船体结构有限元分析专题 ppt课件
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第2章 船体结构(修改版)ppt课件
有焊接和铆接二种。目前在船舶修造中基本都采用焊接法。
1.焊接
对连接构件采用局部加热，使之达到液态或接近液态而熔接的过程。焊 接的方法主要有电弧焊和气焊。电弧焊俗称电焊，是以电弧作加热源， 工作效率高，使用方便，应用最广。气焊是以氧乙炔气燃烧作加热源， 主要用于对薄板及有色金属的焊接和铸钢的补焊。
焊接连接的种类主要有对接、角接、搭接、塞焊和端接，相应的焊缝种 类有对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝、塞焊缝及端接焊缝。
整理版课件
14
二、船用钢材的应用类型及其标注方法
1.船用钢材的应用类型
• 船用钢材在实际应用时主要有以下几种类型： 1)钢板
• 是船体结构的主要组成部分，约占60%～65%。一般厚度≤4mm的钢板 称 为薄板，4mm以上的称为厚板。船用钢板的尺寸范围一般为：厚 6mm～10mm、宽1200mm～3000mm、长6000mm～14000mm。
整理版课件
24
一、概述
1)作用在船体上的力： 无论是航行、停泊，还是在坞内，船舶都会不可避免地
受到各种力的作用，归纳起来主要有：重力、浮力、货物的 负载、水压力、波浪冲击力、扭力(如斜浪航行、货载对纵中 线左右不对称等)、冰块挤压力、水阻力、推力和机械震动力 及坞墩反力等外力的作用，这些力的最终效果就是使船舶产 生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。
整理版课件
10
• 当船长≥90m时，船体结构用钢应符合上表要求，当船长＜ 90m时，船体结构用钢一般可使用A/AH钢级(许用压力是 360MPa的H高强度A级船用钢 )。
整理版课件
11
结合船体构件的厚度与材料级别，可查 “各材料级别要求的钢级”表 得应采用的钢级(钢材)。如：
若使用一般强度船体结构钢，且材料级别为Ⅰ级，则当板厚大于40mm 时，应使用D级钢。
1.焊接
对连接构件采用局部加热，使之达到液态或接近液态而熔接的过程。焊 接的方法主要有电弧焊和气焊。电弧焊俗称电焊，是以电弧作加热源， 工作效率高，使用方便，应用最广。气焊是以氧乙炔气燃烧作加热源， 主要用于对薄板及有色金属的焊接和铸钢的补焊。
焊接连接的种类主要有对接、角接、搭接、塞焊和端接，相应的焊缝种 类有对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝、塞焊缝及端接焊缝。
整理版课件
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二、船用钢材的应用类型及其标注方法
1.船用钢材的应用类型
• 船用钢材在实际应用时主要有以下几种类型： 1)钢板
• 是船体结构的主要组成部分，约占60%～65%。一般厚度≤4mm的钢板 称 为薄板，4mm以上的称为厚板。船用钢板的尺寸范围一般为：厚 6mm～10mm、宽1200mm～3000mm、长6000mm～14000mm。
整理版课件
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一、概述
1)作用在船体上的力： 无论是航行、停泊，还是在坞内，船舶都会不可避免地
受到各种力的作用，归纳起来主要有：重力、浮力、货物的 负载、水压力、波浪冲击力、扭力(如斜浪航行、货载对纵中 线左右不对称等)、冰块挤压力、水阻力、推力和机械震动力 及坞墩反力等外力的作用，这些力的最终效果就是使船舶产 生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。
整理版课件
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• 当船长≥90m时，船体结构用钢应符合上表要求，当船长＜ 90m时，船体结构用钢一般可使用A/AH钢级(许用压力是 360MPa的H高强度A级船用钢 )。
整理版课件
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结合船体构件的厚度与材料级别，可查 “各材料级别要求的钢级”表 得应采用的钢级(钢材)。如：
若使用一般强度船体结构钢，且材料级别为Ⅰ级，则当板厚大于40mm 时，应使用D级钢。
船舶结构与设备课件——船体结构
三、舷边
是指甲板边板与舷顶列板的连接部位。因为 它处于拐角处，所以内应力很大。常用的舷 边形式有两种：一种是直角连接；另一种是 圆弧连接。 1、直角舷边 特点是建造方便，但应力较大。目前多用于 中小型船舶和一些有加强措施的船舶，如： 集装箱船（双层舷侧）散货船（顶边水舱） 等。 2、圆弧舷侧 特点是应力分布均匀，结构刚性较大，但甲 板的有效面积减小，甲板排水易弄脏舷侧板。 目前多见于大型船舶的船中部位。
