惯性释放原理在船体结构设计中的应用
惯性释放在直接计算船体结构强度中的应用分析
惯性释放在直接计算船体结构强度中的应用分析作者：李冠华来源：《科学与信息化》2019年第12期摘要文章在阐述惯性释放内涵的基础上，以某大型海洋平台组块全船模型直接计算为例，在有限元分析模型的依托下就惯性释放在船体结构强度计算中的应用问题进行分析，旨在能够更好地确保船体的运行安全。
关键词船体结构；强度；惯性释放；计算应用航行中的船舶结构一般处于一种全自由的状态，变形状态十分复杂，且如果结构是弯曲的，需要在两端和轴周围地区增加类似简支的约束比较合理，但是结构如果是扭转变形，则是需要在端面的剪力周围采取措施进行约束处理。
但是自由航行的船舶不能够应用有限元静力方法进行分析，也无法为相关人员评估船舶的航行情况提供重要参考支持。
在船舶结构直接计算中，外载荷、货物压力、摇晃荷载、波浪弯矩、扭矩、剪力的计算都依赖相关经验公式，在具体计算操作中往往无法得到一个平衡的外载荷力系。
针对这个问题需要相关人员结合船体结构类型，应用一种不受约束限制的静力分析方法（惯性释放）来计算船体结构强度，进而为船舶的稳定运行提供重要支持。
1 惯性释放概述惯性释放概括的说是借助结构的惯性（质量）力来平衡外力，采用惯性释放功能进行静力分析时，需要对一个或多个节点进行6个自由度的约束（虚支座）。
从实际使用情况来看，惯性释放是MSC的一种高级选项设置，在具体使用的过程中能够模拟非约束系统静态响应操作。
在设计这道程序的时候需要在外力作用下对每一个节点进行加速度处理，之后将加速度之后的力量转变为一种惯性力量，施加到对应的节点上，打造一个平衡力学体系，之后通过应用相应的计算方法会获得描述点相对于支座来将运动的范围[1]。
在船体结构计算中引入惯性释放的方式能够在一定程度上减少支座、约束点反作用力对变形和应力基本形态的影响，并使得端面剪力被计算到相应的模型中，从而帮助相关人员更好的评估和分析船舶结构。
零部件的内部结构设计复杂，惯性释放以其直观的界面能够让人们更好地了解零部件的内部结构，具体操作表现如下：在应有惯性释放方法的时候能够充分明确SUPORT的位置，并在相应的参数中设置INREL-1；第二种方法比较适合应用在软件供应商，能够让MSC和NASTRAM自动旋转SUPORT的位置。
8000t级海推船体结构强度计算
党结构 （ 构件） 歧腹 板高度大 ｒ ２ １ ． ５） ｌ ｍｎ的扶 蛆材的 ｌ板 瑚
等 扳 壳 单 几 大 多采 Ｈ 凹 ’ ｆ 竹儿 ． Ｉ 山Ｉ ； ｍ连 接 或 化 较 大处 乘 川 少 毓 ｔ角 肜 』 过 Ｊ ｔ 笪 瓣 啦儿 ： 腆拟 投 板 高幔 小 ｔ２ （ｌ… 的 较 火 扶 啦 村 ５Ｉ １ １ ｝ 材
址 Ｍ Ｓ Ｎａｍｌ Ｃ ｎ
材料参数 为：畅 ｛ 盟 Ｅ＝２Ｉ ｌ ’．ｏ ｓｕ¨ ｖ ＝ ８ ； ｌ × 【 ＭＩ ｝ ［ｏ ： 】 ｜ ｛ｓ １
０３． ． 质 晰 座 ｐ＝ ７ Ｈ Ｉ ｊ ［１ １ ‘ ．５×Ｉｌ 一【 ／１１ １１
计 算 模 型
玳 食船 （ － 仝。 仝崩 ） 的船体站 卡 乇、 皑． 范嗣 勾
张 少 雄 张 延 辉
