2019矿砂船船体结构高级屈曲评估指南.docx

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1、矿砂船船体结构高级屈曲评估指南2019目录第1章一般规定11.1 一般要求11.2 高级屈曲方法11.3 应用及评估流程31.4 屈曲利用因子41.5 屈曲接受衡准51.6 厚度折减61.7 计算应力修正6第2章屈曲评估应用71.1 1一般要求71.2 评估方法71.3 矿砂船结构板格类型及适用的评估方法81.4 加筋和非加筋板格的模型化111.5 板格的平均厚度131.6 板格的屈服应力141.7 参考应力141.8 侧向压力141.9 槽形舱壁14附录1直接计算的参考应力181.1 符号说明181.2 一般规定181.3 参考应力19第3章加筋板格屈曲/极限强度的闭合公式评估方法（CFM）

2、223.1 符号说明223.2 一般要求243.3 板和加强筋253.4 主要支撑构件的腹板363.5 支杆、支柱和横撑材403.6 槽形舱壁443.7 闭合公式法的计算软件Compass-ABA-Cfm45附录2板格的屈曲因子和折减因子461.1 符号说明461.2 平面板格4613曲板板格46第4章加筋板格屈曲/极限强度的弹塑性评估方法（EPM）581.1 1一般要求581.2 基本方法581.3 理论分析模型601.4 弹塑性法的计算软件Compass-ABA-Epm66第5章加筋板格屈曲/极限强度的非线性有限元分析方法（NLFEM）695.1 一般要求695.2 模型理想化705.3

3、单元和网格715.4 边界条件和载荷725.5 初始缺陷765.6 求解流程795.7 非线性有限元法的计算软件Compass-ABA-NLFEM79第1章一般规定1.1 一般要求1.1.1 本指南基于加筋板结构弹塑性/极限能力的高级屈曲分析方法论，针对矿砂船结构特点和直接计算要求，给出了船体加筋板结构高级屈曲评估方法应用的有关要求，适用于船体外板、内壳板、内底板、甲板、舱壁板和主要及局部支撑构件腹板结构，以及支柱、支杆、横撑材和槽形舱壁等其他构件的屈曲和极限强度评估。1.1.2 应用本指南对矿砂船结构进行屈曲强度评估时，还应结合CCS矿砂船船体结构强度直接计算指南中的屈曲评估相关要求进行,如

4、与矿砂船船体结构强度直接计算指南不一致的部分，以本指南为准。1.1.3 对于各个结构构件，其特征屈曲强度应按最不利/临界的屈曲失效模式取值。1.1.4 本指南中，压应力和剪应力取为正值，拉应力取为负值。1.1.5 除另有规定外，应按本章1.6对构件厚度进行折减。1.1.6 除另有规定外，应按本章1.7对计算应力进行修正。1.1.7 经CCS同意，可接受其他高级屈曲评估方法。1.1.8 其他船舶和海工结构加筋板结构的高级屈曲评估也可参考本指南执行。1.2 高级屈曲方法1.2.1 屈曲失稳是结构最主要的失效模式之一。以往经典的屈曲强度理论，将结构的稳定性问题控制在线弹性屈曲范围内。实际上，船体结构

5、由于其布置和构造特点而具有一定的冗余度，因此船体结构中的板格局部弹性屈曲并不一定使结构达到危险状态，见图121(1)。在达到弹性屈曲后，结构进入弹塑性阶段(后屈曲/塑性屈曲)，通过应力重分布，还可继续承受外载,直至结构发生垮塌，见图121(2)o此时的外载即为结构的最大承载力，也称为结构的极限能力或极限强度，见图1.2.1(3)o图1.2.1(1)加筋板格的线弹性屈曲模型图1 2. 1(2)加筋板格的垮塌模型图1.2.1(3)加筋板格极限能力分析过程的应力-变形示意图1.2.2 本指南中，高级屈曲方法主要系指能够有效地考虑板格后屈曲和塑性屈曲行为，以及加强筋极限强度的非线性屈曲评估方法。应用高