主要构件： 1、纵向构件 （1）中桁材：是位于船底中心线、连接平板龙骨 和内底板的纵向连续构件，在船中0.75L范围内不 许开孔。 （2）旁桁材：是位于中桁材两侧对称布置的纵向 构件，与船底板和内底板相连，上面可以开减轻孔、 气孔和流水孔。 （3）箱形中桁材：是指位于船底中心线两侧对称 布置的纵桁，与内、外底板组成水密空心结构。它 一般从机舱前壁设置到防撞舱壁，用于集中布置舱 底各种管路，故又称为管隧，其宽度不超过2m （4）纵骨：是仅在纵骨架式结构中设置的纵向构
特点： 1、横向强度和局部强度好 2、结构简单，容易建造 3、舱容利用率高 4、空船重量大 5、使用在对总纵强度要求不很高的的中小型 船舶
二、纵骨架式船体结构
纵骨架式船体结构是在上甲板、船底和舷侧 结构中，纵向构件数目多、排列密，而横向 构件数目少、排列疏的船体结构。 特点： 1、总纵强度大 2、结构复杂。 3、舱容利用率低 4、空船重量小 5、通常在大型油船和矿砂船上采用
3、外板的厚度分布 1）沿船长方向 外板在船中0.4L范围内厚度最大，向首位两 端逐渐减薄 2）横剖面方向 平板龙骨要求厚度比相邻船底列板厚2mm， 宽度沿船长方向不变 舷顶列板的厚度大
其余从船底列板向上的各列板随水压的减小 而逐渐减薄
外板厚度沿船长方向分布 外板名称
船体结构与构件(船舶管理课件)
任务四 船体结构与构件
能力目标：1、了解船体的骨架形式和作用。 2、掌握现代船舶的结构和构造基本形式，构件的 名称和作用。
学习任务：在分析船体受力的基础上，掌握 船体不同部位加强的一般规律。
授课方式：知识介绍
任务四 船体结构与构件
钢质海船的船体结构都是由钢板和骨架组成的。 船体的甲板板和外板（包括舷侧外板、舭部外板、船底外板） 是由钢板制成的，形成一个水密的外壳。 在甲板板和船体外板的里面,布置着许多骨架支撑着钢板。 这些骨架是由型钢沿着船舶纵向，横向和竖向纵横交错地排 列着，并且相互连接在一起构成的，也称为船体板架或框架。 这样，船体形成一个外部由骨架和钢板包围着，中间是空心 的结构。
（2）甲板板的排列：从舱口边至舷边的甲板板，钢板是纵 向布置的，长边沿着船长方向并且平行于甲板中线。在舱口 之间以及首尾端的甲板，因地方狭窄一般将钢板横向布置。
任务四 船体结构与构件
四、 甲板板
2．甲板舷边连接
由于强力甲板与舷侧外板相交成直角，易产生应力集中，又 远离中和轴，是一个高应力区域，船体往往在该区域首先发 生断裂，故舷边连接一直是船体强度需要特别注意的地方。
一、 船体骨架形式
1．横骨架式船体结构
优点是：船体结构强度可靠，结构简单，建造容易。 舱内肋骨和甲板下横梁尺寸较小，结构整齐，不影响 装卸货物。 缺点是：船体的纵向强度主要是由甲板板和船体外板 来承担。为了承担较大的纵向强度，必须把甲板板和 外板做得较厚，增加了船体重量。故横骨架式船体结 构适用于要求纵向强度不大的中小型船舶。
这三部分船 壳板，统称 为船体外板， 简称外板， 又称船壳板，
任务四 船体结构与构件
三、外板
1．外板名称 外板是由许多块钢板拼接而成的。钢板的长边都是沿 着船长方向布置，钢板长边相连接的纵向接缝，称为 边接缝。钢板短边的横向接缝,称为端接缝。由许多块 钢板逐块端接而成的连续长条板,称为列板。
能力目标：1、了解船体的骨架形式和作用。 2、掌握现代船舶的结构和构造基本形式，构件的 名称和作用。
学习任务：在分析船体受力的基础上，掌握 船体不同部位加强的一般规律。
授课方式：知识介绍
任务四 船体结构与构件
钢质海船的船体结构都是由钢板和骨架组成的。 船体的甲板板和外板（包括舷侧外板、舭部外板、船底外板） 是由钢板制成的，形成一个水密的外壳。 在甲板板和船体外板的里面,布置着许多骨架支撑着钢板。 这些骨架是由型钢沿着船舶纵向，横向和竖向纵横交错地排 列着，并且相互连接在一起构成的，也称为船体板架或框架。 这样，船体形成一个外部由骨架和钢板包围着，中间是空心 的结构。
（2）甲板板的排列：从舱口边至舷边的甲板板，钢板是纵 向布置的，长边沿着船长方向并且平行于甲板中线。在舱口 之间以及首尾端的甲板，因地方狭窄一般将钢板横向布置。
任务四 船体结构与构件
四、 甲板板
2．甲板舷边连接
由于强力甲板与舷侧外板相交成直角，易产生应力集中，又 远离中和轴，是一个高应力区域，船体往往在该区域首先发 生断裂，故舷边连接一直是船体强度需要特别注意的地方。
一、 船体骨架形式
1．横骨架式船体结构
优点是：船体结构强度可靠，结构简单，建造容易。 舱内肋骨和甲板下横梁尺寸较小，结构整齐，不影响 装卸货物。 缺点是：船体的纵向强度主要是由甲板板和船体外板 来承担。为了承担较大的纵向强度，必须把甲板板和 外板做得较厚，增加了船体重量。故横骨架式船体结 构适用于要求纵向强度不大的中小型船舶。
