基于载荷抗力因子设计法的C型独立舱屈服强度评估指南2024

第1章通则

1.1一般规定

1.1.1本指南针对《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》（以下简称IGC规则）

/CCS《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》（以下简称CCS散液规）的C型独立液货

舱的有限元屈服强度评估（适用时），提供基于载荷-抗力因子设计法的评估指导性要求。

1.1.2本指南可作为1.1.1条所述规则/规范对C型独立液货舱的有限元屈服强度评估方

法的替代方法。满足本指南要求的C型独立液货舱，可授予LRFD附加标志。

1.1.3本指南第2章对采用载荷-抗力因子设计法（LRFD）的货物围护系统极限状态设

计进行了说明。极限状态设计的工作流程和相关设计参数，应符合本指南第2章中所要求的

极限状态方法的使用标准（LSD标准）。

1.1.4应按照本指南第2章2.3要求使用三维有限元分析，且具体实施应按照本指南第

3章的相关适用要求。

1.1.5经CCS同意，可采用与本指南不同的LRFD方法的C型独立液货舱的屈服强度

评估。

1.2术语与缩写

1.2.1极限状态：系指某一结构或结构部分如果超出了该状态，就不再满足对于该状态

所定义的设计准则。

1.2.2极限状态设计：极限状态设计是一种系统方法。本指南中，是指根据IGC规则

第4章4.3.4中确定的设计条件，对每个结构单元可能的失效模式进行极限状态评估，其中，

极限状态工况可定义为：如超过该载荷组合，结构或结构的一部分将发生破坏或大的变形，

结构不再能承载或满足使用要求。

1.2.3特征值：不超过规定概率的载荷/抗力值。在本指南中，可理解为规范载荷/或强

度值。

1.2.4载荷（作用）效应：作用在结构上的载荷效果，如应力、应变、位移和振动等，

是从设计载荷中求得的最不利载荷组合作用效应，可从下列公式获得：

式中：——由结构分析确定的载荷和载荷效应之间的函数关系。

�=�(��1,��2,…�𝑑)

在本指南中，载荷（作用）效应主要理解为应力。

�

1.2.5抗力：结构抵抗外载的能力，如抵抗载荷作用的构件剖面特征、结构细节，以及

构件材料的强度值等。在本指南中，可理解为抗拉/屈服强度值。

1.2.6设计值：经修正过的载荷/抗力特征值。在本指南中，可理解为通过特征载荷/抗

力/特征强度（规范载荷值/强度值）乘以载荷因子/抗力因子后的所得之值，其中：

（1）设计载荷——通过特征载荷乘以与给出载荷种类相关的载荷因子获得：

�𝒅

式中：——载荷因子；

�𝑑=��𝑑

——规则第章部分和部分中规定的特征载荷（注：即规范载荷值）。

��IGC4BC

𝑑

（2）设计抗力——由下式获得：

��

𝑑

其中：——系指抗力特征值。对于��=规则第章涉及的材料，其可为但不限于规定的

IGC��∙��6

最小屈服应力、规定的最小抗拉强度、横截面的塑性抗力和极限强度；

𝑑

——系指抗力因子，定义为；

——系指考虑到材料特性（材料因子）概率分布的分项抗力因子；

����=����

——系指考虑到结构能力不确定性的分项抗力因子，例如建造质量，确定能力方

��

法的精度；

��

——系指后果等级因子，表明故障可能造成的后果，包括货物泄出和可能的人员

受伤。

��

1.2.7最大承载极限状态（UltimateLimitState，简称ULS）：在完整（无破损）条件

下，对应于最大承载能力或在某些情况下，对应于最大适用应变或变形。

1.2.8意外极限状态（AccidentLimitState,简称ALS）：与结构抵抗意外情况的能力

有关。

1.2.9IGC规则：《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》（TheInternationalCode