6、级屈曲方法的目的，是为在确保加筋板格不发生垮塌的前提下，可以更充分地利用加筋板结构的极限承载能力。1.2.3 高级屈曲方法应考虑结构几何非线性、材料非线性，以及初始缺陷和残余应力等影响因素，见图1.2.3,并计及复杂应力的联合作用和各种边界条件情况。1.2.4 本指南中，给出以下三种高级屈曲评估方法：1)闭合公式法(CFM：Close-FormedMethod)基于试验数据和数值计算结果拟合得到的半经验型屈曲能力相关方程；2)弹塑性法(EPM：Elasto-PlaslicMethod)采用弹性大挠度板壳理论和刚塑性分析求解屈曲能力；3）非线性有限元法（NLFEM:Non-linearFinit

7、eElementMethod）基于非线性力学原理的有限元数值分析方法，即基于非线性大变形理论，通过增量迭代跟踪平衡路径，从而得到板格结构的极限载荷和变形状态。1.2.5 本章124中所述的三种高级屈曲方法的适用性及之间的应用层次和替代关系如下：（1）闭合公式法具有对双轴向应力、剪应力和侧向压力联合作用下的非加筋/纵向加筋板格（包括开口腹板）的屈曲及极限强度评估功能，且能够计及板格边缘线性分布的受力模式和各类边界条件，适用于相应的设计和审图工作，一般作为工程上的首选方法；（2）弹塑性法目前具有对双轴向应力、剪应力和侧向压力联合作用下的非加筋/纵向加筋/正交双向加筋板格的屈曲及极限强度评估功能，可

8、用于上述载荷作用下的结构设计和审图工作。在采用闭合公式法得出不合理结果的情况下，可允许采用弹塑性法作为闭合公式法的补充替代。（3）非线性有限元法一般可计算各种结构布置的极限承载能力，原则上可替代其他两个方法。但一般仅用于对特殊构造和对个案作更加精确的评估（如需要），且具体的实施方法应事先经CCS认可。1.3 应用及评估流程1.3.1 本指南中，应根据以下章节和主要流程（见图1.3.1）要求进行屈曲评估：（1）第1章一高级屈曲评估方法的一般要求及许用屈曲利用因子、基本构件屈曲接受衡准、厚度折减和应力修正等规定；（2）第2章屈曲评估应用的有关要求，针对矿砂船船体加筋板和非加筋板结构，如船体外板、内

9、壳板、内底板、甲板、舱壁板和主要及局部支撑构件腹板结构，以及支柱、支杆、横撑材和槽形舱壁等其他构件的屈曲评估应用要求，包括板格理想化、板格类型及适用的评估方法等相关规定，以及板格参考应力计算要求；（3）第3章闭合公式法的屈曲评估方法，包括加筋板和非加筋板结构（含曲板板格和开口腹板等），以及支柱、支杆、横撑材和槽形舱壁的屈曲和极限能力计算要求；（4）第4章弹塑性法的屈曲评估方法，包括加筋板和非加筋板结构的屈曲和极限能力计算要求；（5）第5章非线性有限元法屈曲评估方法，包括加筋板格极限能力非线性有限元计算分析的要求。图131有限元直接计算高级屈曲强度评估主要应用章节和流程13.2 除特殊指明外，本

10、指南中提及的加强筋屈曲评估适用于平行于板格长边方向上设置加强筋的加筋板格。13.3 用作永久通道(PMA)的加大加强筋结构(包括设有或未设腹板加强筋)应满足本指南中给出的屈曲评估要求。对于设有腹板加强筋的结构，一般应采用SP-B方法进行屈曲评估；对于未设腹板加强筋的结构，一般应将加大加强筋作为普通骨材，连同带板一起采用SP-A方法进行屈曲评估。13.4 曲利用因子13.4.1 曲利用因子定义为施加的载荷与对应的极限能力或屈曲强度之比。13.4.2 于组合载荷，屈曲利用因子oct定义为施加的等效工作应力和对应的等效屈曲极限能力之比,即：W,1actWuc式中：WN等效工作应力，见图L4.2；叱,