这三部分船 壳板，统称 为船体外板， 简称外板， 又称船壳板，
任务四 船体结构与构件
三、外板
1．外板名称 外板是由许多块钢板拼接而成的。钢板的长边都是沿 着船长方向布置，钢板长边相连接的纵向接缝，称为 边接缝。钢板短边的横向接缝,称为端接缝。由许多块 钢板逐块端接而成的连续长条板,称为列板。
船体结构与结构设计PPT课件
36图11696总吨钢质拖网渔船37图117日本爱媛丸号拖网渔船实习船船长约55米38图11879m豪华游艇八其它船舶图片欣赏39图119小水线面双体交通艇40图120高速水翼艇41图1211600米车道客滚船42图12218000吨化学品船43图123lng船44图12418000吨多用途重吊货船45图1251万马力拖轮46图126耙吸式挖泥船47图1272600吨双臂杆起重船48图12818000吨半潜船49图129船体变形的趋第二节作用在船体上的力及强度概念一作用在船体上的力船体在静水中的总纵弯曲船舶在静水中受到的外力有船舶及其装载的重力和水的浮力二者大小相等方向相反作用在一条铅垂线上此时船舶处于平衡状态
主要尺度及参数 总长 231.00 m 垂线间长 214.20 m 型宽 32.20 m 型深 18.80 m 设计吃水/结构吃水 12.00 m 载重量 41000 t 集装箱数 3534 TEU (14吨/箱装箱量 2250 TEU) 主机型号 MAN - B&W 7K90MC-C 1 set MCR 31920 kW x 104 rpm CSR 28728 kW x 100.4 rpm 服务航速 22.2 kn （at CSR with 15% S.M.）
趋向于建造尾机型船或中后机型船。
5
图1－1 28000T多用处干货/集装箱船
主尺度：总长*型宽*型深*吃水 (m)＝181*26*14.4*10.02； 吨位：总吨位（GROSS)＝19354 ， 净吨位(NET)＝9614； 航速：15.5kn；主机：型号*功率*台数＝MAN B&W5S50MC*6400*1
18
图1－8 30万吨油船
主尺度：总长*型宽*型深*吃水（m） ＝333*58*31*22.2
主要尺度及参数 总长 231.00 m 垂线间长 214.20 m 型宽 32.20 m 型深 18.80 m 设计吃水/结构吃水 12.00 m 载重量 41000 t 集装箱数 3534 TEU (14吨/箱装箱量 2250 TEU) 主机型号 MAN - B&W 7K90MC-C 1 set MCR 31920 kW x 104 rpm CSR 28728 kW x 100.4 rpm 服务航速 22.2 kn （at CSR with 15% S.M.）
趋向于建造尾机型船或中后机型船。
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图1－1 28000T多用处干货/集装箱船
主尺度：总长*型宽*型深*吃水 (m)＝181*26*14.4*10.02； 吨位：总吨位（GROSS)＝19354 ， 净吨位(NET)＝9614； 航速：15.5kn；主机：型号*功率*台数＝MAN B&W5S50MC*6400*1
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图1－8 30万吨油船
主尺度：总长*型宽*型深*吃水（m） ＝333*58*31*22.2
船体结构图(课堂PPT)
➢纵骨架式双层底横向构件较少，承担了主要的横向强度， 为了保证强度要求尽可能保持连续，当肋板与旁底桁相遇时 保持肋板连续，让旁底桁间断并焊接在肋板上；
➢当船底纵骨、内底纵骨与肋板相遇时，在肋板的上下面开 孔让其通过。
2020/5/27
双层底结构
纵骨架式双层底与横骨架式双层底的主要区别： ➢纵骨架式双层底结构中，在内底板下和船底板上布置有大 量的纵骨，这些纵骨与船底纵桁一起承担总纵强度和局部强 度，可减少船底板厚度； ➢纵骨架式双层底，每隔3-4档肋位布置一道主肋板，而在主 肋板之间不设框架肋板。
2020/5/27
船舶结构形式
（3）混合骨架式船舶 纵横混合骨架船体结构是指在主船体 中的一部分结构采用纵骨架式而另一部分结构则采用横骨架 式。通常船中部位的强力甲板和船底结构因所受的总纵弯矩 大，采用纵骨架式，而下甲板、舷侧及在受总纵弯矩较小， 建造施工不便和波浪冲击力较大的首、尾部位则采用横骨架 式。混合骨架式综合了上述两种骨架形式的优点，因此，既 保证了总纵强度，又有较好的横向强度。同时，这种骨架形 式也减轻了结构质量，简化施工工艺，并充分利用了舱容和 方便装卸。但在纵横构件交叉处结构的连续性较差，在连接 节点处容易产生较大的应力集中。
