2021邮轮整船直接计算指南

邮轮整船直接计算指南2021-1--1-目 录第1章总则 1一规定 1符及义 1方与程 2第2章整船直接计算 4整有元型 4计工与工况 6载与界件 8应修正 15强评估 18第3章细化分析 22一规定 22细模型 22工及荷 24强衡准 24第第21页第1章总则一般规定15023符号及定义CCS（第2篇中的符号定义一致。10-8。L（FE）是距离首端L图1.2.3坐标系定义1.2.3除非另有说明，本指南采用如下右手笛卡尔坐标系：LXYZ方法与流程1.3.2整船有限元模型修改设计，重新评估结构分析强度评估工况载荷加载结构分析传递函数工况载荷加载应力传递函数应力合成传递函数计算1.3.3整船有限元模型修改设计，重新评估结构分析强度评估工况载荷加载结构分析传递函数工况载荷加载应力传递函数应力合成传递函数计算是否满足否是结束强度评估是否满足否是结束强度评估应力修正结构分析强度评估工况位移加载结构分析传递函数工况位移加载应力传递函数应力合成传递函数计算结构分析强度评估工况位移加载结构分析传递函数工况位移加载应力传递函数应力合成传递函数计算强度评估应力修正子模型子模型修改设计，重新评估是否满足否是结束是否满足否是结束第2章整船直接计算整船有限元模型2.1.1.1。图2.1.1.1整船有限元模型22（）211232.1.2.32.1.2.1（1）甲板平面有限元网格2.1.2.1（2）横舱壁有限元网格图2.1.2.3门窗开口区域网格和计算工况与子工况6LC1~LC62.2.1.12.3。LC1LC2LC3LC4LC5LC6整船析况 表2.2.1.1计算工况子工况载荷成分边界条件浮态调整LC1中拱STA(+)静水中拱空船重量，最大中拱装载重量，静水压力BC1✔WB(+)波浪中拱波浪剪力（中拱）波浪弯矩（中拱）BC1-PRE(+)波峰压力波浪动压力（波峰）BC2-LC2中垂STA(-)静水中垂空船重量，最小中拱装载重量，静水压力BC1✔WB(-)波浪中垂波浪剪力（中垂）波浪弯矩（中垂）BC1-PRE(-)波谷压力波浪动压力（波谷）BC2-LC3船中剪力（+）STA(+)静水中拱空船重量最大中拱装载重量，静水压力BC1✔SHEAR(+)船中正剪力波浪剪力（正）BC1-LC4船中剪力（-）STA(-)静水中垂空船重量最小中拱装载重量，静水压力BC1✔SHEAR(-)船中负剪力波浪剪力（负）BC1-LC5横摇-向左ROLL(P)向左横摇横摇状态下的舷外水压力重力及横摇惯性力BC3-LC6横摇-向右ROLL(S)向右横摇横摇状态下的舷外水压力重力及横摇惯性力BC3-子工况为最大中拱静水子工况，由装载手册中静水弯矩最大的装载确定其载荷。载荷成分同STA(+)。WB(+)WB(-)垂子工况，载荷为中垂波浪弯矩和中垂波浪剪力。两个子工况总纵载荷的目标值分别见2.3.3.22.3.3.32.3.4.2。PRE(+)PRE(-)2.3.1.2。SHEAR(+)SHEAR(-)0.4L-0.6L2.3.3.42.3.4.3。载荷与边界条件phswg(d1z)0kN/m2，z

