船级社指南 船体结构疲劳强度指南 GD18-2021

中国船级社GUIDELINESFORFATIGUESTRENGTHOFSHIPSTRUCTURE简要编写说明《船体结构疲劳强度指南》（2021）在《船体结构疲劳强度指南》（2018）基础上编制进行修订换版。主要修订内容如下：1.根据市场需求和技术的发展，结合“液化气体船规范验证及深化研究”项目，对液化气体运输船相关内容进行修订完善；2.对设计应力范围增加材料强度修正，增加腹板热点应力插值方法；3.增加焊接改善方法；4.其他编辑性修订。 51.1一般规定 51.2符号规定 61.3疲劳评估术语的定义 81.4疲劳损伤及失效模式 91.5疲劳评估方法 1.6腐蚀修正 1.7疲劳评估装载工况 1.8计算工况 第2章疲劳载荷 2.1一般要求 2.2参数定义 2.3船舶运动和加速度 2.4船体梁载荷 2.5载荷工况 2.6外部压力 2.7干散货内部压力 2.8液体内部压力 2.9集装箱货物载荷 2.10汽车运输船载荷 402.11液化气体运输船重力载荷 40第3章疲劳评估 413.1一般要求 413.2船体结构节点的设计指导 413.3设计应力范围 413.4设计S-N曲线的选取 443.5疲劳累积损伤计算 443.6疲劳寿命计算 463.7焊接改善方法 46第4章简化应力分析 494.1一般要求 494.2基于简化分析的热点应力范围与热点平均应力 494.3名义应力分量计算 494.4热点应力计算 4.5应力集中系数 第5章有限元应力分析 615.1一般要求 5.2结构模型化 5.3有限元分析工况 5.4边界条件 5.5基于有限元分析的热点应力范围与热点平均应力 5.6典型节点的有限元细化要求 714/148第6章泵塔疲劳强度 806.1一般规定 806.2装载工况和装载水平 806.3全船耐波性分析 816.4晃荡工况 816.5泵塔结构有限元分析 826.6疲劳分析 83附录散货船、油船和集装箱船的船体结构节点 871.1一般规定1.1.1本指南适用于钢质海上航行船舶货舱区域的船体结构强度评估，包括以下船型：（1）船长150m及以上的非CSR散货船；（2）船长150m及以上的非CSR油船；（3）船长150m及以上的集装箱船；（4）船长150m及以上的下列液化气体运输船：1薄膜型液化气体运输船（以下简称薄膜型液化气体船2A型棱形独立舱液化气体运输船（以下简称A型液化气体船3B型棱形独立舱液化气体运输船（以下简称B型液化气体船4C型独立舱液化气体运输船（以下简称C型液化气体船（5）船长150m及以上的整体液货舱式化学品船；（6）船长150m及以上的矿砂船；（7）专门设计和制造用于运输轮式商品车辆的钢质海上航行的汽车运输船。1.1.2其他船舶也可参照本指南，对其船体结构进行疲劳强度评估。1.1.3按本指南进行疲劳强度评估的船舶，其结构设计、建造工艺和建造质量应满足CCS《钢质海船入级规范》、《国内航行海船建造规范》或CCS接受的其他有关标准的要求。1.1.4对于独立舱型液化气体运输船，其船体结构及A/B型（棱形）独立液货舱应按本指南进行常规疲劳强度评估（即基于S-N曲线的P-M线性累积损伤方法且B型独立液货舱还应按CCS《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》中的有关要求进行断裂力学方法的疲劳强度评估，C型独立液货罐应按CCS《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》中的有关要求进行疲劳强度评估（如适用）。1.1.5对满足本指南评估要求的入级船舶，可授予FL附加标志；对于选取最小疲劳设计寿命在25年及以上的船舶，可从25年开始计，以5年为间隔授予附加标志，如FL（25FL（30）等。1.2符号规定1.2.1船长L（m即规范船长，系指沿结构吃水处水线，由首柱前缘量至舵柱后缘的长度；对无舵柱的船舶，由首柱前缘量至舵杆中心线的长度；但均不应小于结构吃水处水线总长的96%，且不必大于97%。对于具有非常规船首和船尾的船舶，其船长L需特别考虑。对于箱形船体，L为沿结构吃水处水线自船首端壁前缘量至船尾端壁后缘的长度。对于无舵杆的船舶(如设有全回转推进器的船舶)，L为结构吃水处水线总长的97%。1.2.2船宽B（m系指在船中结构吃水处量取的最大型宽。1.2.3型深D（m在船长中点处，沿船舷由平板龙骨上缘量至上层连续甲板横梁上缘的垂直距离；对甲板转角为圆弧形的船舶，则由平板龙骨上缘量至横梁上缘延伸线与肋骨外缘延伸线的交点。1.2.4吃水d（m即结构吃水，系指在船长中点处，由平板龙骨上缘量至结构吃水处水线的垂直距离。结构吃水是满足船舶尺度的强度要求并反映满载工况的吃水，且应不小于核定干舷对应的吃水。1.2.5吃水dLC（m系指在船长中点处，由平板龙骨上缘量至相应装载工况下水线的垂直距离。1.2.6方形系数Cb：系指对应于结构吃水处水线的型方形系数，由下式确定：式中：▽——相应于结构吃水时的型排水体积，m3；L——船长，m;B——船宽，m；d——吃水，m。1.2.7最大服务航速V（kn船舶按其设计在营运中以最深航行吃水、螺旋桨最大转速（RPM）和发动机的相应最大持续功率（MCR）所保持的最大航速。1.2.8主应力及方位角：（1）主应力σ1和σ2按下列公式确定：式中：σx、σy——正应力，N/mm2；τxy——剪应力，N/mm2。（2）主应力σ1和σ2成90°夹角，主应力σ1与x轴的夹角θ按下式确定：1.2.9坐标系和应力符号：（1）船舶的几何尺寸根据下列右手坐标系（见本章图1.2.9）定义：原点：船舶对称纵剖面、船长L尾端和基线的相交处；X轴：纵向轴，向前为正；Y轴：横向轴，向左为正；Z轴：垂向轴，向上为正。图1.2.9参考坐标系（2）船体运动及加速度的正负号定义：纵荡以沿X轴正向为正；横荡以沿Y轴正向为正；垂荡以沿Z轴正向为正；横摇以右手螺旋法则绕X轴为正；纵摇以右手螺旋法则绕Y轴为正；艏摇以右手螺旋法则绕Z轴为正；船上任一点的纵向线加速度以沿X轴正向为正；船上任一点的横向线加速度以沿Y轴正向为正；船上任一点的垂向线加速度以沿Z轴正向为正。（3）应力符号定义：拉伸应力为正，压缩应力为负。1.3疲劳评估术语的定义1.3.1热点：热点是结构中疲劳裂纹初始产生处，一般位于焊趾、部分焊透或角焊缝的焊根、板材的自由边。1.3.2名义应力σn（N/mm2）：名义应力是仅考虑结构几何形状影响的在结构构件中的应力，但不考虑由于结构不连续和焊缝存在引起的应力集中。名义应力可采用梁理论或细网格有限元方法求得。1.3.3热点应力σh（N/mm2）：热点应力是热点处的应力，考虑由于结构不连续和焊接件的存在引起的应力集中，但不考虑焊趾处切口导致的非线性应力。热点应力可采用名义应力乘以应力集中系数获得，或者采用精细网格有限元分析直接求得。1.3.4应力集中系数Kg：热点应力与名义应力的比值，按下式计算：式中：σh——热点应力，N/mm2；σn——名义应力，N/mm2。1.3.5热点应力范围Sh（N/mm2引起结构疲劳的交变热点应力的应力范围，按下式计Sh=σmax-σminN/mm2式中：σmax——热点应力循环的最大值，N/mm2；σmin——热点应力循环的最小值，N/mm2。