2020/5/27
双层底结构
二．双层底结构 三． 双层底结构，是指由船底板，内底板，舭列板及其骨
架组成的底部结构。 1. 横骨架式双层底结构的骨架构件
实肋板
2. 肋板 水密肋板
2020/5/27
组合肋板
横骨架式双层底
2020/5/27
横骨架式双层底
2. 舭肘板 中底桁（中桁材）
3. 底纵桁 旁底桁（旁桁材）
2020/5/27
第二节 船体结构形式
➢当船底纵骨、内底纵骨与肋板相遇时，在肋板的上下面开 孔让其通过。
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双层底结构
纵骨架式双层底与横骨架式双层底的主要区别： ➢纵骨架式双层底结构中，在内底板下和船底板上布置有大 量的纵骨，这些纵骨与船底纵桁一起承担总纵强度和局部强 度，可减少船底板厚度； ➢纵骨架式双层底，每隔3-4档肋位布置一道主肋板，而在主 肋板之间不设框架肋板。
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船舶结构形式
（3）混合骨架式船舶 纵横混合骨架船体结构是指在主船体 中的一部分结构采用纵骨架式而另一部分结构则采用横骨架 式。通常船中部位的强力甲板和船底结构因所受的总纵弯矩 大，采用纵骨架式，而下甲板、舷侧及在受总纵弯矩较小， 建造施工不便和波浪冲击力较大的首、尾部位则采用横骨架 式。混合骨架式综合了上述两种骨架形式的优点，因此，既 保证了总纵强度，又有较好的横向强度。同时，这种骨架形 式也减轻了结构质量，简化施工工艺，并充分利用了舱容和 方便装卸。但在纵横构件交叉处结构的连续性较差，在连接 节点处容易产生较大的应力集中。
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双层底结构
二．双层底结构 三． 双层底结构，是指由船底板，内底板，舭列板及其骨
架组成的底部结构。 1. 横骨架式双层底结构的骨架构件
实肋板
2. 肋板 水密肋板
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组合肋板
横骨架式双层底
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横骨架式双层底
2. 舭肘板 中底桁（中桁材）
3. 底纵桁 旁底桁（旁桁材）
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第二节 船体结构形式
船体结构有限元分析专题课件
SM A m a X x 0b
SM m IN i n0 b
图2-3 PPT学习交流
11
• 本例命令流文件：Gird44.dat
•
fini • /clear • /title,gird 2002/9/22 • /prep7 • /view,1,0.75,0.54,0.38 • /ang,1,-101 • et,1,beam44 • mp,ex,1,2.06e8 • R,1,0.0112,1.0e-10,0.319e-
单元选取，网格划分要求，边界条件，载荷等。然后才能选用它们规 定的许用应力衡准。
PPT学习交流
1
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
PPT学习交流
2
(c) 交叉梁系模型（板架）（图 3）
(d) 肋骨框架模型（图4）
0.3,0 • fini •
PPT学习交流
14
• §3 板梁组合结构计算示例
• 板梁组合结构计算需考虑梁的偏置。
• 当梁单元作为壳单元的加强部件时，梁单元与壳单元应共 享一个节点。壳单元节点位于壳中面上，而梁单元的节点 位于梁横截面形心处，因此，如果壳和梁共享节点，加强 梁与壳将重叠（图3-1a），这与实际结构不符，所以必须 将梁截面从节点位置处偏置（图3-1b）
3,0.13679,0.1,1.0e-10, • rmore, , , , , , , • rmore, , , , , , ,
FLST,2,4,4,ORDE,2 • FITEM,2,4,4,ORDE,2 • FITEM,2,1 • FITEM,2,-4 • LOWLAP,P51X • NUMMRG,KP, , , ,LOW • LPLOT • LSEL,ALL • LATT,1,1,1, ,100,
SM m IN i n0 b
图2-3 PPT学习交流
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• 本例命令流文件：Gird44.dat