kN/m2，zw式中：——海水密度，取1.025t/m3；wd1——计算工况下的吃水，m；z——计算点至基线的垂向距离，m。LC1LC22.3.1.22.3.1.12.3.1.1的静压力。表中C2.3.3.22.3.1.2。波浪压力 表2.3.1.2高度z（m）范围波峰（kN/m2）波谷（kN/m2）d1zd1+0.33C3.3C-10(z-d1)00zd12.25C+1.05zC/d1Max(−2.25C−1.05zC/d1,ρg(z−d1))图2.3.1.2波浪动压力LC5LC62.3.1.1211.5.2。2篇第1章1.5.2。2.3.3。2.3.42.4.1。LC1LC22.3.3.1A1-A4B1-B42.3.3.1。图2.3.3.1静水许用剪力曲线各工静剪目值线 表2.3.3.1工况LC1LC2LC3LC4目标剪力曲线A1-A2-B3-B4B1-B2-A3-A4A2-A3B2-B3LC1MW(+)LC2MW(−)按下列两式计算：�𝑊(+)=0.19M𝐶L2𝐵𝐶𝑏𝑘�.𝑚�𝑊(−)=−0.11M𝐶L2𝐵(𝐶𝑏+0.7)𝑘�.𝑚式中：M——弯矩分布系数，见图2.3.3.2；Lm；𝐵m；𝐶𝑏0.60；𝐶𝐶=10.75−

300−L(100

3⁄2)

当90≤L≤300m时；𝐶=10.75 300m<L<350m时；𝐶=10.75−

L−350

3⁄2

当350m≤L≤500m时。( )150图2.3.3.2波浪弯矩沿船长的分布LC1LC2=+0.7)𝑘�=+0.7)𝑘�式中：1,22333）23332图2.3.3.3（1）中拱波浪剪力分布系数F1图2.3.3.3（2）中垂波浪剪力分布系数F2LC3中的船中0.4L-0.6L区域最大剪力+)和LC4中的船中区域最小剪力𝐹𝑊(�−)按下式计算：+)=0.21𝐶L𝐵(𝐶𝑏+0.7) 𝑘� （LC3）−)=−0.21𝐶L𝐵(𝐶𝑏+0.7)𝑘� （LC4）𝐵�1(x)=�𝑊(𝑎1𝑥5+𝑎2𝑥4+𝑎3𝑥3+𝑎4𝑥2) 𝑘�.𝑚对上式求导得到波浪剪力沿船长的分布如下：𝑆𝐹(x)=(5𝑎𝑥4+4𝑎𝑥3+3𝑎𝑥2+2𝑎𝑥) 𝑘�1 L𝑂 1 2 3 4进一步求导得到对应的分布力：𝑃(x)=(20𝑎𝑥3+12𝑎𝑥2+6𝑎𝑥+2𝑎) 𝑘�/𝑚L1 2 L𝑂

2 3 4式中：�𝑊——船中波浪弯矩，𝑘�.𝑚，见2.3.3.2；L𝑂——整船模型总长，m；𝑥——计算点在整船模型中的相对坐标，模型尾端为0，模型首端为1；𝑎2

−=𝑧11𝑧22− −=𝑧11𝑧22−𝑎3=−3𝑎1−2𝑎2𝑎4=2𝑎1+𝑎2𝛾53𝛾32𝛾21 1 1=𝛾4−2𝛾3+𝛾21 1 1=𝛾5−3𝛾3+2𝛾22 2 2=𝛾4−2𝛾3+𝛾22 2 2式中：𝛾1——0.4L位置在整船模型中的相对坐标，根据下式计算：𝛼+0.4𝛾1=𝛼+𝛽+1𝛾2——0.65L位置在整船模型中的相对坐标，根据下式计算：𝛼+0.65𝛾2=𝛼+𝛽+1（AE）（FE）LC3LC4F3和F4取值见表2.3.4.3。=+0.7)𝑘�=+0.7)𝑘�剪力分布系数表2.3.4.3xF3F40000.1L-0.560.560.2L-0.560.560.4L0.7-0.70.6L0.7-0.70.8L-0.560.560.9L-0.560.561.0L002.3.4.22.3.4.4局部。2.3.4.3图2.3.4.4船体梁载荷加载方式CCSBC1BC2BC332.2.1.1。BC1（1）yx向与z34）z图2.3.5.2边界条件示意图BC22.3.5.3BC2BC2界条件 表2.3.5.3约束𝛿𝑥=0𝛿𝑦=0𝛿𝑧=0作用位置点2点1，2舱壁甲板边线上所有节点BC3强框架与舷侧外板交线上各节点，约束zy2x21节1.5.7.6。应力修正-=++=++𝜏𝑥𝑦=𝜏𝑥𝑦−𝐹𝐸�+𝑓𝑚𝑥𝑦∆�+𝑓𝑞𝑥𝑦∆𝑄𝜎𝑎=𝜎𝑎−𝐹𝐸�+𝑓𝑚𝑎∆�+𝑓𝑞𝑎∆𝑄式中：𝜎𝑥、𝜎𝑦、𝜏𝑥𝑦、𝜎𝑎——载荷目标值下的应力，分别为x方向应力，y方向应力，剪切应力及梁单元轴向应力；𝜎𝑥−𝐹𝐸�、𝜎𝑦−𝐹𝐸�、𝜏𝑥𝑦−𝐹𝐸�、𝜎𝑎−𝐹𝐸�——根据总纵载荷实际值分析得到的应力；-2.4.3；2.4.3；∆�、∆𝑄——目标单元所在剖面弯矩和剪力目标值与实际值之差。2.4.1.1修正后的应力进行计算。-2.4.2.1。图2.4.2.1计算传递函数的剪切工况（左）和弯曲工况（右）船体内产生的剪力为：沿船长的弯矩分布为：