1.3.6平均热点应力σm（N/mm2引起结构疲劳的交变热点应力的平均值，按下式计算：(σmax+σmin）/2N/mm2式中：σmax——热点应力循环的最大值，N/mm2；σmin——热点应力循环的最小值，N/mm2。1.3.7设计应力范围SD（N/mm2用于疲劳评估的应力范围，为热点应力范围经板厚修9/148正、平均热点应力修正和材料强度修正求得。1.3.8关键位置：由于应力集中、构件对中、结构非连续以及腐蚀在船舶结构中，失效概率高于周围相邻结构的区域内，易于疲劳损坏而需提供设计改进的特定位置。1.4疲劳损伤及失效模式1.4.1船舶在海上航行时，船体结构一直受到波浪力及船舶运动产生惯性力的作用。而波浪力和惯性力都是不断变化的动载荷，他们在船体结构内部引起交变应力，造成结构的疲劳损伤。1.4.2疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。特别对于大型船舶和使用高强度钢的船舶，疲劳问题显得尤为突出。1.4.3疲劳控制的目标是保证遭受疲劳动载荷的船体结构有足够的疲劳寿命。疲劳寿命的计算、分析相关疲劳损坏数据可以给出结构设计的基础（钢材的选择、构件尺度和局部节点细则）。进一步，它们可以形成船体结构在制造和全运营寿命期内的有效检查程序。1.4.4疲劳裂纹的失效模式主要有以下四种：（1）疲劳裂纹从焊趾扩展进母材（见本章图1.4.4（1））：在船体焊接结构中，疲劳裂纹从焊趾扩展进母材是一种常见的失效模式。疲劳裂纹起始于焊趾处小的缺陷或咬边。为防止该失效模式，本指南给出了结构焊接节点的疲劳评估方法。图1.4.4（1）（2）疲劳裂纹从焊缝根部扩展贯通角焊缝（见本章图1.4.4（2））：从角焊缝的焊缝根部扩展贯通角焊缝的疲劳裂纹是一种能导致重大后果的失效模式。为防止该失效模式，按本指南附录中给出的关键位置处结构焊接节点的焊接要求。图1.4.4（2）（3）疲劳裂纹从焊缝根部进入焊接下的剖面（见本章图1.4.4（3疲劳裂纹从焊缝根部进入焊接下的剖面在结构的运营寿命期内、在实验室疲劳试验中都可观察到。在一些易产生该类型裂纹的临界位置可采用全焊透焊缝以避免该失效模式。为防止该失效模式，按本指南附录中给出的关键位置处结构焊接节点的焊接要求。图1.4.4（3）（4）疲劳裂纹起始于非焊接节点的自由边（见本章图1.4.4（4））：在母材中的疲劳裂纹是一种具有高应力循环次数构件的失效模式。然而，该疲劳裂纹常常开始于构件中的切口和沟槽或小的表面缺陷/不平整。为防止该失效模式，本指南给出了非焊接结构节点的疲劳评估方法。1.5疲劳评估方法1.5.1疲劳评估是基于线性累积损伤模型（Palmgren-Miner的规则）进行。累积损伤度D应按下式计算：式中：NT——结构在其设计寿命期间内的应力循环总次数；S——设计应力范围；f（S）——设计应力范围长期分布的概率密度函数；N（S）——与设计应力范围S相对应的结构疲劳失效时的应力循环次数。1.5.2船体结构的疲劳评估可采用简化分析法和谱分析法。本指南的疲劳评估方法是基于简化分析法。1.5.3疲劳简化分析法主要包括下述步骤：（1）疲劳载荷计算；（2）热点应力范围计算；（3）选择设计S-N曲线；（4）累积损伤度的计算及衡准。应用本指南进行船体结构疲劳强度评估的流程见本章图1.5.3。1.5.4S-N曲线采用英国能源部经修正的非管节点的基本S-N曲线（见本章图1.5.4由B、C、D、E、F、F2、G、W八根曲线组成，每根曲线表示一类结构节点所受的交变应力范围值与应力循环次数的关系。这些曲线适用于最小屈服应力小于400N/mm2的钢材，其对应的存活概率为97.6%。1.6腐蚀修正1.6.1疲劳评估应考虑船体结构正常腐蚀磨耗的影响。本指南在应力计算时采用建造构件尺寸，但在计算热点应力时应乘以下述要求的腐蚀修正系数：（1）对于简化应力分析时船体梁弯曲正应力和有限元应力分析时总体载荷工况下的热点应力，腐蚀修正系数fch=1.05；（2）对于简化应力分析时侧向载荷作用下的弯曲正应力和有限元应力分析时局部载荷工况下的热点应力，腐蚀修正系数fcl=1.1。1.7疲劳评估装载工况1.7.1船体上的波浪载荷随吃水和载荷分布而变化，因此在疲劳评估中需要考虑超过1个的装载工况。装载工况的确定取决于船舶类型，通常选取2～3个最常用的装载和压载工况作为用于疲劳评估的装载工况。1.7.2油船和化学品船的疲劳评估装载工况为均匀满载工况和正常压载工况，具体要求见本章表1.7.2。油船和化学品船疲劳评估装载工况要求表1.7.2疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW时间分配系数α均匀满载满载吃水0.6（中垂）0.425正常压载压载吃水0.8（中拱）0.4251.7.3散货船的疲劳评估装载工况为均匀满载工况、隔舱满载工况和正常压载工况，具体要求见本章表1.7.3。有关参数定义如下：MH：吃水d时，均匀装载工况下（所有货舱装货且装载比值相同，所有压载舱为空舱货舱中的实际载货量。MHD：吃水d时，隔舱装载工况下（所有装货舱的货物密度相同，且装载比值相同，所有压载舱为空货舱的最大允许载货量。VFULL：货舱容积，包括货舱舱口围板包围的容积。散货船疲劳评估装载工况要求表1.7.3疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW货舱载荷量M（t）干散货密度（t/m3）时间分配系数α无隔舱装载具有隔舱装载均匀满载满载吃水0.4（中垂）MHMH0.50.25隔舱满载装货舱空舱满载吃水0.75（中拱）MHD设计允许的最大货物密度，如无规定应取3.0------0.25正常压载压载吃水0.8（中拱）------------------0.350.351.7.4集装箱船的疲劳评估装载工况为满载工况和正常压载工况，具体要求见本章表集装箱船疲劳评估装载工况要求表1.7.4疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW时间分配系数α满载满载吃水0.9（中拱）0.65正常压载压载吃水0.8（中拱）0.21.7.5薄膜型液化气体船和独立舱型液化气体运输船的疲劳评估装载工况为均匀满载工况和正常压载工况，具体要求见本章表1.7.5(1)~(3)。薄膜型液化气体船疲劳评估装载工况要求表1.7.5（1）疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW分配系数α均匀满载满载吃水0.7（中垂）0.45正常压载压载吃水0.8（中拱）0.4A/B型独立舱液化气体船疲劳评估装载工况要求表1.7.5（2）疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW分配系数α均匀满载满载吃水0.4（中拱）0.45正常压载压载吃水0.9（中拱）0.4C型独立舱液化气体船疲劳评估装载工况要求表1.7.5(3)疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW分配系数α均匀满载满载吃水0.6（中拱）0.45正常压载压载吃水0.8（中拱）0.41.7.6矿砂船的疲劳评估装载工况为均匀满载工况、正常压载工况及最大压载工况（如有时具体要求见表1.7.6。