船体结构疲劳强度指南
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船体强度直接计算指南
! " ! " # 船舶静水载荷计算基于下述方法： （#） 重量曲线 将各项重量 （船体、 设备、 货物） 沿船长方向分解成梯形重 量分布块， 逐项叠加形成给定装载工况下的船体、 设备及 （ "） 。 货物重量曲线 ! 对于船长 #/*0 及以上的单边壳散装货船建议以肋距计算 重量分布曲线 ! （ "） 。 （!） 浮力曲线 基于船舶静水平衡条件， 求得船舶的平衡浮态 （以首吃水、 尾吃水表达） ， 进而求得沿船长分布的浮力曲线 （ 。 # "） （1） 剪力、 弯矩曲线 作用在 船 体 梁 上 的 静 水 剪 力 $（ （ % " ）和 静 水 弯 矩 & % "） 为：
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修正系数 !"
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船舶结构疲劳强度评估方法研究
船舶结构疲劳强度评估方法研究船舶在服役期间会受到各种载荷的作用，如波浪、风、流等自然因素，以及船上的货物、设备等。
这些载荷会导致船舶结构产生循环应力，经过长时间的作用后，结构可能会出现疲劳损伤。
因此，对船舶结构疲劳强度进行评估具有重要意义。
它不仅可以预测船舶的服役寿命，还可以为船舶设计提供重要依据，以优化结构设计和降低维修成本。
疲劳强度计算是评估船舶结构疲劳的基础。
其基本原理基于疲劳载荷谱的统计和分析。
需要确定船舶在各种工况下的疲劳载荷谱，这可以通过实船试验或数值模拟方法获得。
然后，利用疲劳损伤累积理论，如Miner线性累积损伤理论或Palmgren-Miner非线性累积损伤理论，对船舶结构进行疲劳寿命预测。
在进行疲劳强度计算时，选择合适的疲劳试验机器也是非常重要的。
一般来说，船舶结构的疲劳试验需要采用高周疲劳试验机。
同时，为了模拟实船环境，还需要进行温度、湿度等环境因素的控制。
疲劳寿命预测是评估船舶结构疲劳的关键步骤。
根据疲劳载荷谱和损伤累积理论，可以计算出船舶结构在不同循环应力作用下的疲劳寿命。
传统的疲劳寿命预测方法主要基于经验公式和规范要求，如S-N曲线法和Palmgren-Miner方程。
然而，随着计算机技术和数值模拟方法的发展，有限元分析（FEA）等方法也被广泛应用于疲劳寿命预测。
利用先进的疲劳试验技术，如数字图像相关（DIC）技术、声发射（AE）技术等，可以实现对船舶结构的实时监测和寿命预测。
这些技术可以提供更准确的结果，有助于提高评估的准确性。
评估船舶结构疲劳强度的方法有很多种。
常见的评估方法包括基于设计规范的评估方法、基于有限元分析的评估方法和基于实时监测的评估方法。
基于设计规范的评估方法主要根据国内外相关规范和标准进行评估，如中国船级社的《钢质海船入级规范》等。
这些规范和标准通常会提供相应的计算公式和参数，供设计人员使用。
这种方法虽然简单易行，但规范可能未涵盖某些特殊结构和工况，导致评估结果不够准确。
海洋工程结构物疲劳强度评估指南
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概述 ................................................................................................................... 1 定义 ................................................................................................................... 1 S-N 曲线方法 ...................................................................................................2 断裂力学方法 ................................................................................................... 3 结构节点类型 ................................................................................................... 3
第 4 章 疲劳安全系数 .............................................................................................33
第 1 节 一般规定.........................................................................................................33
海洋工程结构物疲劳强度评估指南
附录 1 S-N 曲线疲劳评估中对应的节点分类.......................................................52
第 1 节 本附录采用的节点分类.................................................................................52
第 4 章 疲劳安全系数 .............................................................................................33
