傳統結構分析之作法

據須滿足的裝載狀況，進行相關結構強度之檢查。以多層結構之駛上駛下船為例，其相 關法規要求如下：

(a) 裝載狀況

多層結構之駛上駛下船之裝載狀況乃根據LR 法規對於裝載條件的考量，涵蓋了兩 個完全對稱的裝載狀況，此外，為了確保橫向結構在特殊裝載型(special load pattern)下 的強度，須至少考慮一種以上之不對稱的裝載狀況。不同裝載狀況下之各種負荷狀況的 裝載型態，內、外壓分佈也有所差異。一般採用的兩種分析模型的裝載條件略述如下：

(1) 對稱負荷狀態(upright case)

CASE 1：航行於設計吃水，並考慮最大均佈負荷狀況。

CASE 2：航行於設計吃水，並考慮最大集中車輛負荷狀況。

(2) 不對稱負荷狀態(heeled case)

CASE 3：航行於設計吃水，並考慮最大集中車輛負荷在靜傾角 30 度(roll to port)，且 左舷吃水大於右舷的狀況。其中在傾斜狀況的負荷，包含所有結構與非結構質量在傾 角30 度之重力分量，其垂向與側向分量分別為 0.86g 與 0.50g，其中 g 為重力加速度，

並考慮各層甲板之設計均佈負荷。

4.1.2 不同局部結構設計之探討

結構設計時可依前述次系統之差異，考量不同局部設計，並透過不同設計所建置的 特定區段分析模型，考慮適當的邊界條件，檢查局部結構之受力反應，並藉由不同局部 結構設計，探討不同局部結構設計之可行性，以做為改進設計之參考。一般的結構設計 型態依肘板(或腋板)設計考量，以及佈置之變更等，所思考的局部結構設計包括:含有 肘板之設計、無肘板之設計與撓性結構設計等，茲簡要說明如下:

含有肘板之設計(圖 3-11)：一般在橫樑與側肋交接處，設置適當的腋板，以紓解局部應 力集中之現象，此種設計簡單易於施工，當無空間限制時，常使用這種設計。

無肘板之設計：一般在橫樑與側肋交接處，若整體負載不大時，可考慮使用這種沒有肘 板設計。

無肘板局部喇叭口設計(圖 3-12)：一般在橫樑與側肋交接處，若整體負載造成局部應力 集中，但又有空間需求，無法使用肘板設計時，可考慮使用這種設計。

撓性結構設計(圖 3-13)：若局部應力難於有效改善時，可在原有系統中，額外設置一個 縱樑，並將縱樑與側肋間之縱向肋骨系統改為橫向肋骨系統，形成一個撓性結構系統。

依據不同的結構設計，分別建立如圖 3-14~圖 3-15 之分析模型，以檢視整體結構之受力 反應。

圖 3-11

圖 3-12

圖 3-13

圖 3-14

圖 3-15

由幾種不同局部結構設計型態，在主要尺寸不變的情形下，結構之布置與設計，

依實際現況或船東的要求，有很多不同的考量，為了探討不同設計對結構強度之影響，

本研究針對下列幾種比較可能的設計(參閱圖 3-16)之分析結果，進行比較探討。

(1) 含有肘板之設計(Design A)

橫斷面之橫向大肋骨與側肋(side frame)交接處，設有肘板(bracket)之設計，如圖 3-17(Model A)所示。

(2) 無肘板之設計(Design B)

橫斷面之橫向大肋骨與側肋(side frame)交接處之下方，為無肘板(bracket)之設計，如 圖3-17(Model B)所示。

(3) 無肘板配合喇叭口之設計(Design C)

橫斷面之橫向大肋骨與側肋(side frame)交接處，為無肘板之設計，但於交接處設有 喇叭口變斷面，如圖3-17(ModelC)所示。

(4) 撓性結構之設計(Design D)

於距船側2-3 個縱向肋骨間距處，加設縱樑(girder)，並在此縱樑與船側間之甲板改 為橫向系統，此即為撓性結構設計。如圖3-17 (Model D)所示。

圖3-16 不同型態之設計圖

圖 3-17 不同設計之分析模型

依據圖 3-16 之各種不同設計，建立特定船段之三維有限元素分析模型，並正浮與 橫傾不同裝載狀況進行分析，再以細網格模型配合適當的邊界條件，局部檢查各型設計 斷面細網格模型之計算結果，部份分析結果如圖 3-18，並將比較結果列於表 3-3。由分 析結果顯示，各式設計配合局部加強後，都能符合強度要求，比較各式設計，相對而言 Model C (局部喇叭口設計)較能紓解應力集中的現象。

圖 3-18 各斷面之應力分析結果

表3-3 細網格模型分析結果之比較表

4.1.4 疲勞強度分析相關知識

船舶結構疲勞分析計算時，以船體在滿載與輕載狀況在波浪中之受力為條件，利用 三維分析模型搭配適當裝載狀況與適當的邊界模擬，進行船體運動與受力反應計算，以 快速評估疲勞年限。本研究進行疲勞分析計算時，以駛上駛下船為例，主要船體狀況如 下：輕船重量11500 Ton，以最具代表性的滿載狀況(吃水 6.48 m, 排水量 17422 ton)及 壓載狀況(吃水 5.61 m, 排水量 14569 ton)，進行船體運動與受力分析。利用圖 3-1 之疲 勞強度計算流程，分別計算流體力係數、輕船重量分佈、各主要負荷參數之 RAO，以 北大西洋之wave scatter diagram 及適當的波譜(wave spectra)與 S-N curve 進行分析。先 在各層甲板上施加一單位力，求算多層結構斷面分析模型中，於單位力作用下，各層甲 板之應力反應，再由應力轉換函數程式，整合運動與應力資料，由三維應力分析反應，

取得待測位置之應力，計算個別狀況之應力範圍RAO，再進行疲勞年限評估。

此外，有關疲勞強度分析計算，DNV 法規也有一些新的建議。文獻[19][20]對於如 何運用S-N curve 的問題上有相當大的差別。如圖 3-19 之傳統做法，是將 S-N curve 依 焊接型式分為B、C、D…T 等九條線圖。但在新的建議中已不再使用，而是改為母材與 焊接兩種曲線。而針對腐蝕環境下，也是分為母材與和焊接兩種曲線。由這種改變可以 知道，選用新的建議方法，而仍選用前述之公稱應力來評估異於對接焊的焊接接頭的 話，會面臨沒有適用的S-N curve 的窘境。換句話說，新的建議隱含著所適用的應力必 須是幾何應力或缺口應力。

圖3-19 文獻中不同焊接型式適用的幾種 S-N curve