcos-+=CKa——板与水平面之间的夹角,度;v——矿砂的休止角,取为35°;aX、aY和aZ——分别是所考虑货舱的纵向加速度、横向加速度和垂向加速度,m/s2,由载荷预报直接计算得到,具体参见附录1;
36xG、yG所考虑货舱形心在全局坐标系中的X,Y坐标,m;x,y,z计算点在总坐标系下的船长、船宽和垂向坐标,m;hDB——双层底高度,m;hC——所考虑装载工况下矿砂上表面距离内底板的高度,m;分别按以下装载形式计算:(a矿砂密度使货舱未装载至上甲板时,矿砂货物顶面的横向形状如图334.2(1,船长方向认为均匀分布、沿横向为抛物线方程:OCshzh=+hO——货物连线至内底的距离,根据该舱的载货量、货物密度以及横剖面形状计算,m;zs——货物顶面至连线的距离,m;22(1syzhb=x-b=B1/2,B1为抛物线顶面与舱壁相交处连线宽度;顶面至连线的最大距离为:h=tan2bV抛物线部分的面积为:
37A=22tan3b\\f图334.2(1货物顶面形状(b矿砂密度足以使货舱装载到舱口围板顶部时,矿砂上表面应以舱壁为界限的货舱内,按相同货物体积所确定的等效水平表面,矿砂货物顶面的横向等效形状如图334.2(2。12Chhh=+式中:顶凳斜板下沿至内底的距离,m;h2顶凳斜板下沿至货物等效水平面的高度,m,根据该舱的顶凳、甲板、舱口围形状计算:C
38HCLBVh22=VHC——顶凳斜板下沿以上至舱口围上沿的货舱体积,m3;B2——顶凳斜板下沿至货物等效水平面的平均宽度,m,可近似取顶凳斜板中点处货舱宽度;CL——货舱长度,m;图334.2(2货物顶面等效形状3.3.4.3液舱内的液体载荷液舱内液体载荷包括液体如压载舱内压载水和油舱内燃油等液体引起的静水压力和惯性压力。(1液体引起的静水压力:
39(BSLtopairpgzhzp=+-(2液体引起的惯性压力液体由于运动引起的对船体的惯性压力由下式进行计算:((([]zhzayyaxxapairTOPzyxLBW-++-+-=00p式中:Lp液体密度,t/m3;TOPz——正浮工况下液舱顶点的Z坐标,m;airh——空气管或溢流管高度,m;ax、ay和az——分别是所考虑液舱的纵向加速度、横向加速度和垂向加速度,m/s2,由载荷预报直接计算得到,具体参见附录1;x,y,z计算点在总坐标系下的坐标,m;x0,y0,z0参考点坐标,m,见图334.3(1-图3.3.43(3;注:对于非平行液舱,参考点取加速度方向上液舱顶点位置。
40图334.3(1垂向加速度产生的液舱内部压力
41图334.3(2横向加速度产生的液舱内部压力
42注:压载舱设计为径流法作为压载水交换的方法,则参考点z0应取在舱室空气管/溢流管的顶点位置处。
43图334.3(3纵向加速度产生的液舱内部压力
443.4惯性平衡及边界条件3.4.1空船惯性力指仅由船体结构质量(不包括货物、压载水等质量组成的质量模型与节点运动加速度相乘求得的惯性力。3.4.2各节点上惯性力的施加及整船有限元模型的外力动态平衡可以通过加载及动平衡调整来实现。整船动平衡调整的一般处理流程如图3.4.2所示。其中,在完成外部水压力、空船惯性力和货物载荷加载工作后,船体梁模型应处于动平衡状态,此时的外部水动压力应与空船惯性力和货物载荷相平衡。对每一种载荷工况,应计算和检查模型在x、y和z轴三个方向上的不平衡力的大小。在迎浪工况下,各个方向上的不平衡力应不超过排水量的1%;对于横浪和斜浪工况,不平衡力的大小应不超过排水量的2%。在进行结构有限元分析以前,不平衡力将通过惯性释放方法予以消除。图3.4.2整船动平衡调整的一般处理流程3.4.3惯性释放约束条件整船动态平衡调整后,计算模型已处于自由动态平衡状态,为消除刚体位移,须对模型施加边界约束。采用惯性释放功能进行结构强度分析时,需要对一个节点进行6个自由度的约束(虚支座。针对该支座,程序首先计算在外力作用下每个节点在每个方向上的加速度,然后将加速度转化为惯性力反向施加到每个节点上,由此构造一个平衡的力系(支座反力等于零。求解得到的位移描述所有节点相对于该支座的相对运动。在MSC.Nastran和ANASYS软件中,可通过设定参考点进行边界约束。选择模型中一个节点作为惯性释放参考点,如图3.4.3所示。图3.4.3参考点位置示意图一般在船底平板龙骨(纵中剖面处在船艄(节点1末端处选取为“参考点”,或在船底平板龙骨(纵中剖面处在船中(节点2处选取为“参考点”。3.5应力衡准3.5.1整船有限元应力衡准
