# 大型客滚船舱段屈曲和疲劳强度直接计算

## 何丽丝，王德禹 200240上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海

Chinese Journal of Ship Research - - NEWS -

Direct calculation of buckling and fatigue strength of large Ro-Ro ship section

HE Lisi，WANG Deyu School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240，China Abstract：［Objectives］ A Roll-on/Roll-off（Ro-Ro） ship is a modern ship type with high technology and high added value. Due to the specification of its structure，a consensus on buckling and fatigue checking for Ro-Ro ships has not been reached among the different classification societies of the world. ［Methods］ On the basis of analyzing the structural characteristics of Ro-Ro ships，the present study considers the direct calculation of buckling strength，advanced buckling analysis and fatigue analysis of a selected section of a large Ro-Ro ship. The calculations are conducted on the basis of self-developed software from the SJTU KSHIP Project. The pretreatment of buckling and fatigue assessment are established in accordance with the DNV standard "Strength Analysis of Hull Structure of Roll-on/Roll-off Ships and Car Carriers"， and the related CCS rules. ［Results］ The calculated buckling strength， advanced buckling strength and fatigue strength of the target cabin meet the requirements of the related rules.［Conclusions］The contents of this paper have a certain reference value for the related structural analysis of Ro-Ro ships. Key words：Ro-Ro passenger ship；buckling strength；advanced buckling analysis；fatigue strength；FEA

1 基本计算方法介绍 1.1 屈曲强度校核

1.1.1 工况选择

1.1.2 海水载荷

DNV规范给出了波浪附加压力的计算公式，本文采用该公式对海水载荷进行计算： （1） pe = 10h0 + p - 1.2(T - z) l式中：h0 为当吃水为T 时，水线面至计算点的垂直距离，m；T 为吃水，m；z 为基线至计算点的垂

（3） k = 3C + 2.5 C ， 船艉部s B B 0.2L~0.7L （4） k = 2 ，自船艉起 之间s （5） k = 3C + 4.0 C ， 船艏部s B B （6） kf = min(T f) 2式中：C 为波浪系数，其取值如表 所示；V 为船w舶服务航速，kn；L 为规范船长，m；C 为方形系B为水线至舷顶的垂直距离，m，其取值不大数；f于 0.8C 。w

1.1.3 货物载荷货物载荷包括干货载荷、液货载荷和船员乘客载荷，其中船员乘客的重量以节点力的方式加

10

p = ρ(g0 + 0.5a v)hs （ ） v 为计算点至液货自由液面的垂直距离，m。式中，h s

1.2 高级屈曲分析

1.3 十字焊接型热点疲劳强度评估

S-N Palmgren-Miner本文基于 曲线和 线性累CCS《船体结构疲劳强度指南》14 ［ ］计损伤理论，参照中的相关规定对客滚船进行疲劳强度分析。对客滚船而言，可能产生疲劳问题的区域比较多，本文主要讨论车辆甲板中十字焊接处的疲劳强度问题。一方面，十字焊接处所受的应力幅值较高，发生疲劳破坏的几率较大；另一方面，十字焊接处可能需要与支柱相连接，该处的疲劳将对全船的结构安全造成重大的不利影响。由于缺乏足够的车辆载荷数据，所以在计算过程中未考虑车辆装卸过程中所产生的载荷，仅对波浪循环应力作用下的焊接节点疲劳强度进行了评估。

1.3.1 工况选择

1.3.2 载荷工况

2 计算案例 2.1 计算模型

2.2 屈曲强度校核 2.2.1 边界条件

2.2.2 屈曲计算结果

2.3 高级屈曲分析

1完成屈曲强度校核之后可以发现，号甲板靠近船艏受压处，且该处的板格屈曲因子是整个

2.4 十字焊接型热点疲劳强度评估 2.4.1 边界条件

CCS《船体结构疲进行疲劳强度计算时，参照劳强度指南》选取边界条件。对于总体载荷，舱段前、后端面各纵向构件的节点自由度 δx ，δy ，δz MPC应与中纵剖面上中和轴处的独立点采用 方式关联，即在独立点上施加垂向弯矩和水平弯矩， CCS《船体结构疲各载荷工况的载荷组合因子见2 2.5.3。舱段前、后端面内劳强度指南》第 章的表独立点的横向线位移、垂向线位移及绕纵向轴的角位移约束为 δy = δz = θx = 0 ；前端面内独立点的6垂向线位移约束为 δx = 0 。表 给出了具体的总 7体载荷边界条件设定方法，图 给出了设定总体6中载荷边界条件后的舱段有限元模型。其中，表1的弯矩按照图 给出的数据加载。 图7 设定总体载荷边界条件后的疲劳计算有限元模型Fig.7 The FEA model with the global loading boundary conditions for the fatigue calculations 对于局部载荷，对舱段前、后端面施加对称面2边界条件，端面内节点的纵向线位移、绕端面内个坐标轴的角位移约束为 δ = θ = θ = 0 ；在舷侧x y z