fortheConstructionandEquipmentofShipsCarryingLiquefiedGasesinBulk）。

1.2.10LRFD：载荷-抗力因子设计法(LoadandResistantFactorDesign)。

1.2.11LSD：极限状态设计法（LimitStateDesign）。

第2章货物围护系统极限状态LRFD设计方法

2.1一般要求

2.1.1本章提供了实施货物围护系统的极限状态设计的流程和相关设计参数。

2.1.2对于每个屈服失效模式，可能与一个或多个极限状态相关。考虑到所有相关的极

限状态，结构单元的极限载荷定义为所有相关极限状态下得到的最小极限载荷。

2.1.3根据第1章1.1.1条，本指南仅涉及屈服失效模式下的极限状态，分为以下两类：

最大承载极限状态和意外极限状态。

2.2设计形式

2.2.1本章中的设计形式为基于载荷与抗力因子的设计形式。载荷效应与抗力因子设计

形式的基本原则是：验证在任何场景下，对于所考虑的失效模式，设计载荷作用效应不得

超过设计抗力：�

��

�≤��

2.2.2货物围护的设计应考虑到可能的失效后果。后果等级见表2.2.2，定义为失效模

式与最大承载极限状态或意外极限状态有关的失效后果。

后果等级表2.2.2

后果等级定义

轻微该失效可能导致较少货物泄出

中等该失效可能导致货物泄出与人员受伤

严重该失效可能导致大量货物泄出，及人员伤亡

注：按照IGC规则“前言”条款3，“泄出”是专指由于“严重的碰撞或搁浅可能导致液货舱破损，并

导致货品不受控的泄出。此泄出可能引起货品的蒸发和扩散，在某些情况下可能导致船体的脆性断裂”。

2.3分析要求

2.3.1应将液货舱和船体，包括支持构件和键固系统（如适用），一起组合在模型中进

行三维有限元分析。应确定所有可能的失效模式，以避免未考虑到意想不到的失效场景。应

进行水动力分析，以确定不规则波中的指定船舶加速度和运动，以及船舶及货物围护系统（包

括液货）对于上述作用和运动的响应。

2.4最大承载极限状态（ULS）

2.4.1结构抗力可通过试验或计及弹性和塑性材料特性的完整分析确定。极限强度的安

全裕量应引入分项安全因子，同时考虑随机因素的贡献和载荷与抗力（动载荷、压力载荷、

重力载荷、材料强度等）的特性。

2.4.2分析中应考虑永久载荷、功能载荷和环境载荷（包括晃荡载荷）的适当组合。至

少2个具有表2.4.2中给出的分项载荷因子的载荷组合应用于评估最大承载极限状态。

分项载荷因子表2.4.2

载荷组合永久载荷功能载荷环境载荷

‘a’1.11.10.7

‘b’1.01.01.3

注：（1）永久载荷说明见IGC规则4.12，功能载荷说明见IGC规则4.13，环境载荷说明见IGC规则

4.14。

（2）具体的载荷分项及工况组合见本指南第3章3.2.3。

载荷组合‘a’中的永久载荷（见IGC规则4.12）和功能载荷（见IGC规则4.13）的载

荷因子与适用于货物围护系统的通常良好受控和/或规定的载荷有关，例如液货蒸气压力、

液货重量、系统自重等。如预期模型中具有更高的内在可变性和/或不确定性，则应使用与

永久载荷和功能载荷有关的较大载荷因子。

2.4.3对于晃荡载荷，晃荡载荷因子可取1.0。根据评估方法的可靠度，主管机关或CCS

可要求较大的载荷因子。

2.4.4如货物围护系统的结构失效极有可能造成人员受伤和大量货物泄出，后果等级因

子应取=1.2。如果通过风险评估证明并经主管机关或CCS认可，该值可予降低。如得到

类似于表的后果等级，可分别取、和。风险评估应考虑的因素包括但不

��2.2.21.051.11.2

限于设有完整或部分次屏壁，以保护船体结构免于遭受与拟载运货物相关的泄出和较小的危

��

险。相反，主管机关或CCS可确定一个相对的较高值，例如，对于载运更危险或更高压

力液货的船舶。

��

后果等级因子不得小于1.0。

使用的载荷因子和抗力因子应使安全水平等于规则至中所述的货

2.4.5��IGC4.214.26

物围护系统的安全水平。可通过比对已知成功设计案例，对相关各因子进行校准。