453.4.1.1板材(包括桁材腹板的许用应力为:[]Ke72359.Ox=oN/mm23.4.1.2梁单元的许用应力为:[]Ka/2359.0x=oN/mm23.4.1.32局部有限元细化的应力衡准3.5.2.1细化网格尺寸为1/4骨材间距时,细化网格模型的应力衡准应取为整船有限元许用应力的1.2倍。352.2细化网格尺寸为1/8骨材间距时,细化网格模型的应力衡准应取为整船有限元许用应力的1.4倍。第4章疲劳强度评估4.1一般要求4.1.1本章要求适用于船长150m及以上,设计寿命为25年的矿砂船进行疲劳强度评估。4.1.2货舱区域纵向构件应按照CCS《船体结构疲劳强度指南》的要求进行名义应力法的疲劳强度评估。4.1.3货舱区主要构件热点应力疲劳强度评估按照本章要求进行。评估部位为纵舱壁与内底连接处。4.1.4舱口角隅疲劳强度评估按照本章4.6节要求进行。4.2有限元建模4.2.1整体舱段有限元模型应满足2.2节要求,模型范围应满足222.2要求。4.2.2热点区域精细网格应满足226要求。
464.1.1采用子模型方法时子模型的最小范围应满足2.533要求。424边界条件4.2.4.1模型两端应按表424.1(1和表424.1(2要求简支。端部两剖面的纵向构件节点应与位于中心线上中和轴处的独立点刚性关联,见表4.2.4.1(lo两端独立点应按表424.1(2约束。两端的刚性关联表424.1(1独立点的支撑条件表4.2.4.1(24.3工况与载荷4.3.1装载工况4.3.1.1疲劳强度评估的装载工况取满载、轻压载和重压载三种装载状态。4.3.1.2对于每种装载工况,应于考虑的载荷工况为:(a与EDW“H”对应的“H1”和“H2”(迎浪(b与EDW“F”对应的“F1”和“F2”(随浪(c与EDW“R"对应的"R1”和"R2”(横浪(d与EDW“P”对应的“Pl”和“P2”(横浪4.3.1.3计算工况根据装载工况与载荷工况结合,见表4.3.1.3。第33页疲劳强度评估的计算工况表4.3.1.3
47注:aT:型吃水;TNB:正常压载工况下吃水;THB:重压载工况下吃水。备注:1计算干货压力时,货物密度应取MH/VH。2仅当中间舱不被指定为压载舱时,该工况才要求。3仅当中间舱被指定为压载舱时,该工况才要求。4空舱位置应根据实际装载情况确定。第34页第35页4.3.1载荷计算4.3.1.1船舶运动加速度系数,按下式计算
48(02346001.580.47pBafCLL)=-\)式中:方形系数。fp——与概率水平对应的系数,疲劳强度评估取0.5。CB43.2.2横摇周期TR,s,和横摇单幅值,deg,由下式得出:GMkTrR3.2=((兀075025.025.19000+-=BkfTbpR式中:kb系数,取:kb=1.2,无觥龙骨的船舶;kb=1.0,有毗龙骨的船舶;横摇回转半径,m,没有确切数值时,按下式计算:kr=0.35B轻货均匀满载kr=0.42B重货均匀满载kr=0.45B正常压载kr=0.40B重压载GM——所考虑装载工况的稳性高度,m没有确切数值时,按下式计算:GM=0.12B轻货均匀满载GM=0.25B重货均匀满载GM=0.33B正常压载GM=0.25B重压载43.2.3纵摇周期TP,s,和横摇单幅值①,deg,由下式得出:
49gTP7tX2=4960BPCVLf=(D式中06(1LCSTLTX=+43.2.2荡引起的加速度,m/s2,由下式得出:第36页gaaheave0=43.2.5横荡引起的加速度,m/s2,由下式得出:gaasway03.0=43.2.6纵荡引起的加速度,m/s2,由下式得出:gaasurge02.0=43.2.7意一点的纵向、横向和垂向加速度参考值由下式得出:•纵向xpitchXPsurgeXSXGXaCaCgCa++=50载荷组合因子表4.327apitchx纵摇引起的纵向加速度,m/s2第37页RTaPxpitch22180IIJ1arolly横摇引起的纵向加速度,m/s2RTaRyroll22180lIJ1arollz横摇引起的垂向加速度,m/s2yTaRzroll22180IIJ1=nnBapitchz纵摇引起的垂向加速度m/s2(LxTaPzpitch45.021802-IU