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fini • /clear • /title,gird 2002/9/22 • /prep7 • /view,1,0.75,0.54,0.38 • /ang,1,-101 • et,1,beam44 • mp,ex,1,2.06e8 • R,1,0.0112,1.0e-10,0.319e-
单元选取，网格划分要求，边界条件，载荷等。然后才能选用它们规 定的许用应力衡准。
PPT学习交流
1
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
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(c) 交叉梁系模型（板架）（图 3）
(d) 肋骨框架模型（图4）
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• §3 板梁组合结构计算示例
• 板梁组合结构计算需考虑梁的偏置。
• 当梁单元作为壳单元的加强部件时，梁单元与壳单元应共 享一个节点。壳单元节点位于壳中面上，而梁单元的节点 位于梁横截面形心处，因此，如果壳和梁共享节点，加强 梁与壳将重叠（图3-1a），这与实际结构不符，所以必须 将梁截面从节点位置处偏置（图3-1b）
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船体结构的一般知识解析(共45张PPT)
第二章 船体结构的一般知识
第二章 船体结构的一般知识
第一节 船体受力与船体强度 第二节 船体结构用钢材及连接方式 第三节 船体结构的型式
第二章 船体结构的一般知识
●学习目标
• 知识目标
• 1． 能简单叙述船体结构主要受力及船体强度概念； • 2． 能简单叙述船体结构用钢材种类及构件连接方式；
• 3． 能正确描述船体结构基本组成及结构形式。
第二章 船体结构的一般知识
• 现代船舶修造的基本方法是焊接。工业上焊接方法有上百 种之多，在修造船中采用的主要属熔化焊，即对构件连接 处用局部加热方法，使之达到或接近液态而熔合，冷却后 凝为一体。以电弧热作加热源的称为电弧焊，在修造船中 用得最多。以乙炔气和氧气燃烧作加热源的称为气焊，多 用于焊接薄板和铸钢件的修补，在修造船中也常使用。此 外，还有电渣焊、二氧化碳气体保护焊等，也在船舶修造 的某些场合使用。
示。
• 2)铸钢与锻钢：铸钢是用钢水在砂模中浇铸成型的钢件。 船体首柱、尾柱、系缆桩等常采用铸钢件。锻钢是红热钢 坯经过反复锤炼而成型的钢件。形状简单的轴、舵杆等多 采用锻钢件。
第二章 船体结构的一般知识
二、船体构件的连接方法
• 早期的钢质海船用铆接方法建造。先在主要连接 的构件上钻孔，再将烧红的铆钉插入两连接件叠 放的铆钉孔中，并将烧伸出部分用铆钉枪打成钉 头。铆钉冷却后收缩，将构件拉紧密合。这种方 法的优点是构件若产生裂纹不易穿过铆接缝。缺 点是劳动效率低，连接强度差。目前此种方法在 修造船中已基本淘汰。
• 能力目标
• 1． 能分析船体总纵弯曲产生的原因及受力较大的部位； • 2． 能根据船体结构受力情况，确定船体结构采用的形式。
• 船体结构的形式与船体受力情况有很大关系，研究船体受力的目的就是使所 设计的船体结构，在外力的作用下，能具有足够的强度和刚性，达到最小的 重量，降低建造成本和提高船舶运营的经济性。本章以船体受力及强度为出 发点，介绍船体结构基本形式。
第二章 船体结构的一般知识
第一节 船体受力与船体强度 第二节 船体结构用钢材及连接方式 第三节 船体结构的型式
第二章 船体结构的一般知识
●学习目标
• 知识目标
• 1． 能简单叙述船体结构主要受力及船体强度概念； • 2． 能简单叙述船体结构用钢材种类及构件连接方式；
• 3． 能正确描述船体结构基本组成及结构形式。
第二章 船体结构的一般知识
• 现代船舶修造的基本方法是焊接。工业上焊接方法有上百 种之多，在修造船中采用的主要属熔化焊，即对构件连接 处用局部加热方法，使之达到或接近液态而熔合，冷却后 凝为一体。以电弧热作加热源的称为电弧焊，在修造船中 用得最多。以乙炔气和氧气燃烧作加热源的称为气焊，多 用于焊接薄板和铸钢件的修补，在修造船中也常使用。此 外，还有电渣焊、二氧化碳气体保护焊等，也在船舶修造 的某些场合使用。
示。
• 2)铸钢与锻钢：铸钢是用钢水在砂模中浇铸成型的钢件。 船体首柱、尾柱、系缆桩等常采用铸钢件。锻钢是红热钢 坯经过反复锤炼而成型的钢件。形状简单的轴、舵杆等多 采用锻钢件。
第二章 船体结构的一般知识
二、船体构件的连接方法
• 早期的钢质海船用铆接方法建造。先在主要连接 的构件上钻孔，再将烧红的铆钉插入两连接件叠 放的铆钉孔中，并将烧伸出部分用铆钉枪打成钉 头。铆钉冷却后收缩，将构件拉紧密合。这种方 法的优点是构件若产生裂纹不易穿过铆接缝。缺 点是劳动效率低，连接强度差。目前此种方法在 修造船中已基本淘汰。
• 能力目标
