散货船横向强度有限元分析
基于有限元法的船体舱段横向强度计算分析
模型。当突变剖面或载荷集 中区域位 于船体 中部 时， 取 以突变剖面或载荷集 中区域端界 向尾端各延
货物的范围， 使船舶的适运性大大增加 ， 进而提高经 济效益。如果按照规范要求设置双 向横桁架 ， 舱Ｅ ｌ
长 度必 然受 到较 大 影 响 ， 往往 不 能 满 足 船 东 装 运特 殊货 物 的要求 。因 此 ， 一些 此 类 内河 货 船 的 舱 口长
１ 舱段横 向强度计算
本船 主要 航 行 于 内 河 Ａ、 Ｂ级 航 区 ， 运 输 干 散
货。全船为钢质 电焊结构 ， 甲板均为单 甲板。货舱
区为双底 双 舷 、 长大舱 口 ， 机 舱及 首尾 部分 为单 底单 舷 。货舱 区船底 采用纵 骨架 式 ， 货 舱 区舷舱 、 机 舱及
首尾舱采用横骨架式结构。对本船强度采用有限元
） ， 男， 助教 ， 研究方向为船舶与海洋平 台结构强度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本文根据 “ 规范” 第 １ ４ ． ３ ． ３ ． ２条要求 ， 用三维 有限元模型进行散货船 主要 构件的强度 直接计算 时， 模型范围为全宽模 型 ， 舱段模 型 的纵 向范围从 Ｆ ｒ ３ ８至 Ｆ ｒ ５ ７ 。各 船 体 构 件 采 用 板 或 梁 单 元 模 拟 。
有 限元模 型如 图 １ 所示。
方 法进行 直 接计算 ， 以验 证 实 际所 取 构 件 是 否 满足
强度要求 。现对其货舱 区域 的横舱壁板架 、 甲板板
架、 船底 板架 、 舷侧 板架 等部 位 的主要 构件 进行 强度 直 接计算 。
１ ． １ 舱 段模 型
图 １ 货船货 舱有 限元模 型
１ ． ２ 边界 条件 模 型 的两 端 （ 简 称 Ａ 端 和 Ｂ端 ） 和 中纵 剖 面
基于有限元法的96.8米散货船总纵及横向强度评估
基于有限元法的96.8米散货船总纵及横向强度评估摘要:本论文以一艘96.8m散货船为对象,采用有限元软件,根据CCS《钢质内河船舶建造规范(2009)》的要求,建立中部舱段模型,对船体结构进行总纵强度和横向强度评估。
结果表明,该散货船舱段的主要构件均能满足09规范的强度要求。
关键词:散货船总纵强度横向强度有限元法随着世界经济的不断发展,船舶运输的作用日益重要。
由于全球对散货运输的大量需求以及散货运输特有的廉价和方便,散货船运输在海上货物运输中所占的地位日益重要,在货运总量中所占的比重也越来越大,运输量占所有海上货运总量的33％,仅次于油轮运输[1]。
船舶在营运过程中经常会发生海损事故,造成经济损失和人员生命安全等问题,所以研究船舶强度一直以来都是人们所关注的问题[2]。
1 有限元计算总纵强度本船为双层底、双舷侧、单甲板、抗扭箱、舷侧与首尾为横骨架式,货舱双层底为纵骨架式,运输干散货。
本船的主尺度及主要参数为:总长96.80m,两柱间长91.70m,型宽16.10m,型深7.38m,设计吃水6.48m,方型系数0.852。
1.1 有限元模型因为实船只有两个货舱,根据CCS《钢质内河船舶建造规范(2009)》(以下简称09规范)[3],该舱段模型纵向范围从Frame39到Frame114,横向范围为船体型宽,垂向范围为船体型深,中间有一道横舱壁,有限元模型见图1。
1.2 边界条件根据CCS《钢质内河船舶建造规范(2009)》,对于中部舱段有限元模型,在两端面中和轴与中纵剖面交点处各建立一个独立点A、B,端面上的各节点与独立点进行刚性关联;两端面施加端面弯矩,分别选取静水中拱、静水中垂、波峰在舯和波谷在舯时的船舶总纵弯矩绝对值最大的弯矩曲线,插值得到计算舱段前、后端面的弯矩,并将它们施加到独立点A和B上。
1.3 载荷施加[3]本论文选取总纵强度载荷最大,最危险的工况—满载到港,进行具体研究。
载荷包括舷外水压力、货物重量、结构自重。