2.4.6材料因子一般应反映材料力学性能的统计分布，并需要与规定的特有力学性

能一起予以说明。对于规则第章中规定的材料，材料因子可取为：

��IGC6

，当被认可组织规定的特有力学性能在力学性能的统计分布中代表较低的

1.1��2.5%

分位数；或

1.0，当被认可组织规定的特有力学性能代表足够小的分位数以使力学性能比规定

值低的概率极低并可忽略不计。

2.4.7分项抗力因子的确定一般应基于结构抗力的不确定性，并考虑到建造公差、

建造质量、使用的分析方法的精度。

�𝑆

2.4.7.1在使用2.4.8中给出的抵抗过大塑性变形的设计极限状态衡准时，分项抗力因

子应取为：

��

�

��=0.76

�

���

�=𝑆�∙,1.0

���

系数A、B的定义见IGC规则4.23.3.1。Rm和Re的定义见IGC规则4.18.1.3。

2.4.8抵抗过大塑性变形的设计

2.4.8.1适用于弹性应力分析的有限元直接计算的可靠性应力衡准见第3章3.2.4。

2.5意外极限状态（ALS）

2.5.1根据货物围护系统概念，应符合IGC规则4.18.3中所述的意外设计条件（如适

用）。

2.5.2对于破损和变形不致意外事故升级，则可接受该破损和变形，且载荷因子和抗力

因子可较之最大承载极限状态放宽。

2.5.3对于永久载荷、功能载荷和环境载荷，意外极限状态的载荷因子应取1.0。

2.5.4IGC规则4.13.9（静横倾载荷）和4.15（碰撞和船舶进水引起的载荷）中所述的

载荷无需进行相互合成，也无需与IGC规则4.14中规定的环境载荷进行合成。

2.5.5抗力因子一般应取1.0。

后果等级因子一般应按的规定选取，但考虑到意外事故的性质，可予适

2.5.6��2.4.4

当放宽。

��

2.5.7抗力Rk一般按最大承载极限状态选取，但考虑到意外事故的性质，可予以适当

放宽。

2.5.8额外相关的意外场景应基于风险评估确定。

2.6试验

2.6.1根据货物围护系统的概念，按本指南设计的货物围护系统应按IGC规则4.20.3

的要求进行试验。

第3章基于LRFD的C型独立液货舱有限元屈服强度评估

3.1应用范围

3.1.1本章基于LRFD方法，给出IGC规则定义的C型独立液货舱（以下简称C型罐）

的有限元屈服强度评估流程。

3.1.2本章3.2.4的要求对应于本指南第2章的LRFD评估方法。

3.1.3本章不涉及腐蚀增量。如需特殊考虑，应根据实际情况确定。

3.2屈服强度评估

3.2.1一般要求

3.2.1.1对于在规则/规范中，对C型罐的规定性/描述性公式不适用的一些构造及其附

属构件的情况和/或存在某些高应力/应力集中位置，如在罐体支承处和Y型接头处的结构不

连续位置、罐体附属构件（加强环、舱壁及桁材和扶强材等），以及采用其他非常规的新颖

设计和构造，应采用本章的有限元方法进行C型罐屈服强度评估。

3.2.2建模

3.2.2.1有限元的模型范围：

（1）完整的C型罐壳体部分，包括两端封头，以及气室（如需要）；

（2）支座处壳体外表面设置的重磅板（doublerplate，也称补强板、复板等）；

（3）罐体内部附属结构，包括支座处大加强环、真空加强环（如设有）、内部舱壁及

其舱壁桁材和扶强材等（如设有）；

（4）所有限制罐体可能发生较大刚体位移的键固件，如鞍座层压木，以及止浮/止摇/

止移部件（包括限制其运动的木块等）；

（5）对于罐体鞍座支承结构，根据C型罐设计合同任务范围，可采用以下两种方式之

一：

①模型中不涵盖罐体鞍座支承结构，见图3.2.2.1（1）；

②模型中涵盖罐体鞍座支承结构，见图3.2.2.1（2）；

模型中不涵盖罐体鞍座支承结构的方式模型中不涵盖罐体鞍座支承结构的方式（局部）

图3.2.2.1（1）C型罐有限元模型示例

（模型中不涵盖罐体鞍座支承结构的方式）

图3.2.2.1（2）C型罐有限元模型示例

（模型中涵盖罐体鞍座支承的方式）

对于罐体与鞍座结构直接相连的构造形式，应采用②，见图3.2.2.1（3）。

双体罐三体罐

