九州大学学術情報リポジトリ

(1)

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

横断面の反りを考慮した薄肉変断面梁の解析法および船体縦強度への適用に関する研究

野瀬, 幹夫

https://doi.org/10.11501/3065611

出版情報：Kyushu University, 1992, 博士（工学）, 論文博士

(2)

4. 4 載荷状態の違いによる反りによる応力成分の比較

4. 3までは、正面向い波中の交番載荷状態における船体梁の反り及びこれに基づく反りによる応力成分の特徴を示した。ここでは、正面向い波中の均等載荷状態における解析を行い、載荷状態の違いによる撒積貨物船の船の長さ方向の反りによる応力成分を比較する。

Fig.4・5およびFig.4-6に示されている時刻t =2/4Te の明断力曲線Sz(X)および

曲げモーメント曲線Mz(X)に対して、曲げモーメントの最大値が等しく余弦関数に比例して分布する仮想、の曲げモーメント曲線Mz(X)およびそれから誘導される明断力曲線Sz(X) を式(4-5)によって想定する。

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(4.5 )

ただし、 Mz<崎山〉はFig.4-6に示されている曲げモーメント曲線の最大値であり、計算例では約2.^707x105 ^ton・mである。 SZi (X) は船の全長の問での正弦2半波に比

例して分布し、 SZi (X)のような鋸歯状の分布を示さない。なお、 (一)は均等載荷を意味する。また、その最大値はSz { (X)の最大値のの約1/3程度となっている。

このSzi (X)から定められるZì (X)をZì (X)とする。

均等載荷状態の関数Zì (X)の分布状況を交番載荷状態の場合のZ{(X)と比較して Fig.4-31に示す。 Sz (""ox>の値が小さいのでZì (X)の値も小さく、交番載荷状態の

Z (X)の値は、同程度であるが、それぞれの明断力の分布形状に比例している。ま

ⁱ た、

z'

i(X)およびz' i(X)の分布状況をFig.4-32に示す。図から明らかなように

z' i(X)の最大値はz' i(X)の最大値のおよそ1/3となっている。これはSzパX)の変化率がSZi(X)の変化率に比べて、数分の一程度となっているためである。さらに、

120

Z'� (X)およびZ'�(X)の分布状況をFig.4-33に示す。図よりZ�(X)の最大値は

Z'�

(X)の最大値の約1/2程度であるが、船体の両端を除いてほとんど零に近い。

これは均等載荷状態であるので荷重の変化率が、交番載荷状態に比べて小さいためである。

次に、正面向い波中の時実IJ t =2/4Te における均等載荷および交番載荷状態の違

いによる反りによる直応力の特徴を調べる。反りによる直応力が大きい横断面内の二つの点、すなわちガンネル部頂部〈点、7)およびビルジ部頂部〈点34)における全直応力の分布をFig.4・34に示す。図より、最大曲げモーメントの発生する船体中央において、縦曲げによる直応力に対する反りによる直応力は、交番載荷状態で( ⁸

~お)%程度生じているのに対し、均等載荷状態では( 4"'10 ) %程度生じる。これは、Fig.4-32から分るように、船体中央において

Z

;(X) の値がZ;(X) の1/2程

度となり明断力の変化率が減少し、反りによる直応力が減ったためである。

またさらに、直応力と同じ波浪中の時刻および同じ二つの載荷状態における反りによる明断流の分布の特徴を調べる。反りによる明断流の特徴を表している横断面内の二点、すなわち船側外板中央部(点25)およびボッパータンク斜板中央部(点 43)における全開断流の分布をFig.4-35に示す。図より、反りによる明断涜は交番載荷状態において各横隔壁の近傍で生じており、一方、均等載荷状態においては船の全長に渡ってほとんど生じていない。これはFig.4-33から分るように、交番載荷

状態のZ�(X) (荷重の変化率)の値は明断力SZì( X )の分布形状に比例している。

しかし、均等載荷状態のZ'�(X)の値は、船体の両端を除いて、 Z'; (X) ，こ比べてほとんど零に近い値となっている。すなわち、荷重の変化率が減少し反りによる明断流がほとんど生じていないためである。

以上より、明断力の最大値が小さくかっその変化率も小さい均等載荷状態の場合には、反りによる直応力や反りによる明断流の値はともに小さくなる。従って、最大曲げモーメントの生じる位置の近傍のビルジ部において、縦曲げによる直応力に対する反りによる直応力の割合は、均等載荷状態で最大10% 程度、交番載荷状態で最大23%であり反りによる直応力は無視できない。しかし

、均等載荷状態において、

121

(3)

ビルジ部以外に生じる反りによる直応力や反りによる明断流を考慮する必要はない。

4.