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析本文将针对一艘28000 t多用途船的首楼加强结构进行有限元强度分析。
首先，介绍该船的基本情况和首楼结构设计方案，然后，给出有限元模型和边界条件。
接着，进行计算，并分析其结果。
最后，提出一些建议和结论。
一、船舶基本情况该船为中国造船集团公司设计研究院设计，船长度为190.00m，船宽为32.26m，型深为18.10m，设计总吨位为28000t。
该船为多用途船，可用于散货运输、集装箱运输、油船等不同类型的货物运输。
首楼位于船头部分，是船体结构中较为重要的部分，需要进行加强以达到防护和支撑作用。
二、首楼结构设计方案为了提高首楼强度和稳定性，在船体设计中需要对首楼进行加强。
首先，在原有首楼结构基础上加装侧板，提高侧部强度；其次，加装绞刀柱和纵梁，提高纵向支撑能力；再次，加固首楼底板，增加底部强度。
三、有限元模型和边界条件在进行有限元分析前，需要建立一个精细的有限元模型。
首先，对整个船体进行数值化建模，包括船体的各个结构部分。
然后，按照首楼加强结构设计方案，对首楼部分进行加固，建立新的有限元模型。
接着，需要确定边界条件。
在进行有限元计算时，需要确定边界条件，以便进行一个完整的力学分析。
由于首楼位于船体的前部，处于海浪和风浪影响较大的区域，需要考虑风浪载荷的影响。
同时，还需要考虑船体的移动和弯曲等因素。
四、计算与分析在确定有限元模型和边界条件后，进行了有限元计算和强度分析。
在计算过程中，考虑了船体在不同风浪条件下的载荷，进行了强度分析和振动分析。
根据计算结果可以得出：首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
在不同风浪条件下，首楼结构都有足够的强度和稳定性，能够保证船舶在航行时的安全性和稳定性。
五、建议和结论针对以上计算和分析结果，提出如下建议和结论：(1) 首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
(2) 在进行船体设计时，需要综合考虑船舶的航行条件和使用要求，以便确定最佳的结构设计方案。
船舶结构有限元分析
船舶结构有限元分析谢㊀凯摘㊀要：从比较经典的优化设计方法，到启发式优化设计方法，再到现代代理模型的优化设计方法，虽然都在一定程度上优化了船舶结构，但是在使用过程中也都存在着一些问题，这便促进了船舶结构由规范的方法逐渐开始向着有限元解决方向发展，进而使得整船结构的优化设计成为可能，而为了更好地实现船舶结构有限元模型中开孔和船舶结构的快速建模，并针对有限网格的局限区域细化设计方案，文章主要基于现阶段的船舶结构设计平台，对有限元在船舶相贯结构切口力学分析中的相关应用和船舶结构有限元模型数据计算生成进行了详细的介绍，希望能够通过介绍在一定程度上减轻审图验船人员的劳动，提高审图效率㊂关键词：船舶；结构；有限元分析㊀㊀一㊁有限元在船舶相贯结构切口力学分析中的相关应用介绍船上有大量纵横交错的构件，必然会存在着众多构件相贯切口，所以需要对有限元在船舶相贯结构切口力学分析中的相关应用进行介绍㊂而船舶在航行时，会由于不良切口的存在，使构件产生裂缝，甚至还会使得整个相贯切口区的结构发生严重破坏㊂因此，在船舶结构有限元分析中有必要对此种结构进行详细的力学分析，以便可以从其应用过程中发现力学性能较好的相贯切口形式和加强方法，进而利用有限元分析方法来提高计算效率㊂二㊁船舶结构有限元模型数据计算生成船舶结构优化设计是在满足强度㊁刚度还有稳定性和频率等条件的约束下，借助数学方法和计算编程来对设计者的船舶结构参数进行的一种方法，这样的技术对于未来船舶结构的发展有着十分重要的作用，而要想更进一步的优化有限元算法，提高船舶结构的发展，就需要对船舶结构有限元模型数据计算生成进行分析，而通过一定的调查研究发现，船舶结构有限元模型数据计算生成主要包括以下四个方面：船舶结构有限元数据模型概述㊁肋