2.4.2 疲劳计算结果

2本文选取了 处十字焊接处进行疲劳强度计算，目的是验证该疲劳强度计算方法是否适合客滚船的焊接疲劳强度分析。选取模型位于船舯处3 1时，将 号甲板与横梁的交界点作为第 个疲劳分析热点，1 2号甲板与中纵桁的交界点作为第 个疲

26.1 MPa，1范围为 号甲板热点处的应力范围为3.77 MPa，可见3号甲板在该处受到了货物（车辆）载荷的压力，1号甲板在该处没有直接的受力，且3 1在压载情况下，号甲板受到的压力比 号甲板3 1大，故 号甲板的累积损伤比 号甲板大是合理的。由于甲板热点处的应力都不大，所以总累积损伤度也都比较小。

3结语

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under the different design concepts of decks［D］. Zhoushan：Zhejiang Ocean University，2016 （in Chi⁃ ［J］. 2015（Supp nese）. CHEN船舶设计通讯，2015（增刊D Y. 2）：32-35（in Study on structure Chinese）. strength 2）：32-35. of large PCTC ［ 5］ 尉宁，孙海晓. 客滚船跳板结构设计及有限元分析WEI N，SUN H X. Ramp structure design and FEM analysis for Ropax ship［J］. Journal of Ship Design， ［ 6］ 李开封，张青敏.汽车滚装船货舱区支柱横向挠曲有限元分析及优化［ J］. 船舶设计通讯， 2016（1）： 54-58. LI K F ，ZHANG Q M. FEM transversal racking strength analysis and structure optimization about pil⁃ lar in PCTC cargo hold［J］. Journal of Ship Design， ［ 7］ 2016（1）：54-58（in船舶设计通讯，2014（增刊李开封，周亮. 客滚船舱段横向强度有限元分析［J］. Chinese）. 1）：40-42，62. LI K F ，ZHOU L. Transverse strength analysis of Ro-Ro passenger vessel with FEM［J］. Journal of Ship Design，2014（Supp 1）：40-42，62（in Chinese）. ［ 8 ］ AMUNDIN E. Modeling of fatigue in Ro-Ro ships［D］. Sweden：KTH Royal Institute of Technology，2012. ［ 9］ 王娜，肖曙明，陈志飚，等.客滚船车辆甲板疲劳强度

（c）5号甲板 4.46e+002 3.91e+002 3.35e+002 2.79e+002 2.24e+002 1.68e+002 1.12e+002 5.65e+001 8.00e-001 7.71e-001 7.43e-001 7.14e-001 6.86e-001 6.57e-001 6.29e-001 6.00e-001

（b）3号甲板 1.50e+002 1.31e+002 1.13e+002 9.40e+001 7.53e+001 5.67e+001 3.81e+001 1.94e+001 8.00e-001 7.71e-001 7.43e-001 7.14e-001 6.86e-001 6.57e-001 6.29e-001 6.00e-001

（d）7号甲板 4.78e+002 4.19e+002 3.59e+002 2.99e+002 2.40e+002 1.80e+002 1.20e+002 6.05e+001 8.00e-001 7.71e-001 7.43e-001 7.14e-001 6.86e-001 6.57e-001 6.29e-001 6.00e-001

（e）8号甲板 2.31e+003 2.02e+003 1.73e+003 1.44e+003 1.15e+003 8.65e+002 5.77e+002 2.89e+001 8.00e-001 7.71e-001 7.43e-001 7.14e-001 6.86e-001 6.57e-001 6.29e-001 6.00e-001

（f）9号甲板 7.35e+002 6.44e+002 5.52e+002 4.60e+002 3.68e+002 2.76e+002 1.84e+002 9.26e+001 8.00e-001 7.71e-001 7.43e-001 7.14e-001 6.86e-001 6.57e-001 6.29e-001 6.00e-001

（a）1号甲板 8.95e+001 7.84e+001 6.73e+001 5.62e+001 4.52e+001 3.41e+001 2.30e+001 1.19e+001 8.00e-001 7.71e-001 7.43e-001 7.14e-001 6.86e-001 6.57e-001 6.29e-001 6.00e-001