矿砂船疲劳评估装载工况要求表1.7.6疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW货舱载荷量M（t）干散货密pC（t/m3）时间分配系数α均匀满载满载吃水0.8（中垂）MH设计允许的最大货物密度0.5正常压载轻压载吃水0.6（中拱）——0.35，如无确切的数据，正常压载和最大压载各占0.175最大压载（如有压载工况的最大吃水0.65（中垂）——1.7.7汽车运输船的疲劳评估装载工况为均匀满载工况和正常压载工况，具体要求见本汽车运输船疲劳评估装载工况要求表1.7.7疲劳评估装载工况装载模式静水弯矩修正系数CSW分配系数α均匀满载满载吃水0.85（中拱）0.65正常压载压载吃水0.85（中拱）0.21.8计算工况1.8.1计算工况由各疲劳评估装载工况及其对应的载荷工况组合而成。1.8.2对于每一疲劳评估装载工况，应计及用于疲劳评估的产生动载荷组合的所有疲劳载荷工况。1.8.3对于每一疲劳评估装载工况的主导载荷工况定义为在热点处设计应力范围在所有载荷工况中最大的载荷工况。第2章疲劳载荷2.1一般要求2.1.1本章规定了适用于船体结构疲劳评估的载荷。2.1.2本章给出的载荷类型包括静水中和波浪中的船体梁载荷及板的侧向载荷。2.1.3静水中的船体梁载荷包括垂向静水弯矩；波浪中的船体梁载荷包括垂向波浪弯矩和水平波浪弯矩。2.1.4静水中的侧向载荷包括外部静水压力和货物及压载水引起的内部静压力；波浪中的侧向载荷包括外部水动压力和货物及压载水引起的内部惯性压力。2.1.5设计载荷采用等效设计波法确定，对每一等效设计波给出一组载荷组合因子。波浪中的侧向载荷和波浪中的船体梁载荷需根据载荷组合因子进行组合。2.1.6疲劳载荷的超越概率水平为10-2。2.2参数定义2.2.1用于本章的航区系数fr定义如下：fr=1.00，无限航区/远海航区fr=0.90，1类航区/近海航区fr=0.85，2类航区/沿海航区fr=0.80，3类航区/遮蔽航区2.2.2用于本章的概率水平系数fP定义如下：式中：ξ1——参数，根据不同的载荷类型按本章表2.2.2选取。参数ξ1表2.2.2船舶运动和加速度波浪中的船体梁载荷外部水动压力表中：L——船长，m；f——系数，应按下列各式计算：f当z≤dLCi时f当z>dLCi时式中：z——计算点的Z坐标，m；dLCi——相应装载工况下所考虑船体横剖面处的吃水，有限元应力分析时取相应装载工况下舱段模型长度中点处的吃水，m；D——型深，对于汽车运输船，取干舷甲板高度，m。2.2.3波浪系数C应按下列各式计算：式中：L——船长，m。2.3船舶运动和加速度2.3.1船舶单自由度运动应按下述要求计算。（1）对于油船、化学品船、散货船、薄膜型液化气体船、独立舱型液化气体运输船和矿砂船，横摇遭遇周期TE应按下式计算：式中：kr——所考虑装载工况的横摇转动半径，m。没有确切数值时，可按本章表2.3.1（1）估算；GM——所考虑装载工况的初稳性高度，m。没有确切数值时，可按本章表2.3.1（1）估算。表2.3.1（1）20/148疲劳评估装载工况krGM满载工况（隔舱或均匀装载）0.35B正常压载工况0.45B0.33B最大压载工况（仅矿砂船）0.40B0.25B（2）对于集装箱船，汽车运输船横摇遭遇周期TE应按下列各式计算：ERER式中：TR——横摇周期，s，应按下式计算：当TRV时式中：kr——所考虑装载工况的横摇转动半径，m。没有确切数值时，可按本章表2.3.1（2）估算；GM——所考虑装载工况的初稳性高度，m。没有确切数值时，可按本章表2.3.1（2）估算。V——最大服务航速，Kn。集装箱船、汽车运输船的kr和GM表2.3.1（2）疲劳评估装载工况krGM满载工况0.35B0.07B正常压载工况0.45B0.20B（3）最大横摇角θ应按下式计算，但不必大于0.523fP：式中：fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2；kb——系数，应按下列各式取值：21/148=1.2，对于无舭龙骨的船舶kb=1.0，对于有舭龙骨的船舶kb=0.8，对于有主动式减摇装置的船舶B——船宽，m。（4）纵摇周期TP和最大纵摇角Φ应按下列各式计算，其中最大纵摇角Φ不必大于0.14fP：式中：L——船长，m；Cb——方形系数；a0——加速度系数，应按下式计算：式中：fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2；CV，取不大于0.2；L——船长，m；V——最大服务航速，Kn；C——波浪系数，见本章2.2.3。2.3.2船舶运动加速度应按下述要求计算。（1）横摇引起的角加速度aroll应按下式计算：式中：θ——最大横摇角，rad，见本章2.3.1（3TE——横摇遭遇周期，s，见本章2.3.1（1）或2.3.1（2）。22/148（2）纵摇引起的角加速度应按下式计算：apitchrad/s2式中：Φ——最大纵摇角，rad，见本章2.3.1（4TP——纵摇周期，s，见本章2.3.1（4）。（3）垂荡引起的垂向加速度aheave应按下式计算：式中：a0——加速度系数，按本章2.3.1（4）计算；Cb——方形系数。（4）横荡引起的横向加速度asway应按下式计算：0m/s2式中：a0——加速度系数，按本章2.3.1（4）计算。（5）纵荡引起的纵向加速度asurge应按下式计算：2式中：a0——加速度系数，按本章2.3.1（4）计算；Cb——方形系数。2.3.3船舶任何一点的纵向、横向和垂向加速度参考值应按下列各式计算：（1）纵向：aX=-CXGgsinΦ+CXSasurge+CXPapitch-xm/s2（2）横向：aYYGgsinθ+CYSasway-CYRaroll-ym/s2（3）垂向：aZZHaheave+CZRaroll-z-CZPapitch-zm/s2式中：CXG,CXS,CXP,CYG,CYS,CYR,CZH,CZR,CZP——本章2.5.3定义的载荷组合因子；23/148aheave、asway、asurge——见本章2.3.2；Φ——最大纵摇角，rad，见本章2.3.1（4θ——最大横摇角，rad，见本章2.3.1（3apitch-x——纵摇引起的纵向加速度，m/s2，应按下式计算：apitch-x=apitchRm/s2aroll-y——横摇引起的横向加速度，m/s2，应按下式计算：aroll-y=arollRm/s2aroll-z——横摇引起的垂向加速度，m/s2，应按下式计算：rollym/s2apitch-z——纵摇引起的垂向加速度，m/s2，应按下式计算：apitch-z=apitch(x-0.45L)m/s2式中：aroll、apitch——见本章2.3.2；dLC——相应装载工况下的船中吃水，m；D——型深，m；L——船长，m；x,y,z——计算点的纵向、横向和垂向坐标，m。