51Km①其中(0.45xL-应取不小于0.2L;min(,422LCTDDRz=-+43.2.8静水弯矩应不小于下式计算得到的值,kN-m;如由设计者规定,可考虑更大的值。•中拱工况:23.1,175(0.71OSWHWBWVHMCLBCM-=+-•中垂工况:23,,175(0.71OSWSWBWVSMCLBCM-=+-式中:HWVM,和SWVM,是垂向波浪弯矩,kN-m,定义见432.9。43.2.9垂向波浪弯矩,kN-m,按下式公式得到:•中拱工况:23,19010WVHMPWBMFfCLBC-=•中垂工况:23,110(0.710WVSMPWBMFfCLBC-=+式中:第38页FM——分布因子(见图2.333。
52432.10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所定义的正剪力和负剪力分布因子(见图432.10。分布因子QF表4.3.2.10
53图4.3210分布因子FQ4.3.2.11水平波浪弯矩,kN-m,按下式公式得到:第39页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,定义如下:2sin(lLxFTn=(sin22LxFT?r=4.3.2.13外板上任何一点的总压力p,kN/m2,应由下式得出,且不应为负值:WSppp+=式中:pS——静水压力,定义见(1;pw——视具体情况而定,与(2,(3或(4所定义的水动压力相等的波浪压力,并按(5
54修正。(1静水压力,对各装载工况,外板上任何一点对应于静水中吃水的静水压力Sp,kN/m2,由表4.3.2.13(1中公式得出(见图4.3.2.13(1。静水压力pS表432.13(1第40页图4.3.2.13(1静水压力pS(2对于载荷工况Hl、H2、Fl和F2,水线以下外板上任何一点的水动压力Hp和Fp,kN/m2,应按表4.3.2.13(2得出。压力pF2分布示意图见图4.3.2.13(2。载荷工况Hl、H2、F1和F2的水动压力表4.3.2.13(2式中:12(1253++-+=iLCinlpHFByTzLLCffpX;<0.1255nlf=1.0,对10-4概率水平k——沿船舶纵向的幅值系数,取:35.021(121-+=LxByCkB,对5.0/0.0<56LCSLCpTTLLxTTk兀,对局部强度分析(非满载工况,直接强度分析和疲劳强度评估Pk=-1.0,对局部强度计算(满载工况1波长,m,取:LTTSLC1(6.0+=入,对载荷工况H1和H2LTTSLC321(6.0+=入,对载荷工况F1和F2图4.3.2.13(2船中处水动压力pF2的分布(3对于载荷工况R1和R2,水线以下外板上任何一点的水动压力Rp,kN/m2,应由下列公式得出。压力1Rp的分布示意图见图4.3.2.13(3。12(12588.Osin10(l+-++=ByLLCfyfppnlRXO12RRpp-=式中:
57fnl考虑非线性影响的系数,取:nlf=0.8,对10-8概率水平nlf=1.0,对10-4概率水平22RTgnk=y——载荷点丫坐标,m,左舷取为正值第42页图4.3.2.13(3船中处水动压力pR1的分布(4对于载荷工况P1和P2,水线以下外板上任何一点的水动压力pp,kN/m2,应由表4.3213(3得出。压力Ipp的分布示意图见图4.3.2.13(4。载荷工况P1和P2的水动压力表4.3.2.13(3
58式中:232(1255.4ByTzLLCffpLCinlpp+-+=Xnlf——考虑非线性影响的系数,取:nlf=0.65,对10-8概率水平nlf=1.0,对10-4概率水平LTTSLC4.02.0(+=1y载荷点Y坐标,m,定义见[1.4.1];第43页
59图4.3.2.13(4船中处水动压力Ipp的分布(5对于水线处的正水动压力(载荷工况Hl、H2、Fl、RI、R2和P1,舷侧处水线以上的水动压力CWp,,kN/m2,由下式得出(见图4.3.2.13(5:•(,,zTgppLCiWLWCW-+=p,对LCiWLCiThzTW•0,=CWp,对LCiWThz+2式中:WLWp,——所考虑载荷工况下在水线处的正水动压力gphWLWWp,=对于水线处的负水动压力(载荷工况Hl、H2、F2、RI、R2和P2,水线以下的水动压力CWp,,kN/m2,由下式得出(见图4.3.2.13(5:WCWpp=,,取不小于(LCiTzg-p式中:Wp——所考虑载荷工况下在水线以下的负水动压力;第44页