• 1． 能分析船体总纵弯曲产生的原因及受力较大的部位； • 2． 能根据船体结构受力情况，确定船体结构采用的形式。
• 船体结构的形式与船体受力情况有很大关系，研究船体受力的目的就是使所 设计的船体结构，在外力的作用下，能具有足够的强度和刚性，达到最小的 重量，降低建造成本和提高船舶运营的经济性。本章以船体受力及强度为出 发点，介绍船体结构基本形式。
船体结构有限元分析专题
船体结构有限元分析专题
目录
• 船体结构有限元分析概述 • 船体结构的离散化 • 船体结构的网格生成 • 船体结构的边界条件和载荷处理 • 船体结构的刚度和强度分析 • 船体结构的振动和稳定性分析 • 船体结构有限元分析的软件和应用实例
01 船体结构有限元分析概述
船体结构有限元分析的定义
船体结构有限元分析是一种基于数学和物理原理的数值分析方 法，通过将船体结构离散化为有限个小的单元（或称为“有限 元”），并建立相应的数学模型，对船体结构的静态、动态特 性以及承受外载荷的能力进行分析和评估。
边界条件和载荷的准确性和可靠性
准确性
边界条件和载荷的准确性直接影响到有限元 分析结果的可靠性。为了获得准确的边界条 件和载荷，需要充分了解结构的实际工作状 态，并进行详细的实验测试和验证。
可靠性
在有限元分析中，可靠的边界条件和载荷处 理是获得可靠分析结果的前提。为了提高分 析的可靠性，可以采用多种边界条件和载荷 处理方法进行对比和分析，并对结果进行校 核和验证。
将几何模型离散化为有限 个小的单元，形成有限元 网格。根据船体结构的复 杂程度和精度要求，可以 选择不同的网格类型和大 小。
根据船体结构所使用的材 料特性，定义材料的弹性 模量、泊松比、密度等参 数。同时，还需定义边界 条件，如固定约束、载荷 条件等。
根据力学原理和有限元方 法，建立相应的数学模型 ，包括平衡方程、几何方 程和本构方程等。然后， 采用适当的数值求解方法 （如直接求解法、迭代法 等）求解这些方程。
船体结构有限元分析的未来发展
高性能计算的应用
随着计算能力的提升，未来将更 多地利用高性能计算资源进行大 规模、高精度的船体结构有限元
分析。
多物理场耦合分析
目录
• 船体结构有限元分析概述 • 船体结构的离散化 • 船体结构的网格生成 • 船体结构的边界条件和载荷处理 • 船体结构的刚度和强度分析 • 船体结构的振动和稳定性分析 • 船体结构有限元分析的软件和应用实例
01 船体结构有限元分析概述
船体结构有限元分析的定义
船体结构有限元分析是一种基于数学和物理原理的数值分析方 法，通过将船体结构离散化为有限个小的单元（或称为“有限 元”），并建立相应的数学模型，对船体结构的静态、动态特 性以及承受外载荷的能力进行分析和评估。
边界条件和载荷的准确性和可靠性
准确性
边界条件和载荷的准确性直接影响到有限元 分析结果的可靠性。为了获得准确的边界条 件和载荷，需要充分了解结构的实际工作状 态，并进行详细的实验测试和验证。
可靠性
在有限元分析中，可靠的边界条件和载荷处 理是获得可靠分析结果的前提。为了提高分 析的可靠性，可以采用多种边界条件和载荷 处理方法进行对比和分析，并对结果进行校 核和验证。
将几何模型离散化为有限 个小的单元，形成有限元 网格。根据船体结构的复 杂程度和精度要求，可以 选择不同的网格类型和大 小。
根据船体结构所使用的材 料特性，定义材料的弹性 模量、泊松比、密度等参 数。同时，还需定义边界 条件，如固定约束、载荷 条件等。
根据力学原理和有限元方 法，建立相应的数学模型 ，包括平衡方程、几何方 程和本构方程等。然后， 采用适当的数值求解方法 （如直接求解法、迭代法 等）求解这些方程。
船体结构有限元分析的未来发展
高性能计算的应用
随着计算能力的提升，未来将更 多地利用高性能计算资源进行大 规模、高精度的船体结构有限元
分析。
多物理场耦合分析
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• Rmore，DX1，DY1，DZ1，DX2，DY2， DZ2，
• Rmore，SHEARZ，SHEARY，TKZT1， TKYT1，TKZT2，TKYT2
• 剖面特性可以用ANSYS的SECTIONS计 算得到。
图2-1
• 例：计算图2-2所示 交叉梁系
• 用ANSYS中SECTION计 算，剖面特性如下：
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。
kN/m2,MU=0.3
SM A ma X x 0b
SM m IN i n0 b
图2-3
• 本例命令流文件：Gird44.dat
•
fini • /clear • /title,gird 2002/9/22 • /prep7 • /view,1,0.75,0.54,0.38 • /ang,1,-101 • et,1,beam44 • mp,ex,1,2.06e8 • R,1,0.0112,1.0e-10,0.319e-