2.4船体梁载荷2.4.1本条给出的波浪垂向弯矩和波浪水平弯矩为绝对值。波浪弯矩的符号应根据本章表2.5.3中的载荷组合因子组合后考虑。船舶任一横剖面处的静水垂向弯矩、波浪垂向弯矩和水平弯矩的符号规则见本章图2.4.1所示：24/148图2.4.1弯矩MSW、MWV、MWH的符号规则2.4.2用于疲劳分析的船体梁静水弯矩MSW应按下式计算：MSW=CSWSkN·m式中：CSW——相应装载工况下的静水弯矩修正系数，见第1章1.7；MS——船体梁中拱或中垂许用静水弯矩，kN·m。2.4.3船体任一横剖面的垂向波浪弯矩应按下列各式计算：（1）中拱：MWV,H=190FMfrfPfeCL2BCb10-3kN·m（2）中垂：110FMfrfPfeCL2B(Cb+0.7)10-3kN·m式中：FM——本章表2.4.3所定义的分布系数；fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2；fe——系数，按下列情况确定：fe=fes当考虑线性波激振动影响时fe=fews当考虑非线性砰击颤振和波激振动影响时其中：fes——线性波激振动影响系数，见CCS《船体结构波激振动和砰击颤振直接计算评估指南》3.3；25/148fews——非线性砰击颤振和波激振动影响系数，见CCS《船体结构波激振动和砰击颤振直接计算评估指南》4.4；C——波浪系数，见本章2.2.3；L——船长，m；B——船宽，m；Cb——方形系数。分布系数FM表2.4.3分布系数FM2.4.4船体任一横剖面的水平波浪弯矩应按下式计算：式中：FM——分布系数，见本章表2.4.3；fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2；C——波浪系数，见本章2.2.3；L——船长，m；B——船宽，m；dLC——相应装载工况下的船中吃水，m；Cb——方形系数。2.5载荷工况2.5.1载荷工况由以下规则波组成：（1）迎浪，垂向波浪弯矩达到最大时的规则波（“H”26/148（2）随浪，垂向波浪弯矩达到最大时的规则波（“F”（3）横摇运动达到最大时的规则波（“R”（4）水线处水动压力达到最大时的规则波（“P”）。2.5.2与等效设计波对应的载荷工况定义见本章表2.5.2。载荷工况定义表2.5.2“H”“F”“R”----表2.5.2（续）“R”“P”“P”2.5.3各载荷工况中的船体梁载荷和加速度分量，应用每一分量的参考值乘以本章表2.5.3所定义的相应载荷组合因子LCF得出。载荷组合因子LCF表2.5.3MWVCWV1-0.75-0.2dLCd0.75+0.2dLCd0.1-0.2dLCd0.2dLC-0.1dMWHCWH0000ddasurgeCXS0.3-0.2dLCd0.2dLC-0.3d-0.4dLC+0.2d0.4dLC-0.2d00apitch_xCXP00gsinΦCXG0.4dLC+0.4d-0.4dLC-0.4d00aswayCYS00000.2-0.2dLCd0.2dLC-0.2daroll_yCYR00001gsinθCYG00001aheaveCZH0.8dLC-0.15d0.15-0.8dLCd00cZHR-cZHR27/148aroll_z00001apitch_z00表2.5.3（续）MWVCWVMWHCWHasurgeCXS000000apitch_xCXP000000gsinΦCXG000000aswayCYSaroll_yCYR1gsinθCYG1aheaveCZHcZHR-cZHR11aroll_z1apitch_z000000d——吃水，m。2.5.4总船体梁载荷，应以垂向船体梁静水载荷，分别加上乘以载荷组合因子后的相对应的船体梁波浪载荷得到。2.5.5总内部载荷（包括甲板载荷应以载重量引起的静压力或静力，加上由乘以载荷组合因子后的加速度引起的惯性压力或惯性力得到。2.6外部压力2.6.1船体外板上任何一点的海水总压力pSW由下式得出，且不应为负值：pSW=pS+pWkN/m228/148式中：pS——静水压力，kN/m2，见本章2.6.2；pW——视载荷工况而定的水动压力，kN/m2，与本章2.6.3，2.6.4或2.6.5所定义的水动压力相等的波浪压力，并按本章2.6.6修正。2.6.2外板上任何一点的静水压力pS见本章表2.6.2。静水压力pS表2.6.2静水压力pS（kN/m2）水线处及以下的点（z≤dLCi）pg(dLCi–z)0式中：dLCi——相应装载工况下所考虑船体横剖面处的吃水，有限元应力分析时取相应装载工况下舱段模型长度中点处的吃水，m；z——载荷点的垂向坐标，m。2.6.3对于载荷工况H1、H2、F1和F2，水线以下外板上任何一点的水动压力pH和pF见本章表2.6.3（1）。压力pF2的分布见本章图2.6.3。载荷工况H1、H2、F1和F2的水动压力表2.6.3（1）pH1aHkpHpHFpH2=kaHkpHpHFpF1aFkpFpHFpF2=kaFkpFpHF注：表中pHF应按下式计算：pHF=fhfrfPC且z应取不大于dLCi式中：fh——系数，应按下式计算：fh=1.5对于载荷工况H1、H2fh=2.6对于载荷工况F1、F2kaH——H1、H2载荷工况沿船舶纵向的幅值系数，应按下列各式计算：29/148kaF——F1、F2载荷工况沿船舶纵向的幅值系数，应按下列各式计算：kaFkpH——H1、H2载荷工况沿船舶纵向的相位系数，应按表2.6.3（2）取值，中间值按插值计算：kpH的取值表2.6.3（2）x/LkpH0.3-0.1dLCd-1.00.5-0.2dLCd0.9-0.4dLCd0.9-0.2dLCd-1.0-1.0kpF——F1、F2载荷工况沿船舶纵向的相位系数，应按表2.6.3（3）取值，中间值按插值计算：kpF的取值表2.6.3（3）x/LkpF0.35-0.1dLCd-1.00.75-1.0λ——波长，m，应按下列各式计算：LL，对于载荷工况H1和H2LL，对于载荷工况F1和F2式中：L——船长，m；fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2，计算时z应取不大于dLCi；C——波浪系数，见本章2.2.3；dLCi——相应装载工况下所考虑船体横剖面处的吃水，有限元应力分析时取相应装载工况下舱段模型长度中点处的吃水，m；Bi——所考虑横剖面在水线处的船宽，有限元应力分析时取相应装载工况下舱段模型长度中点处的船宽，m；x,y,z——载荷点的纵向、横向和垂向坐标，m；CL1——系数，应按下列各式计算：CL1=0.6，对于油船、化学品船、薄膜型液化气体船、独立舱型液化气体运输船、散货船和矿砂船CL1=0.5，对于集装箱船、汽车运输船dLC——相应装载工况下的船中吃水，m；d——吃水，m。图2.6.3船中处水动压力pF2的分布2.6.4对于载荷工况R1P、R2P、R1S和R2S，水线以下外板上任何一点的水动压力pR应按本章表2.6.4计算。压力分布见本章图2.6.4。