𝑄1(𝑥)=𝑥𝑓𝑥

2−𝑥𝑎�(𝑥)=−1+2(𝑥−𝑥𝑎)1式中：𝑥𝑓，𝑥𝑎——船首尾施加弯矩处的坐标；𝑥——单元所在剖面位置的坐标。

𝑥𝑓−𝑥𝑎-1沿船长的弯矩分布为：

𝑄2(𝑥)=0�2(𝑥)=1MPCx、y、zxy、z=+=+𝜏1𝑥𝑦=𝑓𝑚𝑥𝑦�1+𝑓𝑞𝑥𝑦𝑄1对于弯曲工况有：=+=+𝜏2𝑥𝑦=𝑓𝑚𝑥𝑦�2+𝑓𝑞𝑥𝑦𝑄2式中：σ1x、σ1y、τ1xy——剪切工况目标单元的三个应力成分，x方向应力，y方向应力及剪切应力；𝜎2𝑥、𝜎2𝑦、𝜏2𝑥𝑦——弯曲工况目标单元的三个应力成分，x方向应力，y方向应力及剪切应力；𝑓𝑞𝑥、𝑓𝑞𝑦、𝑓𝑞𝑥𝑦——剪力-应力传递函数；𝑓𝑚𝑥、𝑓𝑚𝑦、𝑓𝑚𝑥𝑦——弯矩-应力传递函数。分别联立每个应力成分的公式，根据上述六个方程可以得到6个传递函数如下:𝑓𝑚𝑥𝑓𝑞𝑥

