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結構強度計算 | ||||||||||||||||
強度計算是結構設計重要的一環,對整體設計作業而言,屬於較中游之工作,大多在船舶初步設計、性能計算、艙區劃分、線形設繪以及其他相關規劃如艤裝、室裝、機艙之佈置決定後陸續展開。 | ||||||||||||||||
船體結構由甲板、底板、兩側舷外板以及縱向隔艙壁等而形成一盒狀構體,板之內壁以肋骨及橫樑支撐,沿著船長方向每隔適當間距,再加設水密橫向隔艙壁。整體結構之功用須能承受船體在靜水或波浪中之浮力及其他相關負荷,如船體本身的自重、裝載的貨物、燃油、壓艙等所形成之縱向彎矩,同時亦須承抗水線以下部份因水壓及船體橫搖,受海浪衝擊而產生之橫向負荷、波浪引起之扭曲負荷、拍擊負荷以及雷達桅桿、機器、裝備等局部負荷。 | ||||||||||||||||
船體結構的功能在於使其具有足夠的強度與勁度,以便能夠承抗加諸船身之各種負荷;強度為結構抗拒負荷之能力,在正常負載狀況下其應力值不得超過降伏強度,及控制在可接獲範圍內的變形量。勁度為構件抵抗變形之能力,兩者均為結構設計之重要考慮因素。 | ||||||||||||||||
一般船舯受力最大,所以船體結構設計皆由舯剖面設計開始,依據初步設計擬定之斷面形狀及艙區佈置及舯剖面圖,繼續發展其他結構設計,下圖所示為部份結構設計圖;一般設計時先安排肋骨及縱向骨材之位置,再依據船級協會法規之經驗公式計算各部分結構應有的最小尺寸,接著搭配適當分析計算,經核驗各構材尺寸都合乎要求後,結構設計才算完成。 | ||||||||||||||||
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船舯斷面圖與結構總圖 | ||||||||||||||||
強度要求 | ||||||||||||||||
船體結構猶如人體的骨架,而強度就像骨質一樣,有良好的骨質才能確保支撐身體各部位器官功能的正常運作。結構設計須合於驗船協會法規對船體各部位要求之結構寸法,並且檢查船舯剖面模數是否符合靜水彎矩與波浪彎矩對船體樑所要求之縱向強度。 | ||||||||||||||||
驗船協會為各國船舶檢驗方面的一個常設機構,負責船舶設計安全與強度把關的工作,只有通過驗船協會的認證,船隻才能正式在各個海域營運,在臺灣有中國驗船中心 (CR ) 負責認證;而世界上主要的驗船協會如下表等。國內針對總噸位未滿五十噸之非動力船舶,或總噸位未滿二十噸之動力船舶,則由小船管理規則加以規範, 可不必接受驗船中心認證。 | ||||||||||||||||
驗船協會Logo一覽表 | ||||||||||||||||
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驗船協會除依照船級法規檢查結構寸法外,還佐以有限元素分析程式將不同船型指定所需之負荷,加到貨艙段之有限元素網格模型來解析結構強度,以確保整體結構之安全性。 | ||||||||||||||||
現今有限元素法已被廣泛應用於各種結構設計與分析,船體結構設計可以藉由有限元素分析模型來模擬。 | ||||||||||||||||
船體在波浪中的運動及波浪作用等受力狀況,經轉換為有限元素網格後,即可進行全船有限元素分析,計算船體結構在波浪中之受力反應(應力與變形),以檢驗結構設計是否符合強度要求。 |