载荷工况R1P、R2P、R1S和R2S的水动压力表2.6.4pR1P=pRPpR2P=-pRPpR1S=pRSpR2S=-pRS表中：式中：θ——最大横摇角，deg，见本章2.3.1（3fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2；C——波浪系数，见本章2.2.3；λ——波长，m，应按下式计算：y——载荷点的横向坐标，m，左舷取为正值；B——船宽，m。式中：TE——横摇遭遇周期，s，见本章2.3.1（1）或2.3.1（2）。图2.6.4船中处pRP和pRS的分布2.6.5对于载荷工况P1P、P2P、P1S和P2S，水线以下外板上任何一点的水动压力pp见本章表2.6.5。压力pp1的分布见本章图2.6.5。载荷工况P1P、P2P、P1S和P2S的水动压力表2.6.5pP1P=pPPpP2P=-pPPpP1S=pPSpP2S=-pPS表中：pPP=4.5frfpC当y≥0pPS=1.5frfpC当y≥0=4.5frfpC当y<0式中：λ——波长，m，应按下式计算：y——载荷点的横向坐标，m。fr——航区系数，见本章2.2.1；fP——概率水平系数，见本章2.2.2；C——波浪系数，见本章2.2.3；CL2——系数，按下列各式计算：CL2=0.4，对于油船、化学品船、薄膜型液化气体船、独立舱型液化气体运输船、散货船和矿砂船CL2=0.15，对于集装箱船、汽车运输船dLC——相应装载工况下的船中吃水，m；d——吃水，m；L——船长，m。图2.6.5船中处pPP和pPS的分布2.6.6对于各载荷工况，水动压力应按下述要求修正：（1）如水线处水动压力为正，舷侧处水线以上的水动压力pW,C应按下列各式计算（见本章图2.6.6式中：pW,WL——所考虑载荷工况下水线处的水动压力；dLCi——相应装载工况下所考虑船体横剖面处的吃水，有限元应力分析时取相应装载工况下舱段模型长度中点处的吃水，m；z——载荷点的垂向坐标，m；式中：p——海水密度，取1.025t/m3。（2）如水线处的水动压力为负，水线以下的水动压力pW,C应按下式计算（见本章图2.6.6pW,C=max[pW,pg(z-dLCi)]kN/m2式中：pW——所考虑载荷工况下在水线以下的负水动压力；dLCi——相应装载工况下所考虑船体横剖面处的吃水，有限元应力分析时取相应装载工况下舱段模型长度中点处的吃水，m；z——载荷点的垂向坐标，m。图2.6.6水动压力的修正2.7干散货内部压力2.7.1干散货上表面应按下述要求确定：（1）货舱装载至舱口围板顶部时，干散货上表面应按货舱范围内相同货物体积等效确定（有关参数定义见本章图2.7.1（1。干散货的等效水平表面在内底以上hC处，hC应按下式计算：式中：hm其中：hHPU——从内底至顶边舱与舷侧外板或内壳下交点的垂直距离，m；当无顶边舱时，从内底至上甲板与舷侧外板或内壳交点的垂直距离，m；S0——从顶边舱与舷侧外板或内壳下交点至上甲板水平面的阴影面积，m2，见本章图2.7.2（1当无顶边舱时，从上甲板与舷侧外板或内壳交点至上甲板水平面的阴影面积，m2；VHC——舱口围板由上甲板至围板顶部范围内所包围的容积，m3；lH——货舱长度，m；当设置槽型横舱壁时，从槽型深度中点处计量；BH——货舱长度中点处的货舱宽度，m。（2）货舱未装载至上甲板时，干散货上表面沿船体横向为抛物面（有关参数定义见本章图2.7.1（2。上表面位置根据货舱内的货物体积（取M/PC）确定。干散货的表面在内底以上hC处，hC应按下列各式计算：m当h2≥0时2m当y>B2且h2<0时2式中：h2——距离，m，应按下式计算：hy——距离，m，应按下列各式计算：hy2hy2B2——当h2<0时的干散货表面宽度，m，应按下式计算：h22——当h2<0时的距离，m，应按下式计算：hHPL——从内底至底边舱与舷侧外板或内壳上交点的垂直距离，m。如无底边舱，式中：h1——距离，m，应按下列各式计算：2<0时M——货舱载货量，t；VTS——在货舱长度lH范围内，横舱壁底凳的总体积，m3。该体积不包括底边舱穿过横舱壁的部分；C——干散货密度，t/m3，见第1章1.7.3；BH——货舱长度中点处的货舱宽度，m；lH——货舱的长度，m；当设置槽型横舱壁时，从槽型深度中点处计量；BIB——货舱长度中点处的内底的宽度，m；δ——货物的休止角，取为35°;y——载荷点的横向坐标，在上风舷取为正值。2.7.2静水中的干散货压力pCS应按下式计算：pCS=pCgKCzCkN/m2,当zc≥0时pCS=0kN式中：pC——干散货密度，t/m3，见第1章1.7.3；KC——系数，应按下列各式计算：KC2α2(45-0.5δ)sin2α,对于内底、底边舱、横舱壁和纵舱壁、底凳、垂直顶凳、内壳和舷侧板；KC=0，对于顶边舱，上甲板和倾斜顶凳；式中：α——所考虑板与水平面之间的夹角，deg；δ——货物的休止角，deg，见本章2.7.1（2）。zC——干散货表面至载荷点的垂直距离，m，按下式计算：zcDB-zm式中：hC——干散货表面至内底的垂直距离，m，见本章2.7.1；hDB——双层底高度，m；z——载荷点的垂向坐标，m。2.7.3干散货引起的惯性压力pCW应按下式计算：pCW=pC[0.25aX(xG-x)+0.25aY(yG-y)+0.5KCaZzc]kN/m2,当zc≥0时式中：pC、KC——见本章2.7.1（2aX、aY、aZ——分别为所考虑货舱形心的纵向、横向、垂向加速度，m/s2，见本章2.3.3；xG、yG——所考虑货舱形心的纵向和横向坐标，m；zc——见本章2.7.2。x、y、z——载荷点的纵向、横向和垂向坐标，m。2.7.4干散货引起的总压力pC应按下式计算，取不小于零：pC=pCS+pCWkN/m2式中：pCS——静水中的干散货压力，kN/m2，按2.7.2计算；pCW——干散货引起的惯性压力，kN/m2，按2.7.3计算。2.8液体内部压力2.8.1液体引起的静压力pLS应按下式计算，且取不小于零：Lg(zTOP-z)kN/m2式中：PL——内部液体的密度，t/m3，按下述要求确定：L=0.9，对于货油L=1.025，对于压载水L=0.5，对于LNG对于其他液化气体，取满舱时的最大货物密度；zTOP——船舶正浮状态下，液舱顶的垂向坐标，m；z——载荷点的垂向坐标，m。2.8.2液体引起的惯性压力pLW应按下列各式计算：L[aZ(zB-z)+full-yaY(yB-y)+full-xaX(xB-x)]kN/m2式中：PL——内部液体的密度，t/m3，见2.8.1；xB——参考点的X坐标，m；yB——参考点的Y坐标，m；zB——参考点的Z坐标，m；参考点取为液舱上边界上使Vj值为最大的点：Z+g)(zj-zG)+aY(yj-yG)+aX(xj-xG)式中：xj、yj、zj——分别为液舱上边界上点的X、Y、Z坐标，m；xG、yG、zG——分别为液舱形心的X、Y、Z坐标，m；full-x——纵向充装系数，应按下列各式计算，取不小于0且不大于1：full-x对于装满液货的货舱full-y——横向充装系数，应按下列各式计算，取不小于0且不大于1：full-y对于装满液货的货舱aX、aY、aZ——分别为所考虑货舱形心的纵向、横向、垂向加速度，m/s2，见本章2.3.3；x、y、z——载荷点的纵向、横向和垂向坐标，m。