疲勞強度計算之步驟

1 m gamma function values.

韋伯分佈之尺寸參數(shape parameter)是以應力範圍Δ

σ

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 船體運動與應力資料。因此，疲勞強度分析涵蓋船體運動與受力分析、結構之受力反應 以及疲勞損傷率計算等三個主要部份。茲將進行疲勞強度分析之步驟描述如下(參閱圖 3-1):

為模擬船體外型以求算流體動力資訊，本研究首先準備目標船之線形資料(如圖 3-2) 以及輕船重量與裝載分布資料(圖 3-3)，以 FIPSAS(First Principal Structure Assessment System)結構計算評估系統進行響應函數(Response Amplitude Operator, RAO)之計算，本 系統整個計算流程包括:

二維流體力係數之計算、輕船重量與貨物裝載分佈計算、最大頻率反應函數與長期 預測、貨艙邊界與內壓之計算、設計波形之決定與外壓之計算、模型重量與所有組合負 荷之平衡、細網格分析模型之介面等等(如圖 3-4~圖 3-8)。其中各應用介面與相關響應 函數(RAO)計算如圖 3-6~圖 3-8)。

其中線形資料在於定義全船外形之分佈，在截片法(Strip method)理論的應用，當計 算流體動態負荷時，一般取21 個斷面作為計算的基準(圖 3-4)。而二維流體力係數包括 垂向附加質量、垂向阻尼係數、側向附加質量、側向阻尼係數、..等等(圖 3-5)。利用流 體力係數可進一步進行 RAO 計算。而 RAO 則包括垂向彎矩 RAO、縱傾 RAO、浮沉 RAO、橫搖 RAO、垂向加速度 RAO、側向加速度 RAO 以及扭轉 RAO 等等(圖 3-6)。

利用介面程式可以快速搜尋各式 RAO 之數值，例如圖 3-7 是主要負荷參數為垂向彎矩 時，在位置 10 所找出的不同迎波角與不同頻率對應的 RAO 數值，並可據以繪出 RAO 分佈，圖3-8 即為滿載狀況縱傾 RAO 之分佈圖。

圖 3-1 多層船體結構之疲勞強度分析流程圖

圖3-2 船舶之線型資料

圖 3-3 裝載分布資料

圖 3-4

圖3-5 二維流體力係數計算

圖3-6 各種 RAO 計算

圖 3-7

圖3-8 滿載狀況下 Pitch RAO 分布圖

由於疲勞強度分析屬於相當局部之反應檢查，一般為快速有效獲得合理解析，處理 上以整體模型的邊界位移，搭配細網格模型與局部負荷進行分析。本研究作法上先在各 層甲板上施加一單位力，求算多層橫肋斷面分析模型中，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(如圖 3-9)，計算個別狀況之應力範圍 RAO(Stress Range RAO)。

圖 3-9

考慮在滿載(Full Load)與壓載(Ballast Load)狀況，分別在 75%營運船速(3/4 service speed)狀況下，包括側向加速度(at)、垂向加速度(av)、橫搖角、縱傾角之 Transfer Function，

以進行運動反應(motion response)、加速度、stress amplitude、stress range 以及各層應力 之計算。在位置A 之應力(Stress at location A) σtot可以表示如下:

σtot= σ(FT1) +σ(FT2) + σ(FT3) + σ(FT4)+…+σ(FTn)+

σ(FV1) +σ(FV2) + σ(FV3) + σ(FV4)+...+σ(FVn)

其中σ(FTn)為單純受側向力 FTn 作用下，在位置 A 之應力。

σ(FVn)為單純受垂向力 FVn 作用下，在位置 A 之應力。

組合應力σtot 即為各層側向力與垂向力同時作用下之整體應力。

3.3 修正的層級程序分析法(AHP)之應用