₅

結言

本章では、まず、第2章で述べた本解析法を用いて、静水中および正面向い波の規則波中における、交番載荷状態にある撒積貨物船について計算を行い、明断応力によって誘致される船体梁の横断面に生ずる反り、反りによる直応力および明断応力の大きさと分布の特徴について検討した。次に、船体横断面内の任意の物体点に生じている縦曲げによる応力の符号と、同じ物体点に生じる反りによる直応力の符号と規定する要因の関係について調べた。さらに、均等載荷状態および交番載荷状態にある撒積貨物船について本解析法を適用して計算を行い、反りや反りによる応力成分の大きさを比較して、載荷状態の違いによる応力への影響を調べた。以上のことより、次のような結論が得られた。

( 1

) 反りの分布の特徴

(a)船の長さ方向では、明断力が大きくなる載荷倉と空倉の境界となる横隔壁の近傍で、反りは極大値をとる。

(b)明断力が極大となる近傍の横断面では、反り関数の大きいガンネル部とビルジ部において大きな反りが発生しておりその向きは互いに逆向きであり、横断面に働く明断力の向きが反転すれば反りの向きも逆転する。

(c)正面向い波の規則波中において、ガンネル部やビルジ部におけるそれぞれの時刻歴毎の反り値は横断面に働く明断力が大きくなるほどその絶対値は大きくなる。

( 2

) 反りによる直応力の分布の特徴

(a)波長と船の長さ方向の比が等しい正面向い波の規則j波中の荷重状態において、

船の長さ方向の反りによる直応力は、明断力の変化率、が大きくなる部分、すな

わち明断力が極値をとる点の近傍で大きくなる。この反りによる直応力の大きさは、最大モーメントの生じる位置において最大で縦曲げによる直応力のæ

%に達する。

( b)船体がホギング状態において、横断面内の任意の物体点のz座標と明断力の変化率と反り関数の各符号の積が正ならば、反りによる直応力は縦曲げによる直応力の絶対値を増加させるように生じる。特に、明断力の変化率および反り関数が大きいビルジ部において、反りによる直応力は最も大きくなる。

( 3

) 反りによる明断涜の分布の特徴

(a)正面向い波の規則波中の荷重状態において、船の長さ方向の反りによる窮断流は、荷重の変化率が大きくかっ反り関数の積分値が大きい所で大きくなる。すなわち、船側外板の上部では、空倉から載荷倉へと荷重が変化する横隔壁の近傍で、縦曲げによる明断流に対して反りによる明断流が加算される。一方、船の長さ方向の同じ断面において船側外板中央部、ホッパータンク斜板および船底外板では、反りによる明断流は縦曲げによる明断流を減少させるよう生じている。特に、二重底構造の水平部材では、反りによる明断況は縦曲げによる明断流を減らすように生じている。

( b)横断面において反りによる明断流は、もとの明断流の大きい部分でこれを軽減し、逆に明断涜が小さい部分ではこれを大きくし、横断面全体として明断流の分布をより均一に平滑化するように生じている。

(4)明断力の最大値、明断力の変化率および荷重の変化率がともに小さい均等載荷状態の場合、反りによる直応力や反りによる明断流の値は、交番載荷状態のそれに比べてともに小さくなる。よって、最大曲げモーメントの生じる位置の近傍のビルジ部において、縦曲げによる直応力に対する反りによる直応力の割合は均等載荷状態で最大10%程度、交番載荷状態で最大23%であり、反りによる直応力は無視できない。しかし、均等載荷状態において、ビルジ部以外に生じる反りによる直応力や反りによる明断涜を考慮する必要はない。

(4)