位线数据库的建立㊁型材库的建立㊁节点数据生成介绍等，以下主要对船舶结构有限元模型数据计算生成的几个方面进行了详细的介绍㊂（一）船舶结构有限元数据模型概述一般来说，有限元建模主要会经过创建点㊁生成单元㊁赋予属性等三个步骤，其中创建节点主要是为生成单元做准备的，而赋予属性又是在已经生成的单元上进行的㊂由这个过程可以看出来，要想实现从二维图到三维图有限元模型的转换，首先需要生成建立有限元模型所需的各种数据，比如节点三维坐标㊁板单元属性还有梁单元属性等㊂另外，这些数据的计算生成方法也十分重要㊂在这些介绍完毕后，需要根据有限元模型中节点㊁单元㊁属性之间的关系，来进行船舶结构有限元数据模型的研究，同时也为接下来的研究奠定良好的基础㊂（二）肋位线数据库的建立肋位线数据的建立主要包括肋位号㊁肋位位置㊁肋位线Ｙ㊁Ｚ坐标及其展开长度（ｉ＝１㊁２㊁３ ｎ其中ｎ为肋位线的点数）㊂程序读取船体肋位线型数据文件，获取肋位号和肋位线上点的坐标数据，然后计算肋位位置和肋位线展开长度等数据㊂其中肋位线的数据主要保存在Ａｃｃｅｓｓ数据表中，需要根据这些数据，生成全船肋位线图，方便接下来的计算㊂（三）型材库的建立船舶结构有限元模型数据计算生成还包括型材库的建立，在进行船舶结构有限元模型数据计算中建立一个可以包含多种型材的型材库，这个型材库中包含有Ｔ型材料㊁球扁钢㊁角钢等多种类型，多种类型规格的型材㊂而且每一款型材都会用一个型材号表示，这些型材数据保存在型材标准数据库中，可以往数据库里添加新的型材，同时也可以对数据库中已经有的型材进行修改或者删除㊂在建立好型材库后，需要点击 Ｐａｔｒａｎ 菜单中设置型材规格选项，将会出现选择型材规格的窗口，在确定后选择一个款型材，然后在结构图上选择一系列相同型材的结构线，并将程序通过一定的方法将其应用在该款型材号附着的这些结构上㊂（四）节点数据生成介绍节点数据生成介绍主要包括六个方面的内容，这六个方面分别是计算外板节点坐标㊁获取连接梁单元型材号㊁获取连接板单元板厚㊁获取节点位置信息㊁计算节点法线方向㊁计算节点重复数等㊂首先，计算外板节点坐标，需要通过算法用外板展开图上纵向线和竖向线来求交点，求出节点在肋位线上的展开长度，并通过节点在肋位线上展开长度求出该节点坐标值，再计算甲板节点坐标，以圆弧形梁拱为例，求该肋位线的梁拱高度最后得到实际结果；其次，获取连接梁单元型材号，需要获取与节点左连接和右连接的梁单元型材号，再获取与节点上关联和下关联的梁电源型材号；再次，获取连接板单元板厚，在节点所在板平面内，从节点的东北㊁西北等四个方向分别选取一个与之相距较近的点进行计算；最后，获取节点位置信息和计算节点法线方向，最后是计算节点重复数，然后再计算得到目标模块中所有节点坐标后，比较每个节点坐标值，对于其中任意节点，都要提高重视㊂三㊁结语综上所述，随着船舶结构的大型化和复杂化，传统船舶结构分析方法已经难以适应时代发展，所以需要进行改革和创新，而也就是改革和创新使得船舶结构分析方法逐渐由现代规范计算方法过渡到了有限元的计算方法，这使得整个船舱甚至是船舶结构的发展逐渐走向成熟，同时，也在一定程度上促进着有限元计算方法的成熟㊂而对于优化设计而言，船舶局部结构的优化设计已经难以满足设计者需求，而且实践也证明了实际效益㊂因此，基于有限元分析的船舶结构已经逐渐成为结构优化设计的整体趋势㊂参考文献：［１］管义锋，吴剑国，俞铭华，等．船舶大开口结构有限元分析专用前后处理软件的设计［Ｊ］．船舶工程，２００１（６）：９－１１．［２］尹群．Ｓｕｐｅｒ－ＳＡＰ有限元分析软件在船舶结构力学分析中的应用［Ｊ］．造船技术，２０００（１）：３６－３７．［３］郑云龙．在型船舶结构有限元静动力分析方法及软件系统［Ｊ］．船舶工程，１９９８（３）：９－１１．作者简介：谢凯，舟山中远海运重工有限公司㊂２６１。
CSR散货船结构强度有限元分析中的若干问题