８ ｛ 级 汀 海 直 选 ． 船 ＾ 简称 “ 册 ” 的 主 Ｒ 度 及 丰 ㈨ ） ｃ Ｉ ｆ Ｉ ｉ 下 本 参数为
０ Ｋ Ｌ ０ｖ 唬 水
的 面 舨 以 垃 丌扎 姐 缘 曲 【 扳 苷 ｎ １
面 偏 心 板 儿 夫 小
１ 儿 号懂 各 什 ｆ 宜 截 牡 １ ｛ ｊ
其他质量 盘 次惺Ｉ ．、 ． ， ｆ ． 几 殳矫 』 觇 帆 ｆ 舷样 ． 线 ． 缝锋等．食祁简化为什 川 － 板 Ｉ的均 城 埘
ＣＷ Ｔ ０ ６． ２０ ２
维普资讯
２ 舷 外水 压 力 ．
得 船 体 结 构 的应 力水 平 ， 其 是 与 顶推 装 置 连 接 的 局 部 构 件 尤
瞬 晡曲 厦 鼠 ｊ据 及 总 ｍ 鼹 【标 叫 的 位 世 ． 它 分 划 ！ ２ ５ ［ 划 将 Ｉ Ｊ （ 十理 ｜计距 ，Ｉ 仑 ｝ 等效 棚 应 节点 的 １山 ｆ ＝ ｔ
大船设计原理知识点总结
大船设计原理知识点总结在大船设计的过程中，有一些关键的原理和知识点需要考虑。
本文将对大船设计原理进行总结，包括船体结构、稳性与浮力、推进系统等方面。
一、船体结构船体结构是大船设计中最基本的一部分，它决定了船舶的强度和稳定性。
船体结构主要包括船壳、船底、甲板和舱室等组成部分。
1. 船壳船壳是船体结构的外部护舷，保护船舶免受外部环境损害。
船壳还承担着承载船体重量和外部载荷的作用，必须具备足够的强度和刚度。
2. 船底船底是船体结构中最重要的部分之一，承受着船舶的重量和各种外部力的作用。
船底通常采用双底结构，以增加船体的强度和稳定性。
3. 甲板甲板是船体结构的上层部分，承受着货物和船员的重量，并提供工作和生活空间。
甲板的设计必须考虑到荷载分布、甲板结构强度和防护等因素。
4. 舱室舱室是船体结构中用于存放货物、燃料和其他设备的空间。
舱室的设计要考虑到货物安全、舱盖强度和船舶稳定性等因素。
二、稳性与浮力稳性和浮力是大船设计中的重要考虑因素，它们决定了船舶的安全性和平稳性。
1. 稳性稳性是指船舶在静态和动态条件下保持平衡的能力。
船舶的稳性由善于要素组成，包括重力系数、浮力系数和形心位置等。
稳性的计算和分析对于船舶的安全性至关重要。
2. 浮力浮力是指船舶浮在水中受到的向上的浮力。
根据阿基米德原理，浮力等于排挤掉的水的重量。
浮力是船舶能够浮在水上的基本原理，同时也是确定船舶载重能力和船舶结构的重要指标。
三、推进系统推进系统是大船设计中的另一个重要方面，它决定了船舶的速度和操纵性。
1. 发动机发动机是船舶的动力来源，常见的船舶发动机包括内燃机、蒸汽机和电动机等。
发动机的选择要考虑到船舶的功率需求、燃料效率和排放要求等因素。
2. 螺旋桨螺旋桨是船舶推进系统的核心部件，负责将发动机产生的动力转化为推进力。
螺旋桨的设计要考虑到船舶的速度、载荷和操纵性等要求。
3. 舵系统舵系统用于控制船舶的方向和转向，包括舵和舵机等设备。
基于安全运行的船舶平台式惯性导航解析
基于安全运行的船舶平台式惯性导航解析作者：罗幼果来源：《中国科技纵横》2012年第11期摘要：惯性导航系统是目前最为先进的导航技术之一,其中平台式惯性导航系统广泛的应用于我国的军事舰艇上。