• A=0.0112 m2
• Iy=0.319*e-3 m4
• TKZB1=0.13679 m
• TKZT1=0.2832 m • h/L=1/15 ,可用
Beam44计算,以CG为节 点(DZ1=0)图2-2 叉梁系 （用k来自-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
(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
船体结构有限元分析专题
•概 述
• 船体是由板梁组成的三维空间结构，是在水中漂浮的自由体，在重力 和浮力作用下处于自平衡状态。根据这些特点，进行船体结构有限元 分析时，各国船级社都有一些要求和规定。
• 我国船级社（CCS）的下列标准可供参考： • 船体结构直接计算指南（海船） • 钢质内河船舶船体结构直接计算指南（内河） • 散货船船体结构强度直接计算指南 • 油船船体结构直接计算指南 • 集装箱船结构强度直接计算指南 • 双舷侧散货船船体结构强度直接计算指南 • 应用ANSYS程序进行船体结构分析时应遵照这些指南或标准的规定，
• ·梁的定位点（方向点）（图1-2）
• 定位点k在x-Z平面（也可以在x-y平面）。例： 如果给定一条线，指定了一个方向点(关键点KB)， 则沿线按一定方向生成梁单元（图1-3）
图1-2 定位点
图1-3
• §2 交叉梁系（板架）计算
• 通常采用Beam44单元（图2-1）计算。
• (1).DX1 = 0,DY1 = 0,DZ1 = 0以CG 点为节点。
• Beam44采用3次形函数，单刚为精确解，所以 划分单元时，在梁的跨度范围（即每个构件）只 用一个单元即可。所以在连续梁、刚架、板架以 及空间刚架计算中多采用Beam44单元。
• Beam188单元为Timoshenko梁－包括弯曲、 轴向、扭转和横向剪切变形，适合于剪切变形为 主的深梁和剪切变形为次的细长梁。当梁的截面 尺寸h与典型轴向尺寸L之比h/L≤1/10 时可以给 出合理的结果，因为它计及了剪切变形的影响。 如果h/L＞1/10为高腹板梁，此时需将梁的腹版 用shell63单元离散，面板用杆元link8离散（图 1-1）。
• Beam44是3D带斜度的非对称梁元，节点i，j， k （ k为定位点），它的理论模型是:
• Euler-Bernolli梁－包括轴向、弯曲、扭转变形， 横向剪切变形不包括在单元公式中，即假设梁的剪 切变形被忽略。这只有当梁的截面尺寸h与典型轴 向尺寸L之比 h/L≤1/15时才能给出合理的结果。
3,0.13679,0.1,1.0e-10, • rmore, , , , , , , • rmore, , , , , , , • rmore, , ,0.2832,0.1, , • k,1,0,0,0 $k,5,0,8,0 • kfill,1,5,3 • K,6,3,2,0 • k,7,3,4,0 $k,8,3,6,0 • kgen,2,6,8,1,-6, • K,100,0,4,3*1000 • L,1,5 $L,6,9 $L,7,10
比如单元选取，网格划分要求，边界条件，载荷等。然后才能选用它 们规定的许用应力衡准。
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
精品资料
(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
• (2).如果忽略扭转影响，IX1可填小值， 如IX1 = 1.0e-10；如果忽略IZ1影响， IZ1可填小值，如 IZ1 = 1.0e-10。
• 注意：IX1,IZ1不能填任意值，它对结果 有影响。
• 实常数：
• R，1，Area1，,IZ1，IY1，TKZB1， TKYB1，IX1，
• Rmore，Area2，,IZ2，IY2，TKZB2， TKYB2，,IX2，如果J点剖面与I点相同 Area2，IZ2，填0或空白
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
• 第一章 板梁组合结构计算
• §1 概述
• ANSYS中梁单元类型有多种，在船体结构计算 中主要应用Beam44和Beam188单元。
• Rmore，SHEARZ，SHEARY，TKZT1， TKYT1，TKZT2，TKYT2
• 剖面特性可以用ANSYS的SECTIONS计 算得到。
图2-1
• 例：计算图2-2所示 交叉梁系
• 用ANSYS中SECTION计 算，剖面特性如下：
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。