CSR散货船结构强度有限元分析中的若干问题刘文华;丁天安【摘要】散货船和油船协调后的共同结构规范(HSR)将于2011年生效.为促进规范的发展,使之符合IMO目标型船舶标准(GBS)的要求,从整体舱段有限元分析、详细应力评估和疲劳强度评估的热点应力分析3个方面阐述了散货船共同结构规范的不足之处,并提出了相应的建议.【期刊名称】《船舶与海洋工程》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】4页(P17-20)【关键词】散货船;共同结构规范;屈服强度;屈曲强度;疲劳强度【作者】刘文华;丁天安【作者单位】上海船舶研究设计院,上海,200032;上海船厂船舶有限公司,上海,202164【正文语种】中文【中图分类】U661.430 引言目标型船舶建造标准(GBS)于2010年5月在国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MSC）第87届会议上获得正式通过，将于2012年1月1日正式生效[1]。
油船和散货船协调后的共同结构规范（HSR）需要满足GBS的要求, 各国船级社申请进行规范的GBS符合性验证的截止时间是2013年12月31日。
散货船共同结构规范[2]（CSR-BC）从2006年4月1日生效至今，已发出10次修改通报[3]。
船厂、船舶设计单位、船级社和船东都能体会到CSR对造船业的影响。
根据图1给出的CSR协调时间表，可以看出协调后的CSR将于明年正式生效，因此今年是IACS听取业界反馈，协调CSR发展的关键一年。
广州广船国际股份有限公司的专家从结构规范设计的角度对CSR的协调发展提出了质疑[4]。
受此启发，本文从结构强度有限元分析的角度评价CSR-BC的不足。
图1 CSR的协调时间表根据CSR-BC要求，船长150m及以上的船舶，应基于三维有限元方法进行主要支撑构件的直接强度评估。
其中包括整体舱段有限元强度分析（有限元分析第一步），用于评估货舱结构主要支撑构件的整体强度；详细应力评估（有限元分析第二步），用细化网格评估高应力区域；热点应力分析（有限元分析第三步），用精细网格计算应力集中点的热点应力，以进行疲劳强度评估。
船体结构有限元分析专题
1.船体结构模型通常可以划分成下列类型： (a) 船体梁整体模型（图1）
(b) 舱段模型（图2）
图1船体梁整体模型
图2 舱段模型
(c) 交叉梁系模型（板架）（图 3）
(d) 肋骨框架模型（图4）
图3交叉梁系模型
(e) 局部结构模型（图5）
图4肋骨框架模型
图5局部结构模型
• 2.单元类型选取 • 舱段及整船分析主要应用板梁组合结构模型。 • 骨架采用梁单元，板采用壳单元，对于高腹板梁的腹板用 壳单元离散，面板用杆单元，支柱及撑材等用杆单元。 • 此外为处理特殊边界条件可能还需要应用一些特殊单元。 • 3.本专题我们将重点介绍舱段和整船有限元分析方法，包 括下列内容： • 板梁组合结构计算 • 舱段有限元分析－建模、施加边界条件、施加波浪载荷方 法 • 全船有限元分析 • 局部结构强度分析 以上内容，用ANSYS程序实现
图1-1
Timoshenko梁（Beam188/ Beam189）采用一次/二次形 函数，所以梁需要划分足够多的单元才能逼近真实解。
• Beam188单元可以直接输剖面尺寸而不需 输入实常数，用/eshape,1命令显示梁的 实体形状时，可显示剖面真实形状；而 Bean44单元则只能显示截面为矩形形状， 因为它是通过输入的实数显示剖面形状的。 此外在后处理中，Beam188单元非常方便， 像shell63单元一样显示应力云图；而 Beam44单元只能通过定义单元表显示梁 的弯矩，应力等。
图2-2 叉梁系 （用kN-m 单位）
• 计算要点：
• • • • (1) 忽略IZ,IX,取IZ = 1.e-10, IX = 1.e-10 (2) 全部板架梁都用一个定位点 K,100,0,4,3*1000 (3) 绘纵梁弯矩图 (4) 显示面板、带板应力 材料：E=2.06e8 kN/m2,MU=0.3
