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以非线性有限元素分析评估补强板极限强度-中国验船中心
以非線性有限元素分析評估補強板極限強度
李綺芳 *1 吳凱洋 * 李雅榮 *
*財團法人中國驗船中心
關鍵詞:補強板、極限強度、協調共同結構規範、
摘 要
協調共同結構規範 (Harmonized Common Structural Rules, CSR-H) 中,船體樑極限強度判定標準為比較垂向船
體樑極限彎曲強度及靜水加上波浪負荷造成的垂向彎矩極值。規範評估船體樑極限強度時,使用 Smith 增量疊代
法以及與船舶剖面縱向構件相關失效模式的負荷端縮曲線公式。縱向構件的極限強度除了可使用公式評估,還可
使用非線性有限元素法進行分析。而由於非線性分析的設定方式對結果影響甚鉅,第十八屆國際船舶及離岸結構
會議(International Ship and Offshore Structures Congress, ISSC)針對非線性分析的標準程序進行了大量基準研究,
並確認了兩種可準確評估極限強度的不同建模方法:(1)Paik 、列日大學與大阪大學使用的兩列/兩跨距模型,以及
(2)DNV 所使用的一列/三跨距模型,方法(2)與 IACS 及 LR 相當類似。本研究探討這兩種模型範圍、初始變形及
邊界條件對極限強度評估的影響,以確認使用非線性有限元素分析評估補強板極限強度及 ISSC 基準研究所未涵
蓋的後挫曲行為評估的適當程序,並將極限強度評估結果與 CSR-H 負荷端縮曲線公式比對以確認合理性。
1 聯絡作者 李綺芳(chifang@crclass.org )
與 CSR-H 比較補強板極限限強度及後挫曲行為,以
前 言
確認建模程序的可信度。
國際海事組織(International Maritime
分 析 對 象 : 樑 柱 挫 曲 型 、 扭 轉 挫 曲 型
Organization, IMO)所提出的目標型船舶標準(Goal
及 板 挫 曲 型 模 型
Based Ship Standard, GBS)[1] ,要求規範需能合理評
估油輪及散裝船的極限強度。為了滿足 GBS 要求, 受到縱向壓縮負荷的補強板在達到極限強度前
協調共同結構規範(Harmonized Common Structural 會有多種破壞模式,這主要受到加強材與板的尺寸
Rules, CSR-H)[2]採用 Smith 增量疊代法來評估船體 來決定。樑柱挫曲型(Beam-column buckling, BCB)破
樑極限強度。財團法人中國驗船中心也已針對協調 壞型態為位於跨距中點板與加強材交接處發生降伏,
共同結構規範開發一套寸法計算軟體 HighCRest[3] , 此破壞型態通常出現在一般尺寸的加強材,亦即,
可使用 Smith 增量疊代法及負荷端縮曲線來估算船 不會太強也不會太弱的加強材。扭轉挫曲型(Tosional
體樑橫剖面縱向結構的極限強度。而除了以公式來 Buckling, TB)通常出現在加強材引起的破壞型態,當
評估結構材的極限強度,CSR-H 還允許使用其它方 加強材腹板高度與腹板厚度的比值過大,或加強材
法,亦即直接計算法。直接計算法的優點為可考慮 折緣尺寸不當,無法保持為一直線而造成腹板挫曲
更多影響參數,如:材料塑性硬化、側向壓力及銲 或側扭,在加強材發生側向扭轉挫曲後,就會達到
接造成的殘餘應力…等,進而更準確計算結構的極 極限強度。本研究參考 ISSC2012 所整理各種板與加
限強度。唯
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