第 1 节 一般规定.........................................................................................................33
第 5 章 简化疲劳分析方法 .....................................................................................35
第 1 节 一般规定.........................................................................................................35 第 2 节 数学推导.........................................................................................................35 第 3 节 简化疲劳方法在导管架式固定海上设施中的应用 .....................................38
大型船舶结构的疲劳强度研究
叠 ｉ
抽瑚抽啪 ∞。 脚
四、随机 变化应力的模 型化 船体 结构 的疲劳损伤是在疲劳载荷长期 反复作用下 ，在 交变应力幅值 的范 围内引起 的，经过长期逐渐累积而致使船 舶破坏 ，可 能导 致船 舶结构疲劳破坏 的 大致可分为四类 ：（１） 常 规波浪载荷和舱内货载 ；（２）船舶底部撞击、船舶首部外 漂撞击及、甲板上浪等动态载荷 ；（３）发动机或螺旋桨激励 引起的定常交变载荷 ；（４） 由于轻微碰撞、触礁等引起的低
柏 驰 ∞ 宅昙｛号 控 ｛已 波浪重叠应力 （）ＩＲＡｗ（ｔ）可表示为：
＿＝ｄ
＝ Ｃｆ△ １ ｄ Ｎ
仃ＲＡｗ（ｔ） ｃｒＬ（ｔ）＋ｃｒＨ（ｔ）
图 ４为波浪应力对船舶疲劳强度的影响示意图 。
■＾Ｗ
Ｎ：载荷的重复次数 ；
△ ：应力扩大系数范围；
Ｃ，ｍ ：疲劳裂纹传播的材料指数。
Ｍ ￣ｎｅｒ ｇ 【 ｗ
Ｆａｔ Ｌ·尊 ｃ ａｃｋ ｐｃｏｐｅ￣ｔａＩＩｏｎ ｏｎａｌ￣ ｉｓ
Hale Waihona Puke 图 ２ 线性损害定律和疲 劳裂纹传播解析程序 的流程 线性损 害定律可 表示为 ：
Ｄ：Ｚ￣ｊ，Ｎ Ｋ
颦份
图 １ 不 同年份失事船舶级
Ｓ ：等级 Ｊ的应力程度 ； ，， Ⅳ ，： Ｓｊ：频率及疲劳寿命 ；
表 １ 海损事故按性质分布表
二 、大型船 的纵 向弯 曲应 力 大型船 总纵 向弯 曲应力 的特征为相遇 波浪频率的低周波 成分 （ＬＦ）与总纵 向弯 曲振动 引起 的高周波成分 （ＨＦ）的峰 值 达 到 一 致 。 三 、疲 劳强度评价法 图 ２ 为线 性损害 定律和疲 劳裂纹传播 解析程序 的流程 图。现 有的疲劳强度设计则采 用线 性损 害定律 。线性损 害定 律为基于 ｓ—Ｎ曲线和 Ｍｉｎｅｒ线形累积损伤准则 的疲劳累积损 伤 方法而作 出的预测疲劳损 害度 （Ｄａｍａｇｅ ｆａｃｔｏｒ：Ｄ）。
《船体结构疲劳强度指南》
中国船级社
船体结构疲劳强度指南
GUIDELINES FOR FATIGUE STRENGTH OF SHIP STRUCTURE
2015
目录
第 1 章 通则.....................................................................................................................................4
第 3 章 疲劳评估...........................................................................................................................35
3.1 一般要求...............................................................................................................35 3.2 船体结构节点的设计指导...................................................................................36 3.3设计应力范围......................................................................................................... 36 3.4设计S-N曲线的选取 ..............................................................................................38 3.5疲劳累积损伤计算................................................................................................. 39 3.6疲劳寿命计算......................................................................................................... 40
船体结构疲劳强度指南
GUIDELINES FOR FATIGUE STRENGTH OF SHIP STRUCTURE
2015
目录
第 1 章 通则.....................................................................................................................................4