散货船横向强度有限元分析
散货船横向强度有限元分析作者：谢永和王伟引言为了保证散货船船体结构在正常使用过程和一定的使用年限中具有不破坏或不发生过大变形的能力，有必要进行船体横向强度计算，目前，采用直接法计算横向强度的文献较少[0.本文根据中国船级社远洋入级要求，对一散货船在重压载、一般压载、隔舱满载、重货均匀满载和轻货均匀满载五种工况下进行货舱横向强度计算，据中国船级社《散货船结构直接计算分析指南》要求，对其货舱区域主要构件应用直接计算方法进行强度对比分析研究.1船体说明及有限元模型1.1船体说明20,000吨级载重量散货船，船体均采用CCSA级钢.货舱区域为单壳、双底结构，肋骨间距为700 mm;双层底高1,200 mm，强框架间距2,500 mm;并设有5根双层底纵析.船舶总长:L=145.0 m、型宽8=21.2 m、型深D=12.6 m、结构吃水ds=8.2 m、方型系数Cb=0.826.1.2有限元模型用三维有限元模型进行散货船主要构件的横向强度计算时，模型范围为半宽模型，包括船中货舱区的1/2个货舱+1/2个货舱，舱段模型的纵向范围从肋位Fr70到肋位Fr122;垂向范围为船体型深.各船体构件采用板或梁单元模拟.有限兀模型见图1.坐标系统采用右手坐标系，原点位于Ff70船底中线处，x轴向船首为正方向，y轴向左舷为正方向，z轴向上为正方向图1 有限元模型示意图1.3边界条件模型的两端(简称A端和B端)和中纵剖面(CL)均需约束，详细边界条件见表1.1.4计算工况与载荷因为横向强度计算仅考虑舱内货物压力和舷外水压力的影响，因此计算工况按照装载手册选取.取重压载、一般压载、隔舱满载、重货均匀满载和轻货均匀满载五种工况进行计算.具体计算工况见表22 计算结果本文对5种工况并考虑了舷外水压力情况下进行了数值计算，板单元的最大应力见表3、梁单元的最大应力见表4.3 结语本文在建立有限元模型的基础上，分别在重压载、一般压载、隔舱满载、重货均匀满载、轻货均匀满载5种工况下分别对散货船进行了横向强度计算从计算结果来看，重压载(板单元)和隔舱满载(板单元与梁元)两种工况是危险的装载工况，在实际装载中应加以重视.重压载工况下，船底板、内底板、舷侧外板以及横舱壁的应力都比较大，而在隔舱满载工况下甲板、横向骨架以及纵向骨架的应力比较大.因此，散货船设计时重点应考虑重压载和隔舱满载两种工况. (end)。
船舶结构强度有限元计算分析中的技巧
船舶结构强度有限元计算分析中的技巧
1.确定准确的边界条件：在进行有限元分析之前，必须确定准确的边
界条件，包括施加在结构上的载荷和约束条件。
载荷可以来自于船体自重、海浪、风力等，而约束条件则取决于结构在实际使用中的支撑方式和边界。
2.适当的网格划分：将船体结构划分为有限元网格时，需要平衡网格
密度和计算的效率。
网格应该足够细化以准确地刻画结构的几何形状和应
力分布，但过度细化会导致计算时间过长。
3.材料力学性质的准确建模：船舶结构通常由多种材料构成，每种材
料都有不同的力学性质。
在有限元分析中，必须准确地建模材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等参数，以获得准确的应力和变形结果。
4.船舶结构的非线性分析：船舶结构在承受大量载荷时可能会发生非
线性行为，例如材料的塑性变形、变形引起的刚度变化等。
在分析中，可
以使用非线性有限元分析技术来模拟这些行为，例如使用非线性材料模型
或考虑接触和接缝等。
5.动态分析考虑：船舶结构通常在动态环境中运行，例如在海浪、船
舶振动等影响下。
因此，在分析中需要考虑结构的动态响应。
可以采用模
态分析、动态响应分析等方法来评估结构在不同动态情况下的强度。
6.结果验证和后处理：在完成有限元分析后，应对结果进行验证。
这
可以包括与实验数据的比较、与规范要求的比较等。
同时，还需要进行合
理的后处理，以便更好地理解结果，例如绘制应力云图、应力集中区域以
及确定最薄弱的部位。