（鞍座与罐体直接相连的形式）（鞍座与罐体直接相连的形式）

注：对于此类C型罐，

应将鞍座层压木最下表

面设置为模型的最下边

界。

图3.2.2.1（3）C型罐有限元模型示例

（模型中涵盖罐体鞍座的方式——鞍座与罐体直接相连的形式）

3.2.2.2模型中的单元类型及网格密度

（1）壳体部分：可按如下要求使用壳单元和/或实体单元：

①远离结构不连续的区域：可适当采用粗网格单元，网格密度：R/30（R为罐体

圆柱半径，mm）与200mm之中的小者；

②结构不连续的局部区域（需要考虑二次应力影响）：应采用细网格且为8节点

的壳单元类型，网格密度为至50mm的细网格，其中为壳板厚度，mm。此

外，对于结构不连续的较小局部区域（如：特别是双体罐的Y型接头处），建

1.0��

议采用板厚t网格大小的20节点的等参实体单元（t×t×t/4）。

（2）罐体附属部分：

①内部舱壁板结构：舱壁板用壳单元模拟，扶强材用梁元模拟，桁材腹板用壳单

元模拟，面板采用梁单元或板单元模拟；

②大加强环结构：腹板用壳单元模拟，面板采用梁单元或板单元模拟；

③与壳体连接的鞍座板件：采用壳单元模拟。

上述结构的网格密度应尽量与邻近壳体结构单元的网格密度匹配。

（3）鞍座层压木：采用50×50×50mm的实体单元。

（4）鞍座支承结构（适用于3.2.2.1（5）②）：板和加强筋（如有）的单元及网格尺寸

可参照船体结构规范的相关规定。

3.2.2.3网格划分与过渡

（1）为减少模型误差，对于圆柱壳体，细网格的划分不能在粗网格的基础上进行，而

应直接基于壳体圆弧线进行，见图3.2.2.3（1）；

图3.2.2.3（1）圆柱壳体细网格的划分注意事项示例

（2）应考虑细网格向粗网格的平滑过渡，以获得恰当的应力分布，且要求如下：

①细网格范围从结构相交处，在各个方向上，向外延伸至少10个单元。对于如

鞍座处的壳体重磅板处位置，网格在壳体上的向外延伸范围应从该位置的重磅

板的外缘算起，见图3.2.2.3（1）。

图3.2.2.2（1）结构不连续区域网格及过渡范围示例——重磅板位置处

②对于细节位置处的细网格和过渡区域，特别是曲度较大处的网格划分，在遵

循3.2.2.2（1）的原则上，如不采用实体单元，则尽量使用软件网格自动划

分功能（注：应保证网格单元的质量，无检查报错结果），见图3.2.2.3（2），

以减少由于手工勾勒的网格形状质量较差而产生不恰当的应力结果。

图3.2.2.3（2）结构不连续区域网格及过渡范围示例

③如应用的软件（如ABAQUS）具有“子结构”与主结构绑定且之间的不同大小

的网格可实施自动匹配的功能，则过渡区域可适当减小，但网格形状尽量规

整，见图3.2.2.3（3）。

图3.2.2.3（3）具有“子结构”绑定主结构的过渡区域

④如果实体单元和壳体单元之间是采用连成一体的过渡方式，则需注意应确保结构

响应在两种类型的单元之间能够正确传递（如在交界处设置一个刚体单元等）。两

种类型的单元之间的过渡交界位置应远离高应力区域，如图3.2.2.3（4）所示。对

过渡区域，推荐使用形状规整的网格，以方便采用实体单元进行局部分析。

可采用“子结构”或“嵌入”方法进行局部实体单元模型的应力分析。

图3.2.2.3（4）实体单元和壳体单元的过渡交界

⑤对于安装在如图3.2.2.3（5）所示的罐体上支承位置处的重磅板，建议重磅板和

罐体之间的焊接和接触条件采用如图3.2.2.3（6）所示的实体单元建模。如需得

到更加精确的结果，建议重磅板和焊缝均采用实体高阶单元模拟，见图3.2.2.3

（7）。（注：如不涉及对重磅板焊接处的热点应力疲劳评估，重磅板可按“壳

单元”方法建模）。

图3.2.2.3（5）安装在罐体上支承位置处的重磅板

图3.2.2.3（6）罐体支承处的重磅板和焊缝的建模推荐

⑥对于如图3.2.2.3（7）中使用的实体网格，建议采用同一高阶的实体单元。

图3.2.2.3（7）采用同一高阶的实体单元说明

3.2.2.4边界条件

（1）所有对罐体的接触限制关系均应设置“接触”边界条件，如固定端和滑动端鞍座

