散货船热点应力疲劳强度计算B.ppt

1、压载：,求解 Analysis,后处理 Results,节点应力,4.主要热点应力结果及疲劳强度评估 4.1许用应力范围 按照指南2.4.1，船体结构的疲劳强度可用许用应力范围进行校核:,。,取满载工况下的计算值,许用应力范围根据weibull分布形状系数,以及由节点形式选定的S-N曲线查表确定。 三个部位的许用应力范围,（满载工况）,，,问题：用F2曲线还是E曲线？用E曲线SL=335.97. 用F2曲线是偏于安全的,满载工况下设计应力范围,如果不满足上述许用应力范围,则需要用结构的累积疲劳损伤度作进一步校核。,要求，,1.0,式中： 时间分配系数； ，满载工况 0.6； 压载工况 0.4；

2、 K S_N曲线参数。C曲线K3.4641012；F2曲线K3301011； 对应计算工况的设计应力范围N/mm2； 对应工况下的形状参数；,板厚修正系数，应按下式计算：,1.0 当t22 时；,当t22 时；,=,t 计算点处的板厚，mm；,不完全GAMMA函数值；, GAMMA函数值；,S-N曲线二线段的交点处的应力幅值。C曲线 70.2305； F2曲线 35.1153。,4.2 应力范围计算结果和疲劳强度评估 以下给出对No5舱后端舱壁三个热点区域各种构件热点应力（范围）的计算结果。 4.2.1舱口角隅椭圆板,选用C曲线（S-N），许用应力范围,。 满载L1工况下，计算得到的椭圆板各节

3、点最大主应力（范围）的方向如图4.1-1所示。由图中可知，在椭圆板自由边上，最大主应力方向与裂纹扩展方向完全垂直。 满载的4种工况，椭圆板上最大主应力分布云图分别见图4.1-2图4.1-5。 在满载L1工况椭圆板自由边的高应力区域选取几个节点的最大主应力（范围）进行合成，并以其中合成应力范围最大者（第88955号节点）进行疲劳强度的校核。虽然不是严格按照指南规定插值计算热点应力，但结果应该相差不会太大.,504.03 N/mm2,查看节点主应力方向：,图4.1-1 满载L1工况、舱口角隅椭圆板最大主应力方向,图4.1-2 满载L1工况、舱口角隅椭圆板Z1表面最大主应力结果云图（MPa）,图4.

4、1-3 满载L2工况、舱口角隅椭圆板Z1表面最大主应力结果云图（MPa）,图4.1-4 满载L3工况、舱口角隅椭圆板Z1表面最大主应力结果云图（MPa）,图4.1-5 满载L4工况、舱口角隅椭圆板Z1表面最大主应力结果云图（MPa）,如何提取节点88955的上下表面最大主应力,表4.1-2 压载工况、舱口角隅椭圆板自由边上热点应力范围计算（MPa）,累积疲劳损伤度校核：,压载工况，Z1,Z2表面，88955号节点处的热点应力范围计算见下表,双向插值,累积疲劳损伤度的计算汇总于下表,表4.1-3 累积疲劳损伤度的计算,4.2.2舱口角焊缝 选用F2曲线（S-N），许用应力范围,满载L1工况下，计

5、算得到本船舱口角的几条焊缝各节点最大主应力（范围） 的方向如图4.2-1所示。由图中可知，热点（1623号节点）在最大主应力方向 基本与主甲板上沿船宽方向的焊缝（可能的裂纹扩展方向）垂直。 虽然最大主应力发生在主甲板与顶边舱垂向列板的焊缝13961号节点上，但其方向基本顺着焊缝的方向，且数值也不是很大，不至于引起疲劳裂纹。所以疲劳计算与校核针仅对主甲板与顶边舱web的焊缝进行。 满载的4种工况，舱口角附近单元Z1表面最大主应力分布云图分别见图4.2-2图4.2-5。,252.02 N/mm2。,按照指南规定的方法计算得到的累积疲劳损伤度也能够满足要求:,图4.2-1 满载L1工况、舱口角附近Z