kN/m2,MU=0.3
SM A ma X x 0b
SM m IN i n0 b
图2-3
• 本例命令流文件：Gird44.dat
•
fini • /clear • /title,gird 2002/9/22 • /prep7 • /view,1,0.75,0.54,0.38 • /ang,1,-101 • et,1,beam44 • mp,ex,1,2.06e8 • R,1,0.0112,1.0e-10,0.319e-
• A=0.0112 m2
• Iy=0.319*e-3 m4
• TKZB1=0.13679 m
• TKZT1=0.2832 m • h/L=1/15 ,可用
Beam44计算,以CG为节 点(DZ1=0)图2-2 叉梁系 （用k来自-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
(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
船体结构有限元分析专题
•概 述
• 船体是由板梁组成的三维空间结构，是在水中漂浮的自由体，在重力 和浮力作用下处于自平衡状态。根据这些特点，进行船体结构有限元 分析时，各国船级社都有一些要求和规定。
• 我国船级社（CCS）的下列标准可供参考： • 船体结构直接计算指南（海船） • 钢质内河船舶船体结构直接计算指南（内河） • 散货船船体结构强度直接计算指南 • 油船船体结构直接计算指南 • 集装箱船结构强度直接计算指南 • 双舷侧散货船船体结构强度直接计算指南 • 应用ANSYS程序进行船体结构分析时应遵照这些指南或标准的规定，
• ·梁的定位点（方向点）（图1-2）
• 定位点k在x-Z平面（也可以在x-y平面）。例： 如果给定一条线，指定了一个方向点(关键点KB)， 则沿线按一定方向生成梁单元（图1-3）
图1-2 定位点
图1-3
• §2 交叉梁系（板架）计算
• 通常采用Beam44单元（图2-1）计算。
• (1).DX1 = 0,DY1 = 0,DZ1 = 0以CG 点为节点。
• Beam44采用3次形函数，单刚为精确解，所以 划分单元时，在梁的跨度范围（即每个构件）只 用一个单元即可。所以在连续梁、刚架、板架以 及空间刚架计算中多采用Beam44单元。
• Beam188单元为Timoshenko梁－包括弯曲、 轴向、扭转和横向剪切变形，适合于剪切变形为 主的深梁和剪切变形为次的细长梁。当梁的截面 尺寸h与典型轴向尺寸L之比h/L≤1/10 时可以给 出合理的结果，因为它计及了剪切变形的影响。 如果h/L＞1/10为高腹板梁，此时需将梁的腹版 用shell63单元离散，面板用杆元link8离散（图 1-1）。
• Beam44是3D带斜度的非对称梁元，节点i，j， k （ k为定位点），它的理论模型是:
• Euler-Bernolli梁－包括轴向、弯曲、扭转变形， 横向剪切变形不包括在单元公式中，即假设梁的剪 切变形被忽略。这只有当梁的截面尺寸h与典型轴 向尺寸L之比 h/L≤1/15时才能给出合理的结果。
3,0.13679,0.1,1.0e-10, • rmore, , , , , , , • rmore, , , , , , , • rmore, , ,0.2832,0.1, , • k,1,0,0,0 $k,5,0,8,0 • kfill,1,5,3 • K,6,3,2,0 • k,7,3,4,0 $k,8,3,6,0 • kgen,2,6,8,1,-6, • K,100,0,4,3*1000 • L,1,5 $L,6,9 $L,7,10
比如单元选取，网格划分要求，边界条件，载荷等。然后才能选用它 们规定的许用应力衡准。
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
精品资料
(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
• (2).如果忽略扭转影响，IX1可填小值， 如IX1 = 1.0e-10；如果忽略IZ1影响， IZ1可填小值，如 IZ1 = 1.0e-10。
• 注意：IX1,IZ1不能填任意值，它对结果 有影响。
• 实常数：
• R，1，Area1，,IZ1，IY1，TKZB1， TKYB1，IX1，
• Rmore，Area2，,IZ2，IY2，TKZB2， TKYB2，,IX2，如果J点剖面与I点相同 Area2，IZ2，填0或空白
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
• 第一章 板梁组合结构计算
• §1 概述
• ANSYS中梁单元类型有多种，在船体结构计算 中主要应用Beam44和Beam188单元。