=𝑄2𝜎1𝑥−𝑄1𝜎2𝑥−=−𝑄1�2−𝑄2�1𝑄2𝜎1𝑦−𝑄1𝜎2𝑦𝑓𝑚𝑦=𝑄�

−𝑄�21 12𝑓𝑞𝑦=

�2𝜎1𝑦−�1𝜎2𝑦𝑄�−𝑄�12 21𝑓𝑚𝑥𝑦=

𝑄2𝜏1𝑥𝑦−𝑄1𝜏2𝑥𝑦𝑄�−𝑄�21 12𝑓𝑞𝑥𝑦=

−𝑄�−𝑄�12 21𝑓𝑚𝑎𝑓𝑞𝑎

=𝑄2𝜎1𝑎−𝑄1𝜎2𝑎−=−𝑄1�2−𝑄2�1式中：𝜎1𝑎、𝜎2𝑎——目标单元分别相应于剪切工况和弯曲工况下的轴向应力；𝑓𝑞𝑎——剪力-应力传递函数；𝑓𝑚𝑎——弯矩-应力传递函数。强度评估2.2.1.12.4.12.5.2.1船体构服度准 表2.5.2.1船体结构工况许用应力纵向应力剪切应力相当应力船底板，内底板LC1、LC2、LC3、LC4210/K——220/K船底纵桁210/K——220/K实肋板——110/K220/K其他纵向构件175/K110/K220/K横向结构LC5、LC6——0.35ReH0.75ReH注1．LC3和LC4工况仅校核0.4L-0.6L之间的船体结构。注2．K为材料系数。2.5.3.1。支柱度准 表2.5.3.1支柱衡准受拉𝜎𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙≤0.6𝑅𝑒𝐻𝜎𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙+𝜎𝑏𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔≤0.84𝑅𝑒𝐻τ≤0.47𝑅𝑒𝐻受压𝜎𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙≤0.8𝜎𝑐𝑟𝑖𝑡𝜎𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙/𝜎𝑐𝑟𝑖𝑡+𝜎𝑏𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔/𝑅𝑒𝐻≤0.84τ≤0.47𝑅𝑒𝐻1．𝜎𝑐𝑟𝑖𝑡为支柱的临界屈曲应力，根据下式计算：𝑅𝑒𝐻= 21+𝑅𝑒𝐻(L𝐸)𝐸 𝜋𝑟式中：L𝐸——支柱有效长度，取0.8倍支柱长度；r——支柱的最小弯曲惯性半径。注2．𝜎𝑏𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔为支柱内的最大弯曲应力，根据下式计算：𝜎𝑏𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔=|𝜎𝑒𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑒−𝜎𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙|式中：𝜎𝑒𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑒——支柱剖面上最大/最小应力，在剖面边缘得到；𝜎𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙——支柱轴向应力，在剖面形心处得到。918式中：

allall——许用屈曲利用因子，见表2.5.4.4。2.5.4.2。标准薄度 表2.5.4.2构件减薄厚度（mm）液舱周界与船体外板1.0露天甲板0.5其他结构0.0t Nmm2A式中：A——修正后的工作应力；t——模型中的板厚；

t0.5trtr——标准减薄厚度，见表2.5.4.2。2.5.4.4。许用曲用子 表2.5.4.4构件工况屈曲利用因子纵向结构LC1、LC2、LC3、LC41.0横向结构0.9横向结构LC5、LC61.0/2.5.4.5。船体构板类及估方法 表2.5.4.5序号结构评估方法1船体外板内底纵舱壁及其下船底纵桁甲板SP-A2船底纵桁SP-B3上层建筑侧壁及纵壁上层建筑甲板SP-A4甲板纵桁，纵舱壁水平桁腹板UP-B5开口周围不规则板格UP-B6横舱壁其下实肋板SP-A7实肋板SP-B8甲板强横梁，横舱壁桁材腹板UP-B9舱壁、实肋板等处不规则板格UP-B注：板格长度一般取纵骨或加强筋跨距，宽度取纵骨或加强筋间距。第3章细化分析一般规定23.1.2.1细化模型子模型应有足够的范围，不会因为边界条件引起评估区域的应力失真。一般应50050mmX50mm908个；1mm2。图3.2.2.2（1）给出了门窗开口区域的模型示例。图3.2.2.2（2）为开口角隅处哑元的示例。图3.2.2.2（1）门窗开口的细化网格图3.2.2.2（2）开口角隅处的虚拟梁单元工况与载荷2.4.1强度衡准3.4.1.1。许用应力表3.4.1.1位置应力成分许用应力细化区域板单元相当应力1.35ReH注：当单元小于50mmx50mm时，采用相当范围内所包含单元的平均应力SD：SDMAXLC1LC2,LC3LC4,LC5LC6式中：LC1~LC6——目标单元在各工况下的轴向应力。

S'

fffS

1200965ReH；

D mtcDft——板厚修正系数，计算方法见《船体结构疲劳强度指南》第3章3.3.3；fc——腐蚀修正系数，取1.05。N S'm m D

k1 K lnNL

m/