第 3 章 疲劳评估...........................................................................................................................35
3.1 一般要求...............................................................................................................35 3.2 船体结构节点的设计指导...................................................................................36 3.3设计应力范围......................................................................................................... 36 3.4设计S-N曲线的选取 ..............................................................................................38 3.5疲劳累积损伤计算................................................................................................. 39 3.6疲劳寿命计算......................................................................................................... 40
海洋工程结构疲劳规范
FATIGUE ASSESSMENT OF OFFSHORE STRUCTURES,ABSRP-C203 RP-C206 DNV海洋工程结构物疲劳强度评估指南, CCSABS确定疲劳损伤的方法：1，Deterministic Method依赖于S-N曲线，对应恒幅应力2，Palmgren-Miner Rule线性损伤累计理论，对应变幅应力规范中关于海洋工程结构物疲劳评估方法主要讲了以下几个方面：1. 基于S-N 曲线的疲劳应根据不同的疲劳寿命计算方法计算获得相应的应力值，如下表。
在计算海洋工程结构物的疲劳寿命时，由于结构物往往具有多个工况且各工况在服役期间所占时间比例不同。
因此，应对每一种需考虑载荷工况分别计算损伤度。
然后再按照各种工况在评估目标服役期中的比例加权计算总的损伤度。
当结构服役期间有过不同的用途时，则应考虑不同用途所造成的疲劳损伤的累积。
例如，当海上浮式生产装置是由油船改装而成时，则在评估该海上浮式生产装置的剩余疲劳寿命时，要扣除该船作为油船使用时已经造成的疲劳损伤，且应注意以下要求：（1）当计算过去服役期中的疲劳损伤时，应采用该船过去实际航行路线的波浪海况，而不该像对新造油船一样采用假定航线的波浪海况。
（2）当计算该油船在过去服役期的疲劳累积损伤，要考虑该船的航速，即在计算应力幅值响应算子（RAOs）和应力循环次数时要采用遭遇频率。
2.应力集中系数和热点应力计算在船舶与海洋工程实践中，对于板件结构的对接焊缝、T型节点和十字节点、以及圆管对接节点通常可采用名义应力法进行疲劳寿命计算。
对船体结构中典型节点进行疲劳寿命计算时，节点的应力集中系数可参考CCS《船体结构疲劳强度指南》中相关内容。
热点应力也可以采用其他公认的合理方法求得，但需经过CCS 的认可。
对多平面管节点的通常处理方式是假设各个平面间的管节点互不影响，从而当成简单管节点计算。
但是，在有些情况下，不同平面间的管节点相互影响很严重，这种相互影响会使得管节点的应力集中系数发生很大改变。
集装箱船结构强度直接计算指南
表 !"#"%"$
, ! " + 处最大 扭矩 , -.,
注： （$） 表中各工况的波浪载荷 （弯矩） 均指以设计波方法模拟施加于全船模型的对应节点。 （!） 对于按无限航区设计的船舶， 预报在其生命周期内可能经受的最大波浪载荷主要包括在世界各海域内航行时经 受的海况， 用出现各种周期与波高的波浪出现的概率来表达。建议采用 /0.1 推荐的波浪散布图谱。二维或三 维波浪理论计算出在波浪谱各概率水平下的长期预报值。直接计算的概率水平取最大垂向波浪弯矩预报值量 级与按规范计算值相对应的概率水平。将船体置于确定的规则波上， 波浪外载荷对船体的作用可采用设计波来 模拟， 而该设计波所具有的波长、 相位和波高产生的载荷响应相当于长期预报值。
（!"） 显示满足或不满足强度标准的结果表格输出； （!#） 必要时， 对结构的建议修改方案， 包括修改后的应力评估和屈曲特性。 !$!$% 算方案。 !$!$( 计算程序如采用不同于本社 &)*+,-- 系统中所列的， 则送审单位还应提供所采用 对拟进行全船结构有限元分析的船， 设计部门应在设计周期的早期与 &&’ 研讨计
!! 1 2
首端节点 !： 沿纵向、 横向和垂向的线位移约束， 即：
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!"-"# 条件如下： 节点 -： 沿垂向的线位移约束， 即： 节点 #、 尾封板水平桁材距纵中剖面距离相等的左 （节点 #） 、 右 （节点 -） 各一节点处， 约束
!$ # 2
!"$ !"$". !"$"! 许用应力 板应力指的是板单元中点处的中面应力。 各板材 （包括桁材腹板） 的许用应力为： ［"% ］ 1 .32 第6页 4( ’ 55!
