CCS船体结构板格屈曲强度直接计算评估方法

CCS 船体结构板格屈曲强度直接计算评估方法 中国船级社上海规范研究所 　洪 　英 　詹志鹄 　王 　鹤 摘要 :介绍了中国船级社 (CCS)有关指南文件中船体结构屈曲强度校核的直接计算方法 ,并与国外船级社的计算法 作了比较。另外 ,还介绍了开发的相应应用软件系统。 关键词 :船体结构 ; 　板格 ; 　屈曲强度 ; 　校核方法 中图分类号 :U663. 2 　　文献标识码 :B 　　文章编号 :100529962 (2006) 0120031202 Abstract :This paper describes the plate panel buckling strength assessment method for direct calculation of ship structure and its calculation method developed by China Classification Society(CCS) . The application program based on PA TRAN platform is also introduced. Key words :ship structure ; 　plate panel ; 　buckling strength ; 　checking method 第一作者简介 :洪英 ,男 ,高级工程师。1963 年生 ,1985 年同 济大学海洋石油建筑工程专业毕业 ,长期从 事船舶与海洋工程结构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和相应规范编制 工作。 1 　前言 　　在大型船舶的结构设计中 ,基于经验和简单力 学方法的船体结构规范 ,有时不能较为准确地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征 船舶结构的力学响应。因此 ,直接计算已成为船体 结构设计必不可少的分析和强度验证手段。 屈曲破坏为结构失效的主要形式之一。随着高 强度钢在大型船舶结构中的广泛应用 ,使屈曲强度 问题在大型船舶中尤为突出。作为船舶安全的最后 防线 ,船级社必须研制和制定基于直接计算的屈曲 强度评估方法及相应技术标准。因此 ,为迅速应对 当今船舶制造和船舶检测发展的需要 ,中国船级社 (CCS)在针对三大船型的科研项目中及时开展了对 大型船舶结构屈曲强度直接计算方法的研究工作 , 制订了基于船舶结构直接分析的屈曲强度计算指南 文件和开发了相应的评估应用程序。 2 　两大屈曲校核方法 　　目前 ,主要有两种方法可以评定板格的屈曲强 度 ,即公式法 ( Formulae) 和用有限元求解特征值法 ( Eigenvalue) 。两者区别如下 : (1)公式法。这是目前通常采用的方法。其实 质是对板格的几何特征和边界条件作一系列假设 , 得出单应力分量的临界屈曲特征值 ,并根据特征值 和极限强度的结果修正临界判定相关方程。 (2)特征值法。常用于求解和研究复杂结构模 型的屈曲问题 ,并作为一些近似公式解的验证手段。 其实质是利用有限元屈曲求解模块求出屈曲特征 值 ,即为临界载荷因子。 对于公式法和特征值法在直接计算的屈曲评估 中的应用 ,N K结构专家原田富指出 :“就理论而言 , 利用有限元方法中的特征值分析方法可以非常精确 地获得一个板格的屈曲应力。然而 ,对于大量的板 格用有限元进行特征值分析则不太实际 ,通常是采 用船级社或其他组织建议的简化公式。” 在 CCS 的《油船船体结构强度直接计算指南》 及相应的文件中 ,纳入了以上两个方法。 3 　CCS板格屈曲强度的校核方法之一 —─简化公式法 3. 1 　船体结构屈曲表征的一般形式 船体结构屈曲行为一般分为以下四类 : (1)筋条 之间的板格屈曲 ; (2) 筋条腹板屈曲 (梁柱失稳/ 扭 曲)和面板的局部屈曲 ; (3) 加筋板屈曲 ; (4) 加筋板 格的整体屈曲 ; 按照船舶结构的设计理念 ,扶强材的抗屈曲能 力应大于板格 ,因此 ,最常见的屈曲现象为筋条之间 的板格屈曲。另外 ,船舶结构的受力情况是一个复 杂的应力状态 ,因此 ,屈曲计算中还应计及复杂应力 成分对单向临界应力的影响。在对板格屈曲分析方 法适用性研究中 ,考虑了如下因素 : (1)组构复合应力作用下板格屈曲相关方程 ; (2)规定临界应力的弹塑性修正方法 ; (3)规定工作应力的计入方法 ; (4)规定校核工况、屈曲安全因子。 在此基础上 ,CCS制定了关于船体结构屈曲强度 直接计算评估衡准方法 ,在《油船船体结构强度直接 计算指南》中给出如表 1 所示的计算方法 ,进行屈曲 强度校核。 —13—上海造船 　2006 年第 1 期 (总第 65 期) 表 1 　λ计算值 板格长宽比 应力状态 1 ≤ l s ≤ 2 2 ≤ l s ≤8 双向压缩 1(1 + k1) σxcr σx 1 (1 + k21) σxcr σx X轴压缩 + 剪切 1(1 + k22) σxcr σx Y轴压缩 + 剪切 1(1 + k23) σycr σy 双向压缩 + 剪切 1(1 + k21 + k22) σxcr σx 表中 : 　 k1 = σy/σycr σx /σxcr , k2 = τxy/τcr σx /σxcr , k3 = τxy/τcr σy/σycr 其他符号详见 CCS 的相应指南 ,λ的物理意义参见 图 1。 图 1 　λ的物理意义及其求解方法 4 　船体结构直接计算的板格屈曲强度 校核应用 4. 1 　基于PATRAN平台的板格屈曲校核程序的开发 CCS在对船体直接计算屈曲校核研究的同时 , 还非常重视应用手段的研发 ,经过 2～3 年的努力 , 与 702 所合作 ,成功开发出基于 PA TRAN 平台的板 格屈曲校核程序。该程序由于具有较高的工作效 率 ,深得 708 所和上海交通大学等单位和 CCS 审图 部门的好评。 图 2 为某一大型油船甲板板屈曲强度校核结果 等值图 ,图中可直接观察到对于所有工况下板格屈 曲强度的满足情况。 4. 2 　算例与比较 图 3 是在两艘大型船舶直接计算的屈曲分析 中 ,采用 CCS 评估方法与 ABS、N K、DNV 计算进行 比较的数据图表。 　　从图 3 可以看出 ,CCS 与 ABS、N K、DNV 三家 国外著名船级社的计算结果十分接近。验证结果表 明 :CCS 船体结构直接计算板格屈曲强度评估方法 及其程序是可靠的。 5 　结束语 　　CCS 和世界各大船级社在船体结构屈曲强度 方面已经有了相当的应用性研究 ,这些研究成果在 应用过程中逐渐作为事实行业标准和标准软件 ,为 船舶结构的设计和评估提供了强有力的手段。值得 一提的是 ,即将在 2006 年 4 月执行的 IACS 结构共 同规范 ,将船舶结构的屈曲问题引向了深入 ,一些理 论观点也逐渐进入了应用领域 ,如板格的后屈曲和 非线性问题、加筋板屈曲模式、侧向载荷和极限强度 等先进的屈曲强度理念 ,包括程序使用中的实际问 题等 ,这将给大型船舶结构屈曲问题的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 带 来新的挑战。在屈曲问题的研发及其成果的基础 上 ,CCS 正深入研究 IACS 结构共同规范 ,抓紧制定 一系列相应的应用规定 ,并及时开发相应的软件 ,以 迎接 IACS 结构共同规范全球化实施的到来。 —23— 洪 　英等 :CCS船体结构板格屈曲强度直接计算评估方法