处的罐体与层压木界面、层压木分层界面（如有），以及止浮/止摇/止移部件中的限制刚体

运动的木块接触面等），其中：层压木/木块接触条件：层压木与罐体及支承结构之间的连

接应设置接触条件，接触类型为面-面接触。接触切向设置为“无摩擦”（为提高非线性求

解的收敛性，可设置一个较小的切向摩擦系数，如0.001），接触法向设置为“不可穿透”。

对于层压木开槽处与其支承结构之间以及木块与罐体顶部和底部的支承结构之间（如适用），

亦应设置接触条件；

应对计算结果的变形图进行观察，以确保模型响应能够反映由于低温产生的罐体与鞍座

结构之间的相对收缩变形能得到罐体相对于鞍座形状的实际变形情况，见图3.2.2.4（1）；

图3.2.2.4（1）罐体和支承之间的接触条件需要考虑到

低温收缩和惯性载荷引起的相对变形

（2）止浮/止摇/止移装置与船体或其他固定处的一端连接，设置刚性约束边界条件；

（3）对于模型中不包括罐体鞍座支承结构的模型，在鞍座层压木的最下缘，设置刚性

约束条件，见图3.2.2.1（1）；

（4）对于模型中包括罐体鞍座支承结构的模型，在鞍座支承结构最外缘与船体的连接

处，设置刚性约束条件，见图3.2.2.1（2）图和3.2.2.1（3）；

（5）对于图3.2.2.1（3）的类型，应将鞍座层压木最下表面作为模型的最下边界，且

设置刚性约束条件；

（6）重磅板和罐体之间的焊接和接触条件见3.2.2.3（2）⑤，重磅板边缘点与壳体的

焊接连接条件为绑定约束，例如ABAQUS中设置为“Tie”或共节点连接，重磅板边缘点以

内与壳体的接触关系，以及重磅板和层压木的接触面均设置为接触条件。

（7）鞍座处的接触设置的一些示例（仅示右舷）见图3.2.2.4（2），止浮装置处的接触

设置的一些示例见图3.2.2.4（3）。

（a）鞍座与层压木之间的接触设置（固定端）

（b）壳体与层压木之间的接触设置（固定端）

（c）止移条与木块的接触设置（固定端）

（d）鞍座挡板与木块侧面的接触设置（固定端）

（e）壳体与层压木之间的约束设置（滑移端）

（f）鞍座与层压木之间的约束设置（滑移端）

（g）上层和下层的层压木之间的接触设置（滑移端）

图3.2.2.4（2）罐体鞍座处的接触设置示例

（a）层压木和止浮装置之间的接触设置

（b）层压木和舷侧支座之间的接触设置

图3.2.2.4（3）止浮装置处的接触设置示例

3.2.3设计载荷

3.2.3.1应按表3.2.3.1所述的最大承载、意外设计工况进行强度评估。根据IGC规则，

上述设计工况在表3.2.3.2（1）~3.2.3.2（5）中，以永久载荷、功能载荷、环境载荷、意外

载荷的组合形式给出。有限元分析应考虑表3.2.3.2（1）~表3.2.3.2（5）中列出的设计工况。

设计载荷工况表3.2.3.1

设计极限状态说明载荷

最大承载针对最大承载能力，或在某些情况下，由于完整（未纵向动态

（ULS）损坏）条件下的屈曲和塑性垮塌而达到结构中的最大横向动态

适用应变、变形或进入失稳状态。本指南中，为针对垂向动态

完整（未损坏）条件下的抗屈服能力。晃荡

意外结构抵抗意外或事故情况的能力静横倾30°（1）

（ALS）碰撞

罐体浮起

（1）此工况也可被视为应用于涵盖GM值较小的ULS极限状态工况，而不能用其他的极限状态工况

进行评估。该情况可对应于大横摇角，且由此导致重力在沿船舶横倾线的横向的分量上提供较

大的横向惯性载荷。如确如此（如船舶的横摇角计算值超过28°），CCS可要求将此工况归为

ULS极限状态工况，且强度衡准应与ULS关联。

3.2.3.2对于每种载荷情况，应考虑表3.2.3.2（1）~表3.2.3.2（5）中定义的载荷组合。

考虑动态载荷的载荷工况组合表3.2.3.2（1）

工况标说明永久载荷功能载荷环境载荷

识号（包括罐体及其

液货充装船舶运动引起的

ID附件、液货和绝缘内部压力热载荷

水平载荷

材料等）

（1）（2）

LD纵向加重力满Peq最低设计货物+ax

速度温度（3）

（1）（2）

TD横向加重力满Peq同上+ay

速度

（1）（2）

VD垂向加重力满Peq同上-az