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类型 节点描述 图 例 ! " # 曲线
表 ! " ! " ! 给出了选取 ! " # 曲线的一般原则。 在计算船体结构节点的疲劳强度时， 应根据 ! " ! " ! 给出的一般原则和结构节点的
板和型钢的边缘， 该边缘未经火焰切割， 无裂 ’ 纹和切口 (
板的边缘， 该边缘经火焰切割， 但无裂纹和切 ! 口 &
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
散货船货舱内肋骨端部 选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
・%・
续表 ! " ! " #
部 位 节点形式 备 注
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
散货船货舱内肋骨端部
校核时用满载工况的设计应力范 ! " + " $ 船体结构疲劳强度可用许用应力范围进行校核， 围。如不满足 ! " + " + 的要求， 还应按 ! " , 的规定计算结构的疲劳累积损伤度， 作进一步的校 核。 !"+"! !"+"# !"+"+ %&’()** 分布的形状参数! 应按 ! " # " $ 的规定计算。 校核时所采用的 , # - 曲线应按 ! " ! 的规定， 按校核节点的分类选择。 船体结构的疲劳强度应满足下式要求： ［ ,% ］ ,% " 式中：,% — — — 满载工况下的设计应力范围， 按第 + 章的规定计算； 3 4 //! ，
・*・
续表 ! " ! " !
类型 节点描述 图 例 ! " # 曲线
填角焊接的扣板， 载荷方向平行于焊缝： # $ !$%&’’ $ ( $%&’’ ) )!
带光滑过渡 （削斜或圆弧） 的扣板焊接到梁的 面板上，% ! ! & ， 最大为 !%’’： * ’ " &(%) ’ * & ( % ) 或! ! !&+ ! ( !&+时见节点类型 # ) )!
! " $ " ! 本指南所用定义如下： ：沿设计夏季载重线， 由首柱前缘量至舵柱后缘的长度； 对无舵柱的船 （!） 船长 !（’） 舶， 由首柱前缘量至舵杆中心线的长度； 但均不得小于设计夏季载重线总长的 ()* ， 且不必大 于 (+* 。 （#） 船宽 "（’） ：在船舶的最宽处， 由一舷的肋骨外缘量至另一舷的肋骨外缘之间的水 平距离。 （$） 型深 #（’） ：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。 （,） 吃水 $（’） ：在船长中点处， 由平板龙骨上缘量至夏季载重线的垂直距离。 （%） 吃水 $ ! （’） ：在船长中点处， 由平板龙骨上缘量至计算工况下水线的垂直距离。 （)） 方形系数 %& ：方形系数 %& 由下式确定： %& ’ ! !"$ 式中：! — — — 相应于夏季载重线吃水时的型排水体积， ’$ ； — — 船长， ! — ’； — — — 船宽， " ’； — — 吃水， $ — ’。 ・!・
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船体结构应力范围的 !"#$%&& 分布
! "# " $ 船体结构应力范围的长期分布假设为二参数 %&’()** 分布， %&’()** 分布的形状参 数! 应按下式计算： % ! ! $ " +, # - " -#. $ ! 式中：% — — — 船长， /； ! $ # - " -0 & ’ ( $ （ & # ( $） （ $ ! - " 1! ) - " -0 ’ * # ( $） 当计算点在横舱壁上时，$ 2 - " 1!； — — 型深， * — /； — — 计算工况下的吃水， ($ — /； — — 计算点距基线的高度， & — /。 !"+ 许用应力范围 $ 当 & " ( $ 时； 当 & + ( $ 时；
— — — 许用应力范围， 根据所选择的 , # - 曲线和! 由表 ! " + " $ 查得。 ［ ,% ］ 3 4 //! ，