式中：lfs——舱室顶部的长度，m；btop——舱室顶部的宽度，m；Φ——最大纵摇角，rad，见本章2.3.1（4θ——最大横摇角，rad，见本章2.3.1（3）。2.8.3液体引起的总压力pL应按下式计算，取不小于零：pL=pLS+pLWkN/m2式中：pLS——液体引起的静压力，kN/m2，按本章2.8.1计算；pLW——液体引起的惯性压力，kN/m2，按本章2.8.2计算。2.9集装箱货物载荷2.9.1假定货舱内装载若干标准集装箱堆垛，该标准堆垛一般由20尺集装箱组成，集装箱重量取装载手册中满载工况下的最大箱重，堆垛重心高度取堆垛高度的1/2。2.9.2假定舱口盖上相应货舱范围内的所有集装箱为一个整体质量块，该质量块的重量取装载手册满载工况下该范围内最大货物重量，重心高度取最大货物重量对应的最大堆装高2.9.3集装箱货物引起的载荷应按下列各式进行计算：X方向：WCX=-mCaXkNY方向：WCY=-mCaYkNZ方向：WCZ=-fzmCg-mCaZkN式中：mC——货舱内标准堆垛的重量或舱口盖上集装箱总重，t；aX、aY、aZ——货舱内标准堆垛重心处的加速度或舱口盖上集装箱货物重心处的加速度，m/s2，见本章2.3.3；fz——集装箱货物垂向静载荷系数，应按下列各式计算：fz=cosθ,对于R1P、R1S、R2P、R2S工况40/148=1，对于其他工况式中：θ——最大横摇角，见本章2.3.1；X方向载荷以向前为正，Y方向载荷以左舷为正，Z方向载荷以向上为正。2.9.4集装箱货物引起的载荷应施加在集装箱箱脚位置处。2.10汽车运输船载荷作用在车辆甲板上的载荷应按下列各式进行计算X方向：PX=-PaXkN/m2Y方向：PY=-PaYkN/m2Z方向：PC=-fzPg-PaZkN/m2式中：P——车辆甲板的实际装载载荷，t/m2；aX、aY、aZ——货舱内车辆重心的加速度，m/s2fz——车辆甲板的垂向静载荷系数，应按下列各式计算：fz=cosθ,对于R1P、R1S、R2P、R2S工况式中：θ——最大横摇角，见本章2.3.1；2.11液化气体运输船重力载荷液化气体运输船应计及重力的影响。第3章疲劳评估3.1一般要求3.1.1疲劳强度评估应基于热点处的设计应力范围进行，并考虑在港或维修时间，其结果可用累积损伤度或疲劳寿命表示。3.1.2结构在设计寿命期间内的总累积损伤度D应满足下式要求：总累积损伤度D式中：TD——设计疲劳寿命，年。3.1.3船体结构的设计疲劳寿命应不低于20年。3.2船体结构节点的设计指导3.2.1本指南附录提供了散货船、油船和集装箱船的船体结构节点设计，旨在为设计者对关键位置改进结构节点设计提供技术指导（非强制性要求以提高结构的疲劳寿命。3.3设计应力范围3.3.1装载工况“(k)”的设计应力范围SD(k)应按下式计算：max(fm,i(k)ftfmaterialSh,i(k))N/mm2式中：Sh,i(k)——装载工况“(k)”中载荷工况“i”下的热点应力范围，N/mm2，见第4章或第5fm,i(k)——装载工况“(k)”中载荷工况“i”下的热点平均应力修正系数，见本章3.3.2；ft——板厚修正系数，见本章3.3.3；fmaterial——材料强度修正系数，见本章3.3.4。3.3.2装载工况“(k)”的热点平均应力修正系数fm(k)应按下述要求确定：（1）对于焊接节点42/148当σm,i(k)当σm,i(k)当σm,i(k)当σm,i(k)式中：σm,i(k)——装载工况“(k)”中载荷工况“i”下的热点平均应力，N/mm2；Sh,i(k)——装载工况“(k)”中载荷工况“i”下的热点应力范围，N/mm2；Cs——系数，下式计算：式中L为船长，m。3.3.3板厚修正系数ft应按下列各式计算：ftn当t>22时式中：n——系数，见本章表3.3.3；t——热点处的板厚，mm，按下述要求确定：对于简化应力分析，扁钢和球扁钢不作板厚修正，角钢和T型材取面板厚度；对于有限元应力分析，应取为裂纹容易产生和扩展处结构的板厚。表3.3.3结构节点示意图条件系数n十字接头或T型接头，载荷方向与焊缝方向垂未经处理的焊后状态0.2543/148直使用焊接后处理方法处理过的焊趾0.2对接接头，载荷方向与焊缝方未经处理的焊后状态0.2打磨或使用焊接后处理方法处理过的焊趾0.1对接焊缝，板边的焊接件，焊缝方向与载荷方未经处理的焊后状态0.1使用焊接后处理方法;处理过的焊趾0.1有焊接件的扁钢或球扁钢，载荷方向与焊缝方向平行未经处理的焊后状态0使用焊接后处理方法处理过的焊趾0覆板上的纵向构件未经处理的焊后状态0.2使用焊接后处理方法处理过的焊趾0.1纵向支撑的纵向附件和覆板未经处理的焊后状态0.144/148使用焊接后处理方法处理过的焊趾（1）0机器切割，如采用热处理方法，或剪切的边缘切口去除或磨圆切割痕迹0.1手工热切割，如，火焰切割3.3.4材料强度修正系数，应按下式选取：fmaterial对于母材自由边；fmaterial=1对于焊接节点。式中，ReH——材料的屈服强度，N/mm2，按CCS《钢质海船入级规范》第2篇第1章第3节规定。3.4设计S-N曲线的选取3.4.1对于焊接节点，疲劳强度评估采用D曲线。3.4.2对于母材自由边，疲劳强度评估采用C曲线。3.5疲劳累积损伤计算3.5.1结构节点在装载工况“(k)”时的累积损伤度Dk应按下式计算：式中：ND——船舶在20年营运期间的载荷循环总次数，通常取0.65×108；45/148NL——载荷谱回复周期的循环次数，取为102；αk——装载工况“(k)”的时间分配系数，见本指南第1章1.7；K——S-N曲线参数，见本章表3.5.1；SD(k)——装载工况“(k)”的设计应力范围，N/mm2；ξk——装载工况“(k)”的Weibull形状参数，取为1；m——S-N曲线反斜率，取为3；▽m——S-N曲线两段反斜率差，取为2；Y(x,V)——不完全GAMMA函数值，应按下式计算：Γ——完全GAMMA函数值，应按下式计算：Sq——S-N曲线二线段的交点处的应力幅值，见本章表3.5.1。SN曲线参数表3.5.1KSqC3.464×101270.2305D1.520×101253.36803.5.2结构节点的总累积损伤度应按下式计算：式中：Dk——结构节点在各装载工况下的累积损伤度，见本章3.5.1。46/1483.6疲劳寿命计算3.6.1结构疲劳寿命应按下式计算：TF式中：D——结构节点的总累积损伤度，见本章3.5.2。3.7焊接改善方法3.7.1焊接后处理改善疲劳强度的方法应视为一种满足疲劳寿命要求的补救办法，应满足质量控制程序要求。3.7.2考虑焊接后处理的有利影响时，设计阶段结构细节计算疲劳寿命在不考虑焊接后处理影响的条件下不应小于TD/1.47。对于货舱的内部的结构细节，设计阶段不含焊接后处理影响的计算疲劳寿命不应小于20年。3.7.3在建造阶段，可考虑采用焊缝几何形状控制和打磨消除缺陷的焊后处理基本方法，改善疲劳强度。3.7.4改善方法应用于焊趾处。该方法针对焊趾处疲劳失效的可能性，目的是提高焊缝的疲劳寿命。其他位置引起的疲劳失效同样应考虑。