速度

（1）内部压力见IGC规则4.13.2.4。对于有限元计算，在LD和TD工况下，应根据+ax和+ay所对应的纵摇

角和横摇角，分别与重力加速度进行椭圆加速度合成得到的β值，按照IGC规则4.28.1.2计算Pgd（或直

接在模型中输入β的加速度场函数），见CCS散液规第2篇第4章ccs4.28.1.2.a~ccs4.28.1.2.d。

对于内部压力计算中应用的加速度分量，见表中“环境载荷”一列。

（2）在IGC规则4.28.2.1中定义的纵向、横向和垂向的最大无因次加速度。直接计算可考虑按照IGC规则

4.14.1.3进行。对于确定不规则波中的指定船舶加速度和运动，以及船舶及货物围护系统对于上述作用

和运动的响应，按IGC规则4.14.1中的适用条款进行。

（3）罐体的最低设计货物温度。鞍座支承的适用温度梯度可通过相关的温度场分析得到，见CCS散液规第2

篇附录2第6节。

静横倾的载荷工况组合表3.2.3.2（2）

永久载荷功能载荷

工况标

（包括罐体及其附

识号说明液货充

件、液货和绝缘材料内部压力热载荷

ID装水平

等）

30º静横倾压力

SH1静横倾重力满最低设计货物温度（2）

（1）

P0

（1）设计蒸气压力见IGC规则4.1.2的定义。

（2）罐体最低设计货物温度。鞍座支承的适用温度梯度可通过相关的温度场分析得到，见CCS散液规第2

篇附录2第6节。

碰撞情况的载荷工况组合表3.2.3.2（3）

永久载荷功能载荷

工况标

（包括罐体及其附

识号说明液货充意外载荷

件、液货和绝缘材内部压力热载荷

ID装水平

料等）

正向行驶最低设计0.5g

碰撞压力

CL1时遭受碰重力满货物温度加速度方向朝

（1）

P0

撞（2）船首

反向行驶最低设计0.25g

碰撞压力

CL2时遭受碰重力满货物温度加速度方向朝

（1）

P0

撞（2）船尾

（1）见表3.2.3.2（2）的注（1）。

（2）见表3.2.3.2（2）的注（2）。

罐体浮起情况的载荷工况组合表3.2.3.2（4）

永久载荷功能载荷

工况标

（包括罐体及其

识号说明液货充装意外载荷

附件、绝缘材料温度载荷

ID水平

等）

考虑罐体所在舱室进水

FL1罐体浮起重力空不适用至夏季载重线产生的罐

体浮力载荷

晃荡载荷工况组合表3.2.3.2（5）

永久载荷功能载荷

工况标

（包括罐体及其附

识号说明液货充蒸

件、液货和绝缘材热载荷晃荡载荷

ID装水平气压力

料等）

最低设计货

（2）（1）（3）

SL1纵向晃荡重力见P0纵向晃荡载荷

物温度

（2）（1）（3）

SL2横向晃荡重力见P0同上横向晃荡载荷

（1）见表3.2.3.2（2）的注（1）。

（2）液货充装水平见CCS散液规第2篇附录2第5节5.2.3；

（3）按照CCS散液规第2篇附录2第5节5.2.3进行晃荡载荷计算。

3.2.3.3如罐体内安装了制荡舱壁和纵舱壁，则应按照CCS散液规第2篇附录2第5

节5.2.3进行晃荡载荷计算。

3.2.3.4对于最大承载极限状态，在施加载荷时，应考虑第2章2.4.2和表2.4.2的载荷

组合及分项载荷因子。特别注意：对于表3.2.3.2（1）中的“Peq”的组合（见IGC规则4.13.2.4），

其中的“P0”应归为功能载荷，“Pgd”应归为环境载荷。

3.2.3.5对于意外极限状态，载荷组合及分项载荷因子见第2章2.5。

3.2.4可靠性应力衡准

3.2.4.1对于C型罐壳体上的结构连续区域，壳体单元有限元应力衡准如下：

��_��𝑒𝑚��≤1.0�

式中：——任一区域处的单元膜应力（即中面应力）分量导出的单元相当应力，

�𝑒_𝑠�𝑚��≤1.5�

即直接取该处有限元结果中的单元的膜相当应力；

��_��𝑒𝑚��

——任一局部区域单元上/下表面应力分量导出的单元相当应力，取大者，

即直接取该处有限元结果中的单元的上下表面的相当应力的大者，其中，表面应力应为膜

�𝑒_𝑠�𝑚��/

上下

应力与弯曲应力之和，参见3.2.2.11中所表达的。

/