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! " # " $ ! " # 曲线采用英国能源部经修正的非管节点的 % 根基本 ! " # 曲线。这些曲 线适用于最小屈服强度小于 #&&’ ( ))* 的钢材。 !"#"+ 计算： 累积损伤的计算是根据 ,-.)/012345210 线性累积损伤理论。累积损伤度 $ 按下式
$ % #& 式中：#&
第!章
!"! 说明
一般规定
船舶结构一直受到波浪力及运动产生的各种惯性力的作用。 ! " ! " ! 船舶在海上航行时， 而波浪力和惯性力都是不断变化的动载荷， 他们在船舶结构内部产生交变应力。交变应力将 造成结构的疲劳损伤。 ! " ! " # 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。 可通过疲劳强度校核改进结构节点的设计， 以保证船体结构中受交变 ! " ! " $ 在设计时， 动载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。 !"# 适用范围
,
填角焊接的扣板， 载荷方向垂直于焊缝
-
扶强材焊接至桁材腹板上， 基于扶强材端部处 $& 桁材腹板上的主应力范围 -
扶强材焊接至桁材面板上， 基于焊趾处桁材面 $$ 板上的主应力范围 )
$!
十字形或 . 形接头， 全焊透
)
$/
十字形或 . 形接头， 填角焊
)!
・0・
表 !"!"#
部 位 节点形式 备 注
#
双面全焊透对接焊缝， 载荷方向垂直于焊缝
%
连续填角焊缝， 载荷方向平行于焊缝， 基于邻 $ 接于焊缝处面板上的应力范围 )
间断填角焊缝， 载荷方向平行于焊缝， 基于焊 * 缝端部处面板上的应力范围 %
具有开口的对接、 填角或间断填角焊缝， 载荷 + 方向平行于焊缝， 基于焊缝端部处面板上的应力 范围 ,
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
纵骨与横框架的连接部位
・%・
续表 ! " ! " #
部 位 节点形式 备 注
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
纵骨与横框架的连接部位
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
表 ! " ! " ! 给出了选取 ! " # 曲线的一般原则。 在计算船体结构节点的疲劳强度时， 应根据 ! " ! " ! 给出的一般原则和结构节点的
板和型钢的边缘， 该边缘未经火焰切割， 无裂 ’ 纹和切口 (
板的边缘， 该边缘经火焰切割， 但无裂纹和切 ! 口 &
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
散货船货舱内肋骨端部 选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
・%・
续表 ! " ! " #
部 位 节点形式 备 注
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
散货船货舱内肋骨端部
校核时用满载工况的设计应力范 ! " + " $ 船体结构疲劳强度可用许用应力范围进行校核， 围。如不满足 ! " + " + 的要求， 还应按 ! " , 的规定计算结构的疲劳累积损伤度， 作进一步的校 核。 !"+"! !"+"# !"+"+ %&’()** 分布的形状参数! 应按 ! " # " $ 的规定计算。 校核时所采用的 , # - 曲线应按 ! " ! 的规定， 按校核节点的分类选择。 船体结构的疲劳强度应满足下式要求： ［ ,% ］ ,% " 式中：,% — — — 满载工况下的设计应力范围， 按第 + 章的规定计算； 3 4 //! ，
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续表 ! " ! " !
类型 节点描述 图 例 ! " # 曲线
填角焊接的扣板， 载荷方向平行于焊缝： # $ !$%&’’ $ ( $%&’’ ) )!
带光滑过渡 （削斜或圆弧） 的扣板焊接到梁的 面板上，% ! ! & ， 最大为 !%’’： * ’ " &(%) ’ * & ( % ) 或! ! !&+ ! ( !&+时见节点类型 # ) )!