6、1表面节点最大主应力方向,图4.2-2 满载L1工况、舱口角附近单元Z1表面最大主应力结果云图（MPa）,取主甲板与顶边舱web的焊缝上与“热点”临近的4个节点最大主应力范围的结果，按照指南5.4.6计算热点应力，并进行疲劳强度的校核。,提取节点13992，14025，14058，14091的上下表面最大主应力,查找4个节点距焊缝趾点节点的距离,按,消隐按钮，选要显示节点的相关单元,Elements Show/node/disdance 显示节点的距离,以上计算汇总于下表：,表4.2-1 满载工况、舱口角主甲板横向焊缝热点应力范围计算（MPa）,表4.2-2 压载工况、舱口角主甲板横向焊缝热点

7、应力范围计算（MPa）,同样做法进行压载工 况焊缝热点应力范围计算况，它不做应力校核，为计算累积疲劳损伤度用。,表4.2-3 舱口角主甲板横向焊缝热点应力、累积疲劳损伤度的计算,累积疲劳损伤度的计算见表4.2-3。其上表面（Z1）的累积疲劳损伤度略微超过了指南规定的许用值（1.0），仅仅超过了1。 问题： 按规定 所以本船舱口角隅处焊缝的疲劳热点应力满足疲劳强度的要求。,，但,怎么办？,可不进行 D计算！,4.2.3 底边舱斜板与内底板、横舱壁交接处折角,选用F2曲线（S-N），许用应力范围,247.62 N/mm2。,满载L1工况下，计算得到本船底边舱斜板与内底板、横舱壁交接处的折角（下折角

8、）的几条焊缝各节点最大主应力（范围）的方向如 图4.3-1所示。由图中可知，热点（1224号节点）处最大主应力方向基本沿着横舱壁与底边舱斜板的焊缝，与横舱壁上垂向T型材的焊缝（可能的裂纹扩展方向）的夹角大于45o，最大主应力在横舱壁上垂向T型材的焊缝12258号节点上。,满载的4种工况，下折角附近Z1表面最大主应力分布云图分别见图4.3-2图4.3-5。,图4.3-1 满载L1工况、下折角附近节点最大主应力方向,选此项,方法二：在节点应力云图直接查看节点应力,表4.3-1 满载工况、下折角处横舱壁T型材焊缝热点应力范围计算（MPa）,表4.3-2 压载工况、下折角处横舱壁T型材焊缝热点应力范围

9、计算（MPa）,表4.3-3 下折角处横舱壁T型材焊缝热点应力、累积疲劳损伤度的计算,4.2.4底边舱斜板与内壳板、横舱壁交接处的折角,选用F2曲线（S-N），许用应力范围,239.26 N/mm2。,该折角距离中和轴较近，所以在满载L3工况（施加海水动压力范围的载荷）下，热点（872号节点）处的最大主应力范围值较大。,这个计算工况下，计算得到本船底边舱与内壳板、横舱壁交接的折角（以下简称“上折角”）处几条焊缝各节点最大主应力（范围）的方向如图4.4-1所示。由图中可知，热点处最大主应力方向基本垂直于横舱壁与内壳板之间的连接焊缝（可能的裂纹扩展方向），最大主应力发生在该焊缝的29960号节点上

10、。,满载的4种工况，上折角附近Z1表面最大主应力分布云图分别见图4.4-2图4.4-5。,图4.4-1 满载L3工况、上折角附近节点最大主应力方向,表4.4-1 满载工况、上折角处横舱壁与内壳板之间的连接焊缝热点应力范围计算（MPa）,表4.4-2 压载工况、上折角处横舱壁与内壳板之间的连接焊缝热点应力范围计算（MPa）,表4.4-3 上折角处横舱壁与内壳板之间的连接焊缝热点应力、累积疲劳损伤度的计算,5.结论,在针对80 000 DWT散货船No5货舱所建立的三维舱段粗网格模型（用于屈服强度和屈曲强度的直接计算）的基础之上，对舱口角隅、底边舱斜板与内底板、横舱壁连接处（下折角）和底边舱斜板与内壳板、横舱壁连接处（上折角）等几个疲劳强度较为敏感部位的有限元网格进行局部细化，采用嵌入式细网格模型对这些应力水平较高的部位进行热点应力（范围）的直接计算：计算中，按照指南的规定确定计算工况、计算疲劳载荷、施加边界条件、计算并合成应力范围，根据许用应力范围以及疲劳累积损伤度对热点处的疲劳强度进行评估。 由有限元直接计算得到的应力范围分量结果，按照指南规定的方法合成满载及压载工