船舶结构强度直接计算法剖析ppt课件.ppt

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1、船舶结构强度直接计算法StructuralDirectCalculation1概述近年来，由于新型船舶的建造、船舶的大型化以及新结构、新材料不断出现，船舶结构的屈曲、弹塑性破坏、疲劳和断裂等问题日趋受到重视传统的船舶结构设计和分析方法已难以胜任寻找新的、有效的船体结构分析方法势在必行有限元法基于变分原理的把连续体离散化的数值解法，适应性强，效能较高。实质是把求解区域分为有限个单元，这些单元只在求解区域的节点处和单元的边界上互相连接求解区域被离散了，并且表示为有限个单元的组合体。基于有限元的结构直接计算有限元分析用

2、于船舶结构：将船体结构离散为能精确模拟其承载模式和变形情况的有限个单元，详尽地表述船体结构的微观细节，真实地表达出各个构件间的协调关系与变化，可以求出各个关心构件或区域的实际变形与应力。评价：是目前船体强度分析最准确、最完善的方法，也是在结构设计中，最能精确预报结构对载荷响应的结构分析方法。常用的有限元分析软件自20世纪70年代后期，引入我国的各种大、中型专用和通用有限元著名软件有ABAQUSANSYSADINA,SAP,MARC,NASTRAN等。船舶行业主流的有限元软件是NASTRAN专门的船体结构分析有限元

3、软件英国劳氏船级社的SHIPRIGHT系统美国船级社的SAFEHULL系统挪威船级社的NAUTICUS系统法国船级社的VERISTAR系统船体结构FE分析的三个不同层次整船分析舱段分析局部有限元分析整船分析：获得船体应力和变形的整体情况，如总纵弯曲应力和变形舱段分析：用于分析甲板、舷侧、船底和舱壁等结构在局部载荷作用下的强度再叠加船体梁的载荷后，同样能够进行船体总强度的评估还可为舱口角隅等需要细化的局部结构分析提供边界条件局部有限元分析：在对船体进行舱段分析的基础上，为了更精确地获知主要结构构件或关键部位的应力水

4、平和应力分布时采用，可用于计算局部应力以确定应力集中系数分析受集中力作用的结构强度，如系泊装置、锚机、克令吊基座的船体支撑结构强度分析IACS发布的有限元分析流程国际船级社协会(IACS)于2006年4月发布的散货船共同规范（简称CSR），规定船长大于150m的散货船需要进行有限元分析2船体结构有限元模型建模原则：全船的有限元模型化必须建立在对船体结构的承载模式、载荷传递和相应的变形特征正确分析的基础上，合理地布置单元网格线和简化纵骨等小构件，运用杆元、梁元、膜元和板壳元等结构单元的恰当组合，做到既要保证计算结构

5、的真实、有效、可信，又要控制模型的规模建模具体要求1）若采用舱段分析，则仅对船体的某些舱段建立有限元模型主要包括两种模型：三舱段模型，如CSR、ABS和IACS采用两舱段模型，如DNV,LR,GL及CCS采用无论是三舱段模型还是两舱段模型，模型的垂向范围都为船体型深。有限元模型的纵向范围（三舱段）建模具体要求2)主要的结构构件，如肋板、舷侧肋骨、甲板横梁、纵骨、纵桁、底部纵桁及其他相当构件等要合理的模型化。3)有限元网格的划分应根据计算目标和精度的要求。两种做法:粗网格(如ABS)，即根据主要结构件来布置单元格子

6、线；细网格，即根据骨材的间距来划分单元，DNV,LR,BV和CCS等都采用细网格模型建模具体要求4)粗网格的有限元模型在表达船体结构的总纵弯曲和局部板架弯曲时是恰当的，但是它关于加强筋和板格的弯曲的描述却是不完备的。粗网格模型通常采用膜单元和杆单元来模拟船体结构。由于梁单元与膜单元的贴和连接存在单元间变形的不相容，所以一般不采用梁单元。但是在有些情况下，为了使结构具有面外刚度，梁单元被用来支撑膜单元，以便承受横向载荷。如双层底上的纵骨通常采用杆单元，但在横舱壁的支凳附近则处理为梁单元。建模具体要求5)细模型的板构

7、件(主要结构构件)选用板壳单元，加强筋选用梁单元。在主要构件之间布置这种单元，以承受压力载荷并把它们传递给主要构件。对于仅在板的一侧布置的加强筋应采用偏心梁元。否则梁的弯曲刚度应该计入有效带板的影响。另外对于较薄的板构件，考虑到它的承载能力，可以用平面应力单元来代替板壳元。建模具体要求6)单元主要采用四种类型:杆单元、梁单元、膜元和板壳元并且通常只采用简单单元，即仅在角点处布置节点对于膜元和壳元，应仅采用线性四边形单元或三角形单元。建模具体要求7)船体的外板结构，强框架、纵析、平面舱壁的析材、肋骨等的高腹板，以及

8、槽型舱壁采用四节点板壳单元模拟在高应力区和高应力变化区尽可能避免使用三角形单元，如减轻孔、人孔，舱壁与壁凳连接处，邻近肘板或结构不连续处，尽量少用三角形单元。单元长宽比应不大于4:1。建模具体要求8)对于承受水压力和货物压力的各类板上的扶强材用梁单元模拟，并考虑偏心的影响。纵桁、肋板上的加强筋、肋骨和肘板等主要构件的面板和加强筋可用杆单元模拟。若考虑到网格的布置和大小划分