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日本船舶海洋工学会論文集 第2号

 事業名 造船学術の振興
 団体名 日本船舶海洋工学会 注目度注目度5


組み合わせ荷重を受ける連続防撓パネルの最終強度推定式の開発に関する研究
正員 原田 実*  正員 藤久保 昌彦**
正員 柳原 大輔**
 
*(財)日本海事協会技術研究所
** 広島大学大学院工学研究科
原稿受理 平成17年10月14日
 
Development of a Set of Simple Formulae for Estimation of Ultimate Strength of a Continuous Stiffened Panel under Combined Loads
 
by Minoru Harada, Member
Masahiko Fujikubo, Member
Daisuke Yanagihara, Member
 
Summary
 The authors proposed a set of closed-form simple formulae to estimate the ultimate strength of a continuous stiffened panel under combined biaxial thrust and lateral pressure. This paper extends the application of the formulae to biaxial compression/tension stress field based on a series of elastoplastic large deflection FE analyses. It was found from the FEM results that the effect of tensile load on the ultimate strength is not so significant when compressive stress is large and the collapse mode is similar to buckling mode. On the other hand, ultimate strength interaction curve can be approximated by Von-mises yield function as a safe-side estimation when compressive stress is very small and the collapse mode is similar to plastic collapse mode. FE analysis for typical stiffened panels with consideration of in-plane shear has been also performed to examine its effect on the ultimate strength of a continuous stiffened panel. Based on the observed FEM results, a set of simple ultimate strength formulae for a continuous stiffened panel under combined loads has been derived. The validity of the proposed simple formula has been confirmed through a comparison with the FEM results and the estimated strengths obtained by some existing methods.
 
1. 緒言
 二重底などの一部を構成する防撓パネルに座屈・塑性崩壊が生じると、これが起点となって船体の全体崩壊を招く可能性があるので、防撓パネルの最終強度を精度良く推定することは船体の構造安全性の観点から非常に重要である。このような背景から、著者らは種々の組み合わせ荷重条件下における連続防撓パネルの高精度な最終強度推定法及びより実用的な最終強度簡易算式を導いている1-6)
 ところで、二重底などの一部を構成する防撓パネルでは、二軸圧縮と横圧の組み合わせ荷重下の最終強度を検討すれば、ほぼ十分であると考えられるが、積付状態や検討対象部材によっては、必ずしも二軸圧縮と横圧の組み合わせが支配的な荷重条件とはならない場合も考えられる。例えば、縦式構造の二重底内底板では、ホギング状態ではハルガーダーの縦曲げによって防撓材方向に圧縮が生じる。一方、ホールドが空倉の場合には、外水圧によって二重底中央の内底板では防撓材と直角方向の引張が生じている。このような場合、当該部材は防撓材方向の圧縮と防撓材と直角方向の引張荷重下にある。また、横隔壁近傍のビルジホッパ斜板などでは、せん断応力も無視できないと思われる。連続防撓パネルの最終強度を高精度に推定するためには、このような引張やせん断応力の影響についても考慮できることが望ましい。
 そこで、本研究では、既に開発した二軸圧縮と横圧を受ける連続防撓パネルの最終強度推定法6)を、二軸圧縮/引張と横圧及びこれにせん断応力が加わる場合にも適用が可能となるよう推定式の拡張を試みる。
 最初に、二軸圧縮/引張と横圧を受ける連続防撓パネルの最終強度をFEMにより求め、最終強度相関関係式を導く。次に、これにせん断応力が加わる場合についても同様の解析を行い、最終強度に及ぼすせん断応力の影響を明らかにする。得られた知見を総合的に取り纏め、二軸圧縮/引張と横圧及びせん断荷重を受ける連続防撓パネルの最終強度推定式を導く。最後に、提案算式による推定値とFEM結果及び既存の最終強度推定法による推定値との比較から、提案推定法の有効性を検証する。
 
2. 解析対象および解析条件
2.1 解析対象
 二重底などの一部を想定したFig. 1に斜線で示すABDCで囲まれたトリプルスパン−ダブルベイの範囲の連続防撓パネルに対して、FEMによる弾塑性大たわみ解析を実施してその最終強度を求めた。解析コードはMSC/Marcを用い、要素には4節点薄肉シェル要素を用いた。
 パネルの寸法は、短辺の長さbを800mmとし、長辺の長さaを2400mm(a/b=3)、パネルの板厚tを、10、13、15、20、25mmの5種類に変化させた。防撓材の寸法は250×10+90×15mmのTee-bar防撓材とした。
2.2 解析条件
 境界条件は、Fig. 1に示すモデルの周辺BD、ACには周期対称条件を、周辺AB、CDには対称条件を課した。トランス材はモデル化していないが、当該部の面外変位を拘束した。また、連続性を考慮してモデル周辺における面内変位は直線を保持しながら変位するという条件を課した。解析モデルの材料特性は、Fig. 1の右下に示す通りである。
 初期撓みは、パネルと防撓材に座屈モードの初期撓みを考慮した5)。横圧qは、パネル側から作用させ、水頭換算でq=0、10、20、30、40mと変化させた。最初に横圧qを与え、これを固定したまま次に防撓材方向の面内応力σxとこれと直交する方向の面内応力σyを一定の比率を保ったままモデル端部に与えた。
 
Fig. 1 Analysis model.


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更新日: 2019年8月24日

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