60当水动压力为负值时图4.3.2.13(5水动压力的修正4.3.2.14由矿砂引起的压力按照以下要求计算:(1静水中的矿砂压力,kN/m2,按下式计算:(CSCCCDBpgKhhzp=+-(2矿砂引起的惯性压力,kN/m2,按下式计算:•载荷工况H:]((25.O[zhhaKxxapDBCZCGXCCW-++-=p,载荷工况F:O=CWp
61•载荷工况R和P:]((25.O[zhhaKyyapDBCZCGYCCW-++-=p总压力(pBS+pBW不应为负值。(3矿砂引起的剪切载荷按下式计算:静水中矿砂由于重力引起的剪切载荷CSSP-(向下至内底板为正值,kN/m2,由下式得出:aptan(l(zhhKgpDBCCCSCS波浪中矿砂沿倾斜构件的作用力引起的剪切载荷pCW-S(向下至内底板为正值,kN/m2,由下式得出:•载荷工况H、R和P:aptan(l(zhhKapDBCCZCSCW第45页•载荷工况F:0=-SCWp为计算纵向和横向的合力,应考虑矿砂在内底板上引起的剪切载荷。波浪中矿砂引起的纵向剪切载荷pCW-S(向前为正值,kN/m2,由下式得出:•载荷工况H:CXCSCWhapp75.0=-•载荷工况F、R和P:0=-SCWp波浪中矿砂引起的横向剪切载荷SCWp-(上风舷为正值,kN/m2,由下式得出:•载荷工况R和P:CYCSCWhapp75.0=-
62•载荷工况H和F:0=-SCWp式中:pc矿砂密度,t/m3;g——重力加速度,取9.81m/s2;(ai|/a22sinsinIcos-+=CK;a——板与水平面之间的夹角,度;W——矿砂的休止角,矿石为°35;ax、ay和az——分别是所考虑货舱的纵向加速度、横向加速度和垂向加速度,速s2,由432.7确定;xG、yG所考虑货舱形心在全局坐标系中的X,Y坐标,m;x,y,z——计算点在参考坐标系下的船长、船宽和垂向坐标,m;hDB双层底高度,m;hc——所考虑装载工况下矿砂上表面距离内底板的高度,m,按33.4.2计算。4.3.2.15由液体引起的压力按照以下要求计算:(1静水中液体引起的压力,pBS,kN/m2,取以下两式之大者:5.0(APTOPLBSdzzgp+-=pPVTOPLBSPzzgp10()(+-=p式中:
63第46页APd:空气管顶部至舱室顶部的距离,moPVP:所考虑安全阀的设定压力,巴,如有时。当管路或泵的布置可能导致更高的压力时,可以要求补充计算。(2对各载荷工况,液体引起的惯性压力BWp,kN/m2,由以下各式得出:•载荷工况H:](([BXTOPZLBWxxazzap-+-=p•载荷工况F:0=BWp•载荷工况R和P:](([BYBZLBWyyazzap-+-=p式中:xB——当首部向下时为液舱后端的X坐标,当首部向上时为液舱前端的X坐标,m,见图4.3.2.15。yB——当上风舷向下时为最下风舷处液舱顶的Y坐标,当上风舷向上时为最上风舷的Y坐标,m,见图4.3.2.15。zB下列点的Z坐标:•满舱舱室:舱顶•压载货舱:舱口围板顶部参考点B定义为以垂向轴线与总体加速度矢量GA之间夹角0旋转之后的最高点,见图4.3.7。巾由下式得到:cos(tan1Z
64Xaga+①=-。•载荷工况Rl(Pl和R2(P2:cos(tan1ZYaga+=-0(|)式中:9:横摇单幅值,度,见432.2;①:纵摇单幅值,度,见432.3。总压力(pBS+pBW不应为负值。第47页
65
66图4.3.2.15Bx和By的定义4.3.3船体梁载荷的考虑4.3.3.1每个装载工况应与其相应的船体梁载荷相关。载荷组合应采用表4.3.1.3对每个载荷工况规定的波浪垂向、水平弯矩和波浪垂向剪力的载荷组合因子(LCFso4.332垂向弯矩分析在垂向弯矩分析中,船体梁载荷目标值为在有限元模型的中部舱中心处可能产生的最大垂向弯矩。船体梁目标值应按照表433.2得到。
6743.3.3垂向剪力分析在垂向剪力分析中,船体梁载荷目标值为在有限元模型的中部舱横舱壁处可能产生的最大垂向剪力,折减后的垂向弯矩应同时考虑。船体梁载荷目标值应按照表433.3得至上