如果应用焊接后处理使疲劳失效从焊趾转移到焊根，焊接接头的整体疲劳性能没有显著改善。焊趾的后处理方法不能改善焊根处的疲劳性能。焊接后处理方法的简要描述及其改善程度见3.7.6。3.7.5如果计划改善焊缝，焊接后处理方法应使用全焊透或部分焊透的焊缝以减轻或消除焊根处产生裂纹的可能性。3.7.6焊接部位可用机械打磨工具将焊趾打磨出合适的几何形状以降低应力集中和去除焊趾缺陷，见图3.7.6。为消除缺陷，如杂质，咬边和冷隔，应去除焊趾处的材料。打磨深度应比任何可见的咬边至少低0.5mm。打磨总深度应不大于2mm和打磨板局部总厚度7%的较小者。应采用批准的方法对任何不满足该要求的咬边进行修理。47/148图3.7.6打磨焊趾几何形状示意图3.7.7为避免小半径凹槽产生有害的切口效应，打磨直径应与所打磨焊趾处的板厚相当。10到50mm板厚的焊接接头对应的打磨直径应在10至25mm范围。打磨后凹槽半径不应小于0.25t。打磨后的焊喉厚度和焊脚长度须满足规范要求或审批图纸上任何增加的焊缝尺寸。检验程序应包括核查焊趾处的半径、打磨深度，以及确认完全去除焊趾处的咬边。3.7.8打磨将使疲劳强度有效应力范围降低1.3，即累积损伤减少为D/2.2。3.7.9打磨的适用范围（1）焊缝类型要求见3.7.5；（2）焊缝改善对于改进高周疲劳条件下的结构细节疲劳强度有效，所以疲劳改善因子不适用于低周疲劳，即，N≤5×104，N为疲劳失效的循环次数；（3）除特殊规定外，疲劳改善因子适用于连接6至50mm厚度钢板的焊缝；（4）疲劳改善因子可应用于横向对接焊，T型和十字型焊接接头以及纵向附件焊接，但不包括纵骨端部连接；（5）对于易遭受机械损坏的区域，只有在得到适当保护时才可考虑使用疲劳改善方法；（6）大的多道焊缝应进行珠状表面处理，见图3.7.9；（7）建造者需提供船舶上应用焊接后处理的细节清单和位置。48/148lleg：焊脚长度w：凹槽的宽度d：打磨深度图3.7.9焊接珠状表面的打磨范围49/148第4章简化应力分析4.1一般要求4.1.1简化应力分析方法适用于纵骨端部连接节点的疲劳强度评估，热点在纵骨端部连接节点的焊趾处。4.1.2应根据纵骨端部连接型式和位置，基于第1章1.7的疲劳评估装载工况，考虑不同端部连接型式的应力集中系数，对纵骨的热点应力范围和热点平均应力进行计算。4.1.3简化应力分析时考虑下述名义应力分量：（1）船体梁弯曲正应力；（2）纵骨在侧向载荷作用下的弯曲正应力。4.2基于简化分析的热点应力范围与热点平均应力4.2.1装载工况“(k)”中载荷工况“i”下，热点应力范围Sh,i(k)应按下式计算：Sh,i(k)=σh,i1(k)-σh,i2(k)N/mm2σh,i2(k)——装载工况“(k)”中载荷工况“i”下的热点应力，N/mm2，见本章4.4.1。4.2.2装载工况“(k)”中载荷工况“i”下，热点平均应力应按下式计算：N/mm2σh,i2(k)——装载工况“(k)”中载荷工况“i”下的热点应力，N/mm2，见本章4.4.1。4.3名义应力分量计算4.3.1装载工况“(k)”中载荷工况“ij”下，船体梁载荷引起的名义应力分量σnh,ij(k)，应按下式计算：2式中：σSW,(k)——静水弯矩引起的船体梁弯曲正应力，N/mm2；应按下式计算：50/148σWV,ij——垂向波浪弯矩引起的船体梁弯曲正应力，N/mm2；对中垂工况对中拱工况σWH,(k)——水平波浪弯矩引起的船体梁弯曲正应力，N/mm2；CWV,ij、CWH,ij——船体梁垂向波浪弯矩和水平波浪弯矩的载荷组合因子，见本指南第2章表2.5.3；MSW,(k)——相应装载工况下的静水弯矩，kN.m；MWV,S、MWV,H——中垂、中拱垂向波浪弯矩，kN.m；MWH,(k)——水平波浪弯矩，kN.m；y、z——计算点的横向坐标与垂向坐标，m；zNA——中和轴的垂向坐标，m；IY、IZ——船体横剖面分别对横向和垂向中和轴的惯性矩，m4。4.3.2装载工况“(k)”中载荷工况“ij”下，侧向载荷引起的名义应力分量σnl,ij(k)，应按下式计算：式中：s——纵骨间距，m；l——纵骨跨距，m，见本章图4.3.2；x——纵骨跨距端部至热点的距离，m，见本章图4.3.2（1）或图4.3.2（2Ws——纵骨连同带板的剖面模数，cm3；51/148d——相对位移修正系数，按下述要求确定：=1.3，货舱横舱壁处的船底（内底）纵骨端部节点=1.2，货舱横舱壁处的舷侧（内壳）纵骨端部节点=1.15，货舱横舱壁处的甲板纵骨端部节点相对位移修正系数也可由直接计算法确定。PSW,ij(k)、PL,ij(k)、PC,ij(k)——纵骨跨距中点处的海水压力、液体压力或干散货压力，kN/m2；ηSW、ηL、ηC——侧向载荷压力方向系数；当压力作用在纵骨一侧时，取1；当压力作用在纵骨相反一侧时，取1。图4.3.2（1）单壳结构52/148图4.3.2（2）双壳结构4.4热点应力计算4.4.1装载工况“(k)”中载荷工况“ij”下的热点应力应按下列各式计算：gfchKghσnh,ij(k)+fclKglKnσnl,ij(k)(j=1,2)N/mm2式中：σnh,ij(k)——船体梁弯矩引起的名义应力分量，N/mm2，见本章4.3.1；σnl,ij(k)——侧向载荷引起的名义应力分量，N/mm2，见本章4.3.2；Kn——非对称纵骨应力集中系数，见本章4.5.2；Kgh——纵骨轴向载荷应力集中系数，见本章表4.5.1；Kgl——纵骨侧向载荷应力集中系数，见本章表4.5.1；fch、fcl——腐蚀修正系数，见第1章1.6.1；Cg——板架弯曲修正系数，应按下述要求确定：Cg=1.1，船底（内底）纵骨端部节点53/148Cg=1.05，舷侧（内壳）纵骨端部节点板架弯曲修正系数也可由直接计算法确定。4.5应力集中系数4.5.1纵向对称扶强材端部连接的轴向载荷与侧向载荷的应力集中系数如表4.5.1所示，也可按本节4.5.3用直接计算法确定。应力集中系数表4.5.1序号节点形式A点B点KghKglKghKgl123454/148序号节点形式A点B点KghKglKghKgl5678955/148序号节点形式A点B点KghKglKghKgl56/148序号节点形式A点B点KghKglKghKgl202157/148序号节点形式A点B点KghKglKghKgl22232425262758/148序号节点形式A点B点KghKglKghKgl2829303132N/AN/A③节点形式31和32为不设置腹板加强筋或腹板4.5.2非对称扶强材的几何形状应力集中系数Kn应按下列公式计算：59/148KnKn，其他式中：β——系数；取1-2bg/bf；bg——从腹板中心线至翼板的宽度，mm，见本章图4.5.2；bf——翼板宽度，mm，见本章图4.5.2；tf——翼板厚度，mm，见本章图4.5.2；hstf——腹板高度，mm，见本章图4.5.2；tw——腹板厚度，mm，见本章图4.5.2；tp——带板厚度，mm，见本章图4.5.2；Z——扶强材剖面模数，cm3；Ψ——系数，取图4.5.24.5.3当采用不同于表4.5.1中的连接形式时，疲劳强度评估可按下述要求进行：60/148（1）采用精细网格有限元分析直接计算热点应力，见本指南第5章；（2）通过有限元分析确定应力集中系数，应力集中系数Kg应为有限元热点应力与简化分析方法的名义应力之间的比值：gσn式中：σh——热点应力，N/mm2；σn——名义应力，N/mm2。