3.2.4.2对于C型罐壳体上的结构不连续区σ域m+，b壳体单元有限元应力衡准如下：

�𝑒_��𝑒𝑚��≤1.5�

（具有自限性应力的较小局部区域，一般为几何

�𝑒_𝑠�𝑚��≤1.5�

形状突变处或者有约束限制性的结构处，如鞍座支座区域与壳体内部舱壁

�𝑒_𝑠�𝑚��_�≤3.0�/��

板（如有）和大加强环筋连接的Y型接头处、壳体与蝶形封头的连接区

域，以及与鞍座相连（如有）的重磅板等）。

式中：——局部区域结构不连续处的单元膜应力（即中面应力）分量导出的单

元相当应力，即直接取该处有限元结果中的单元的膜相当应力；

�𝑒_��𝑒𝑚��

——局部区域结构不连续处的单元上/下表面应力分量导出的单元相当

�𝑒_𝑠�𝑚��

应力，取大者，即直接取该处有限元结果中的单元的上/下表面的相当应力的大者，其中，

上下

表面应力应为膜应力与弯曲应力之和，参见3.2.2.11中所表达的；对实体单元，膜应

/

力和表面应力采用应力线性化方法得到，可采用公认方法或参照σ3m.+2b.4.7进行

——结构不连续处，具有自限性应力的较小局部区域的单元上/下表面应

力分量导出的单元相当应力，取大者，即直接取该处有限元结果中的单元的上下表面的相

�𝑒_𝑠�𝑚��_�/

当应力的大者，其中，表面应力应为膜应力与弯曲应力之和，其含义参见3.2.2.11中所表达

的上下。对实体单元，膜应力和表面应力采用应力线性化方法得到，可采用公认方法或参

/

照σ3m.+2b.4.7进行；

——按下式计算：

�

��

�=

��∙��∙��

其中：、、——分别见第2章2.4.7.1、2.4.6和2.4.4，以及2.5.6(适用于意外工况)；

——考虑不同目标可靠度的安全因子，取为：

������

对于目标可靠度指标为①（即失效概率为-3）：；

��3.0910

对于目标可靠度指标为②（即失效概率为-4）：；

3.7110��=1.0

注①：表征具有一般要求的强度储备，一般对应于具有已知成功设计案例的系列产

��=1.1

品；

注②：表征具有较高要求的强度储备，一般对应于首制产品，或用户对该产品较常

规产品有更高的安全要求；

——材料屈服强度，见IGC规则4.18.1.3。

对于型罐内部舱壁板，有限元应力衡准如下：

3.2�.4�.3C

对于结构连接处以外的区域

对于结构连接处的局部区域，并见注①。

��_��𝑒𝑚��≤1.0�

式中：所考虑区域处的单元膜应力分量导出的单元相当应力，即直接取该

�𝑒_��—𝑒—𝑚��≤1.25�

处有限元结果中的单元的中面相当应力；

��_��𝑒𝑚��

——结构连接的局部区域处单元膜应力分量导出的单元相当应力，即直

接取该处有限元结果中的单元的中面相当应力；

�𝑒_��𝑒𝑚��

——见3.2.4.2；

注①：考虑到设计概念、结构形状和应力计算所使用的方法，主管机关或CCS可修改系数1.25。

�

3.2.4.4对于C型罐的大加强环、舱壁桁材和扶强材的腹板为板单元的有限元应力衡准

如下：

，并见3.2.4.3注①；

��_��𝑒𝑚𝑟�≤1.25�

式中：构件腹板单元膜应力分量导出的单元相当应力，即直接取该处有限

��—�_�—�𝑒𝑚��≤3.0�

元结果中的单元的中面相当应力；

��_��𝑒𝑚��

——计及二阶相当应力作用的构件腹板单元膜应力分量导出的单元相

���_��𝑒𝑚��

当应力，即直接取该处有限元结果中的单元的中面相当应力；

——见3.2.4.2。

3.2.4.5对于C型罐加强环、舱壁桁材和扶强材面板为板或梁单元的有限元应力衡准如

�

下：

，并见3.2.4.3注①；

𝑚≤1.25�

��

式中：——板或�梁单≤元3沿.0长�度方向的轴向应力，即直接取有限元结果中的单元轴向应力；

𝑚——计及二阶相当应力作用的板或梁单元沿长度方向的轴向应力，即直接取有

限元结果中的单元轴向应力；

𝑚�

——见3.2.4.2。

3.2.4.6对于C型罐体之外的结构件，如鞍座支承、止移装置、层压木等，其强度校核

�

见CCS散液规第2篇附录2第4节和第5节。