11、等效屈曲极限能力，见图L4.2；c结构发生失效时的应力倍增因子，即各应力分量（不包括侧向压力）等比例变化为实际工作应力的yf倍时结构会发生失效。如针对闭合公式法，具体应用的定义见第3章3.1。图14.2屈曲能力和屈曲利用因子示例13.5 曲接受衡准13.5.1 指南所要求的结构屈曲评估的接受衡准如下:式中：对应于工作应力状态下的屈曲利用因子。针对不同的屈曲评估方法和选定的非加筋板/加筋板分析模型，以及开口腹板、槽形舱壁等结构，应取各种失效模式所对应的屈曲利用因子的最大值；对于不同的屈曲评估方法，其分析模型和失效模式定义，见第3章3.2.5和第4章4.2.2。对于各种失效模式下屈曲利用因子的定义

12、和计算方法，见本章1.4。许用屈曲利用因子，见表1.5.1。许用屈曲利用因子表1.5.1结构部件rall,许用屈曲利用因子板和加强筋加筋和非加筋板格开口处腹板1.0支杆、支柱、横撑材0.75受液体载荷的侧向压力作用的有底凳的垂直槽形舱壁槽条和水平槽形舱壁槽条，仅指板壳单元无底凳槽形舱壁下端的支撑结构0.9受液体载荷的侧向压力作用的无底凳的垂直槽形舱壁槽条，仅指板壳单元0.81注：槽形横舱壁的支撑结构是指沿着纵向位于横舱壁前、后各半个强框架间距以内，且沿着垂向一个槽深以内的区域。槽形纵舱壁的支撑结构是指沿着横向位于其两侧各三个强框架间距以内，且沿着垂向一个槽深以内的区域。13.5.2 果计算载荷

13、工况与CCS矿砂船船体结构强度直接计算指南不一致，表1.5.1中的许用屈曲利用因子需另行考虑，且应经CCS同意。13.6 度折减13.6.1 屈曲计算时，所有板格和加强筋等构件的屈曲能力计算均应基于扣除标准减薄厚度。后的尺寸，标准减薄厚度。见表161。标准减薄厚度表1.6.1位置标准减薄厚度，mm压载水舱舱顶下L5m范围内一边与压载水相连1.0两边与压载水相连2.0其他部位1.013.6.2 采用基于其他标准减薄厚度或腐蚀增量规定进行厚度折减，则本章151中的许用屈曲利用因子/应商CCS另行考虑。13.7 算应力修正13.7.1 另有规定外，按照本指南进行屈曲评估时，应对基于建造厚度（不考虑船

14、东附加厚度）建立的有限元模型计算得到的应力（包括正应力、剪应力的各个分量）进行如下修正：=-Nmm2t-tr式中：%修正后的屈曲工作应力（包括正应力和剪应力的各个分量），N/mm2；O有限元计算得到的应力（包括正应力和剪应力的各个分量），Nmt建造厚度，mm；tr标准减薄厚度，mm,见表1.6.1。注：若工作应力仅为总体弯曲产生的应力，如总纵弯曲应力，则对应于该载荷下的屈曲评估，可不必进行计算应力的修正，但应经CCS同意。第2章屈曲评估应用2. 1一般要求2.1.1 本章针对矿砂船船体加筋板和非加筋板结构，如船体外板、内壳板、内底板、甲板、舱壁板和主要及局部支撑构件腹板结构，以及支柱和槽形舱壁

15、等其他构件，给出屈曲评估方法应用的一些相关要求，包括板格理想化、板格类型及适用的评估方法等相关规定，以及板格参考应力计算要求等，并给出了应用有限元进行屈曲校核的衡准。2.1.2 应对以下矿砂船船体结构进行有限元屈曲评估：（1）加筋板格和非加筋板格（包括曲板板格）；（2）开口腹板板格；（3）（受压）支柱、支杆（如适用）；（4）横撑材；（5）槽形舱壁。2.1.3 对于矿砂船船体结构强度直接计算的屈曲校核，屈曲评估中的工作应力应基于按照CCS矿砂船船体结构强度直接计算指南有关规定进行舱段和整船有限元分析所得的应力结果修正得到。板格的侧向压力取施加在有限元模型上的对应侧向载荷。2.1.4 在进行屈曲强度衡准校核前，应进行有关“前处理”工作，如板格理想化、厚度折减、板格的厚度平均、工作应力修正，以及将修正的工作应力转化为参考应力等。2.1.