( 1

)から(

³

)で示した反りや反りによる応力成分の大きさならびに分布の特徴は、縦曲げによる応力成分の値と比べて無視し得ない大きさである。したがって、

応力成分の大きさとその分布の特徴を把握するためには、少なくとも本解析法を用

いて計算しなければならない。

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(6)

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(11)

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POINT No. 7

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POINT No. 7

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POINT No. 35

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旬。。時"。ぉ hHhuhuhwQ吋伺辺。同旬刊

{03，岨}X\「"0・mmhF{可『・Z0・一争∞x-0・--

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(13)

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zp

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qz +b.qz

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Girthwise 4-25

Pig

x/L=O.841

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(14)

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^POINT

No. 25

qz

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qz

-1. 0 -1 . 5 0. 0 -0. 5 1 . 0 0. 5 2. 0

1 . 5

L

^POINT

NO. 25

qz

qz +6qz

to n/cm

qz

2. 0 1 . 5 1 . 0 0. 5 O. 0 -O. 5 -1 . 0 -1 . 5

-2. 0 - 2. 0

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^POINT

NO. -4- 3 F. P

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P -1 . 0

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L

^POINT

No. -4-3 F. P.

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Fr.No. 70 A. P.

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qz

qz+ムqz

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^POINT

NO. 25

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Fr.No. 70

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A. P.

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(15)

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(16)

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F. P.

A. P. Fr. No. 70 100 130 160 190 220

NO. 7 NO. 6 NO. 5 NO. 4- NO. 3 NO. 2 NO白 T

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A. P. Fr. No. 70 100 180 160 190 220 F. P.

A. P. Fr. No. 70 100 130 160 190 220 F. P.

NO. 7 NO. 6 NO. 5 NO. 4- NO. 3 NO. 2 NO. 1 NO. 7 NO. 6 NO. 5 NO. 4- NO. 3 NO. 2 NO. 1

Piq. 4-羽 Spαnwi s e d i s tγi b u t i 0 n 01 f u n c t i 0 n Z (x) compαring with functioηZ(域

Piq. 4 -32 Sp αnwise distTibution 01 functioη Z'ω compαring with functioη Z'ω

148 149

(17)

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POINT

NO. 7

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No. 7

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F. P.

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A. P.

N O. 1 NO. 6 NO. 5 NO. 4 NO. 3 NO. 2

t=tTe

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N O. 7 NO. 3 NO. 2 NO. 1

F i ÇJ. (-M Compαγi s 0 n b e t we e n NO. 6 NO. 5 NO. 4

N O. 7

(18)

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緒言

5.

1989年にアラスカ沖で発生したエクソンバルディス号が座礁して大量に原油が流船舶からの油流出による海洋汚染この事故を契機として、

失した事故が発生した。

今後建造される油槽船には二重船殻構造を採用す防止を求める国際世論が高まり、

足。一四判明、HhoQ

二重船殻構造を持こうした動きをうけて、最近、

づけられた。

ることが義務g)， ₁₀₎

このようなタイプの油建造11 )されるようになった。

つ油槽船が現実に設計され、

hMNhwhu句。-

規則による規制以前に建造された中心線縦桁方式油槽船に比べて、

槽船では、 IMO

最近の油槽船の船体には広範囲に高張さらに、

縦通隔壁の間隔が広くなっている。

全体的に応力レベルが高くな二重船殻構造を有する油槽船が荒天候下をへビーパラスト船体に働く明断力および明断力の変化率が大きくなる。

が大きく現れることが予想される。

「反り」

第2章で述べた載荷重量140測tonの二重船殻構造の油槽船について、

本章では、

船体の横断面に生ずる反りおよび反りによる応力解析法を用いて数値解析を行い、

船体構造を変断面梁または成分の大きさと分布の特徴について考察を行う。また、

本船の載荷状態とし

〉を対象とし、海面の状

、波長と船の長さが等しい〉の力鋼が使用されるようになったので板厚が薄くなり、

したがって、

っている。

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状態で航行する場合には、

船体の横断面には

等断面梁として取り扱った結果の差異について調べる。なお、

てヘビーバラスト状態(Heαむy condition

態は静水中および正面向い波の規則波中〈波高10m 二つの状態を想定する。

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153 ・

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