! " $ " ! 本指南所用定义如下： ：沿设计夏季载重线， 由首柱前缘量至舵柱后缘的长度； 对无舵柱的船 （!） 船长 !（’） 舶， 由首柱前缘量至舵杆中心线的长度； 但均不得小于设计夏季载重线总长的 ()* ， 且不必大 于 (+* 。 （#） 船宽 "（’） ：在船舶的最宽处， 由一舷的肋骨外缘量至另一舷的肋骨外缘之间的水 平距离。 （$） 型深 #（’） ：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。 （,） 吃水 $（’） ：在船长中点处， 由平板龙骨上缘量至夏季载重线的垂直距离。 （%） 吃水 $ ! （’） ：在船长中点处， 由平板龙骨上缘量至计算工况下水线的垂直距离。 （)） 方形系数 %& ：方形系数 %& 由下式确定： %& ’ ! !"$ 式中：! — — — 相应于夏季载重线吃水时的型排水体积， ’$ ； — — 船长， ! — ’； — — — 船宽， " ’； — — 吃水， $ — ’。 ・!・
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船体结构应力范围的 !"#$%&& 分布
! "# " $ 船体结构应力范围的长期分布假设为二参数 %&’()** 分布， %&’()** 分布的形状参 数! 应按下式计算： % ! ! $ " +, # - " -#. $ ! 式中：% — — — 船长， /； ! $ # - " -0 & ’ ( $ （ & # ( $） （ $ ! - " 1! ) - " -0 ’ * # ( $） 当计算点在横舱壁上时，$ 2 - " 1!； — — 型深， * — /； — — 计算工况下的吃水， ($ — /； — — 计算点距基线的高度， & — /。 !"+ 许用应力范围 $ 当 & " ( $ 时； 当 & + ( $ 时；
— — — 许用应力范围， 根据所选择的 , # - 曲线和! 由表 ! " + " $ 查得。 ［ ,% ］ 3 4 //! ，
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! " # " $ ! " # 曲线采用英国能源部经修正的非管节点的 % 根基本 ! " # 曲线。这些曲 线适用于最小屈服强度小于 #&&’ ( ))* 的钢材。 !"#"+ 计算： 累积损伤的计算是根据 ,-.)/012345210 线性累积损伤理论。累积损伤度 $ 按下式
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第!章
!"! 说明
一般规定
船舶结构一直受到波浪力及运动产生的各种惯性力的作用。 ! " ! " ! 船舶在海上航行时， 而波浪力和惯性力都是不断变化的动载荷， 他们在船舶结构内部产生交变应力。交变应力将 造成结构的疲劳损伤。 ! " ! " # 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。 可通过疲劳强度校核改进结构节点的设计， 以保证船体结构中受交变 ! " ! " $ 在设计时， 动载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。 !"# 适用范围
,
填角焊接的扣板， 载荷方向垂直于焊缝
-
扶强材焊接至桁材腹板上， 基于扶强材端部处 $& 桁材腹板上的主应力范围 -
扶强材焊接至桁材面板上， 基于焊趾处桁材面 $$ 板上的主应力范围 )
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十字形或 . 形接头， 全焊透
)
$/
十字形或 . 形接头， 填角焊
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表 !"!"#
部 位 节点形式 备 注
#
双面全焊透对接焊缝， 载荷方向垂直于焊缝
%
连续填角焊缝， 载荷方向平行于焊缝， 基于邻 $ 接于焊缝处面板上的应力范围 )
间断填角焊缝， 载荷方向平行于焊缝， 基于焊 * 缝端部处面板上的应力范围 %
具有开口的对接、 填角或间断填角焊缝， 载荷 + 方向平行于焊缝， 基于焊缝端部处面板上的应力 范围 ,
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
纵骨与横框架的连接部位
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续表 ! " ! " #
部 位 节点形式 备 注
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响
纵骨与横框架的连接部位
选用 $ 曲线时应计及应力集中的影响