3.2.4.7应力线性化方法

对于实体单元，一般应通过应力线性化方法得到膜应力、弯曲应力和表面应力分量。应

力线性化方法可根据公认技术标准进行，或按本条进行如下：

（1）实体单元的建模要求见3.2.2.2和3.2.2.3。

（2）应力分类及线性化如图3.2.4.7所示。可采用基于应力积分的方法进行应力线性化

上下

处理。单元上的膜相当应力和膜应力+弯曲（表面应力）的相当应力求解的主要步

/

骤如下：σmσm+b

（a）（b）

图3.2.4.7应力分类及应力线性化示意

确定沿厚度方向的应力分类线位置，见图3.2.4.7（b）。

提取应力分类线上节点的个应力分量（；），作为应力分类线上的

①6i=1,2,3j=1,2

应力分布的插值函数值，然后将应力分类线分为（如）等分，再通过插值方

②σijnn=40

法得到应力分类线上（n+1）个等分点的应力张量、，，。

计算膜应力张量：σij,1σij,2…σij,nσij,(n+1)

ij,m1t

③σdx

ij,mt0ij

计算弯曲应力张量：

ij,b上下6t/2

④σ/xdx

ij,bt2t/2ij

式中：——应力分类线端点的6个弯曲应力分量；

厚度，如图（）所示；

σtij,b——3.2.4.7a

x——等分点距离厚度中心线的距离。

计算膜应力分量和弯曲应力分量的合成：

⑤上/下σij,m+b上/下

ij，mbij，mij，b

以膜应力和膜应力+弯曲应力分量为基础，计算在应力分类线中面和上/下端部处对

应的相当应力：

⑥

1

[()2()2()26(222)]

m211,m22,m22,m33,m33,m11,m12,m23,m31,m

上下1上下上下上下上下上下上下上下上下上下

/(/-/）2(/-/）2(/-/）26（/）2（/）2（/）2

mb211，mb22，mb22，mb33，mb33，mb11，mb12，mb23，mb13，mb

式中：——膜相当应力，如图3.2.4.7（a）所示；

上�下

�——应力分类线上/下端点的膜应力+弯曲相当应力，如图3.2.4.7（a）所示。

/

σm+b

3.2.5应力奇异和应变准则

3.2.5.1如果由于建模对细节轮廓的简化而构成了某一尖锐的角度形状，如Y型接头处，

则会导致在有限元的求解中产生局部结构刚度的突变，使得在结构相交处的第一个（或第一

行）单元的应力计算结果发散，并随着单元网格密度的增加，应力计算结果发散的现象仍然

存在，且并不代表真实的应力响应。该情况称为“应力奇异”，该点称为“应力奇点”，见

图3.2.5.1。

应力奇异现象在曲板柱壳结构中尤为敏感和突出。

图3.2.5.1应力奇异现象和应力奇点示意

3.2.5.2对于结构不连续处的非常小的区域的应力奇异现象，建议采用如下处理方法：

（1）对于C型罐壳体上的应力奇异，根据IGC规则4.28.3.8，可采用特殊的强度校核

方法，见图3.2.5.2（1）的说明；

（2）对于其他位置，如支座处的支承肘板、纵舱壁板等，经CCS同意，可忽略应力奇

点的应力，而取排列应力奇点之后的第1个单元应力作为考察值，见图3.2.5.2（2）的说明。

图3.2.5.2（1）按照IGC规则4.28.3.8对罐体部分的校核方法说明

图3.2.5.2（2）其他部分的应力奇异情况的强度校核方法说明

3.2.5.3经CCS同意，可采用公认的或本条如下应变准则及评估方法作为对3.2.5.2的

替代方法：

（1）首先，采用公认的非线性结构分析程序进行“弹塑性分析”，并采用应变准则。

实施步骤如下：

①计及材料弹塑性行为的应变硬化效应，在程序中输入/建立材料的多线性的应

力-应变曲线，其中：应至少包括以下3点的（应力，塑性应变）坐标，且参

见图3.2.5.3：

（Re，0）

（，）

（，）

�0.20.2%

式中：Re、——见IGC规则4.18.1.3；

�����

的塑性应变对应的应力，。；

��——MPa

应力达到对应的塑性应变；

�0.2——0.2%Rm

经同意，允许采用材料的应力应变的实际测量结果。

�C�C�S-