61/148第5章有限元应力分析5.1一般要求5.1.1有限元热点应力分析方法适用于焊接节点与非焊接节点的疲劳强度评估，考虑了焊接节点的结构不连续性，但是不包括焊趾转折点的切口效应。5.1.2基于有限元应力分析的疲劳强度校核采用精细网格分析进行，可将精细网格模型嵌入舱段有限元模型中进行分析，也可采用包括局部精细网格区域的子模型，边界条件由舱段有限元模型得到。5.2结构模型化5.2.1除本指南另有规定外，舱段有限元结构模型化应符合CCS《钢质海船入级规范》第2篇第1章第5节的相关要求。5.2.2模型范围应符合下述要求：（1）纵向范围一般应至少覆盖船中货舱区的1/2个货舱+1个货舱+1/2个货舱长度。（2）考虑横向波浪载荷的不对称性，应采用全宽模型。（3）垂向范围应取主船体范围内的所有构件，包括主甲板上的所有主要构件。5.2.3对于局部精细网格子模型，应避免位移边界条件和力边界条件对细化区域热点应力的影响；细化区域边缘应有主要支撑构件，如货舱区域的纵桁、水平桁和肋板等。5.2.4热点附近的有限元网格应足够精细，以便反映应力梯度的变化，网格大小应不大于热点处受力构件厚度t。精细网格区域应保证从热点位置向外所有方向延伸不小于10t，精细网格与粗网格之间的细化网格区域的网格密度的过渡应保持平稳。5.2.5精细网格区域内应使用具有弯曲和膜元特性的4节点单元，壳单元应表示板材的中面和板弯曲特性。应尽可能避免使用三角形单元，避免使用角度小于60或大于120的畸变单元。细化区域内的骨材，应以板单元模拟；细化区域外的骨材可采用梁单元模拟。不考虑焊缝的几何形状和结构的对中。5.2.6如果在自由边（如骨材穿过强框架的开孔、板材边缘和舱口角隅）进行应力评估时，应使用高度与板材厚度相同，单位面积的梁单元来得到局部的应力值。62/1485.2.7对于独立舱型液化气体运输船有限元建模，应能模拟支撑结构的受力状态，可采用线性杆单元或弹簧单元等模拟层压木，具体可参考CCS《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》有关章节。5.3有限元分析工况5.3.1在有限元应力分析时，每一计算工况分为总体载荷工况与局部载荷工况，热点应力应由总体载荷工况与局部载荷工况的应力合成得到，应按下式计算：=fchσHG+CVTfclσLN/mm2式中：σHG——总体载荷工况下的热点应力，N/mm2;σL——局部载荷工况下的热点应力，N/mm2;fch、fcl——腐蚀修正系数，见第1章1.6.1；CVT——船型修正系数，按下述要求确定：CVT=0.75，对于集装箱船CVT=0.85，对于汽车运输船CVT=0.80，对于油船、化学品船CVT=0.9，对于散货船CVT=0.95，对于薄膜型液化气体船CVT=0.6，对于矿砂船内底板与底凳连接处的热点、独立舱型液化气体运输船CVT=0.9，对于矿砂船的其他热点。5.4边界条件5.4.1舱段有限元模型的边界条件应符合下述要求：（1）总体载荷工况边界条件（见本章表5.4.1（163/148（a）前后端面各纵向构件节点自由度δx、δy、δz应与中纵剖面上中和轴处的独立点采用MPC方式关联；在独立点上施加垂向弯矩与水平弯矩，各载荷工况的载荷组合因子见本指南第2章表2.5.3；（b）前后端面内独立点的横向线位移、垂向线位移、绕纵向轴的角位移约束，即：=0；前端面内独立点纵向线位移约束，即δx=0。总体载荷边界条件表5.4.1（1）位置线位移约束角位移约束xyz前后端面所有纵向构件相关相关相关---前端面独立点弯矩弯矩后端面独立点-弯矩弯矩（2）油船、化学品船、散货船、集装箱船、薄膜型液化气体船、独立舱型液化气体运输船和矿砂船的局部载荷工况边界条件（载荷对称，见表5.4.1（2（a）前后端面施加对称面边界条件，端面内节点的纵向线位移、绕端面内两个坐标轴（b）舷侧外板、内壳板、纵舱壁与中部货舱前后舱壁交线上应设置垂向弹簧单元，弹簧单元弹性系数均匀分布，弹性系数按下式计算：式中：G——材料的剪切弹性模量；对于钢材，G=0.792×105N/mm2;A——前后舱壁处舷侧外板、内壳板或纵舱壁板的剪切面积，mm2；lH——中部货舱长度，mm；n——舷侧外板、内壳板或纵舱壁板上垂向交线节点数量。局部载荷边界条件（载荷对称）表5.4.1（2）位置线位移约束角位移约束xyz前后端面---64/148前后横舱壁处纵中剖面与船底交点-----舷侧外板、内壳板、纵舱壁板与前后横舱壁垂直交线节点--垂向弹簧---（3）油船、化学品船、散货船、集装箱船、薄膜型液化气体船、独立舱型液化气体运输船和矿砂船的局部载荷工况边界条件（载荷非对称，见表5.4.1（3（a）前后端面施加对称面边界条件，端面内节点的纵向线位移、绕端面内两个坐标轴（b）上甲板、凸形甲板（如有时）、船底板、内底板与前后横舱壁交线上节点应设置横向弹簧单元，弹簧单元弹性系数均匀分布，弹性系数按下式计算：式中：G——材料的剪切弹性模量；对于钢材，G=0.792×105N/mm2;A——前后舱壁处上甲板、凸形甲板（如有时）、船底板、内底板的剪切面积，mm2；lH——中部货舱长度，mm；n——上甲板、凸形甲板（如有时）、船底板、内底板上水平交线节点数量。（c）舷侧外板、内壳板、纵舱壁板与前后横舱壁交线上节点应设置垂向弹簧单元，弹簧单元弹性系数均匀分布，弹性系数见本章5.4.1（2b）。局部载荷边界条件（载荷非对称）表5.4.1（3）位置线位移约束角位移约束xyz前后端面---上甲板、凸形甲板（如有时）、船底板、内底板与前后横舱壁水平交线-横向弹簧----舷侧外板、内壳板、纵舱壁板与前后横舱壁垂直交线--垂向弹簧---（4）汽车运输船的局部载荷边界条件（a）各工况采用相同的边界条件，用以约束刚体位移，并约束载荷产生的不平衡力。65/148具体的位置见表5.4.1（4）和图5.4.1；（b）为了约束模型的纵向位移，在内底板的一端约束x方向的位移；（c）为了约束模型的横向位移，在内底的一舷的边线处约束y方向的位移；（d）为了约束模型的垂向位移，在舷侧的两端约束其z方向的位移。通过上述位移约束，可以控制模型的转动刚体位移；（e）为了模拟与模型相邻构件的约束，在船底和甲板纵桁前后端处，约束其绕y轴的转动。各工况下的边界条件表5.4.1（4）约束作用区域线AD线AB线AA’，BB’，CC’，DD’各纵桁两端图5.4.1施加边界条件的位置5.4.2当采用局部细化有限元模型时，应将由舱段模型获得的节点力或节点位移施加到子模型上。5.5基于有限元分析的热点应力范围与热点平均应力5.5.1热点应力范围与平均应力66/148（1）装载工况“(k)”中载荷工况“i”下，热点应力范围Sh,i(k)应为垂直于焊趾方向左右45o范围内的热点主应力，根据各载荷工况i1和载荷工况i2下热点应力分量的差值确定。（2）装载工况“(k)”中载荷工况“i”下，热点