本文通过对我国舰艇惯性导航技术的特点、发展历程、结构等方面的解析,探寻惯性导航技术的发展前景和方向。
关键词：舰艇平台式惯性导航陀螺仪加速度计惯性导航系统(Inertial Navigation System),是以牛顿力学定律为基础,利用惯性元件来测量载体本身的加速度,经过积分和计算后得到速度与方位,从而起到对载体导航定位的作用。
平台式惯性导航系统将惯性敏感元件安装在一个稳定平台上,以平台坐标系为基准,测量载体运动的参数信息的惯性导航系统,目前,我国的舰艇惯性导航系统是以具有精确度高、计算量小等优点的平台式惯性导航系统为主。
1、舰艇惯性导航技术特点简述舰艇惯性导航技术凸显出两个鲜明的特点,优点是它能够在不隔绝外界任何信息的情况下,实时的、不间断的、自主的计算并向舰艇提供关于位置、速度、方向等方面的参数信息,同时又不会将舰艇的暴露性信息反馈给外界。
缺点是它所计算出的参数信息在其原理上会存在误差,并且会随着时间的增长而增长。
舰艇惯性导航技术是为了配备的核潜艇而研制和发展的,其作用主要是为了满足长期在水下工作的潜艇的安全航行和导弹发射命中率所需的参数信息和舰艇的运动参数信息。
舰艇导航技术的不断进步既可以满足潜艇水下工作的隐蔽性要求,也能提高导弹的发射命中率。
2、我国的惯性导航技术的发展我国惯性技术的发展自上世纪60年代开始,至今已有50多年的历史,从最早的机械式陀螺自动驾驶仪发展到平台式惯性系统、捷联式惯性系统和惯性组合导航系统,从最初只应用于导弹发射技术到现在航海、航空以及航天等方面的应用,范围越来越广。
导航,顾名思义是指引导航行。
我国的惯性导航技术在舰艇上的应用开始于20世纪50年代,至今已经完成了传统的平台式惯性导航的早期发展阶段。
165t单臂架起重船结构强度有限元分析及优化设计
全 船 有 限元 模 型 见 图２ 取 直 角 标 系 ， 标 。 坐
１ ）不 对 吊臂 、 角 架 等构 件 进 行 分 析 ， 以 三 所
收 稿 日期 ：０ １ ４１ ２ １－ —８ ０
建模时仅考虑其力 的传递方式 ， 结构简化处理。 ２ ）本 船仅考 虑 吊臂支撑 处 的局部 强 度 ， 而 故
的载荷 见表 ２ 。
表 ２ 吊臂及 吊钩重量及载荷分布
表 达 式
０ ９ ７．５ ｏ ｒ ６ ８ ９ ８ ｘ １ ６（ ８ ｃ ｓ （ ２ ３ ．１
ｔ 酬
０ ．１ ｘ ， Ｌ １｝ｇｎ ｍ ［ ９ ８ ｃ ．０ｉｇ ４ ｌ
ａｘ
＿０＿ ７ ９ ） ０ｌ ８ １ ０
一 －
ｌ９ ｏ ５ ｚ）
元 模 型
１ １ 改造设计 后 的起重 船主 尺度 ． 船长 ４ ． ０ ｍ； ７ ０ 型宽 １ ． ０ ｍ； ２ ０ 型深 ３ ０ ． ０ｍ；
设计 吃水 １５ ．５ｍ。 １５ｔ 自航 起 重 船 在 长 江 中 下 游 作 业 。主 ６ 非 钩 起 吊能力 为 １５ｔ副钩起 吊能力 为 ２ 。在空 ６ ， ４ｔ 载 航行 ， 经过 桥梁 的时 候 ， 可将 吊杆 放 置在 １。 ５ 位
第４ ０卷 第 ６期 ２１年 １ ０１ ２月
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣ ＡＮ ＨＩ Ｅ ＥＮＧ ＮＥ Ｉ Ｉ ＥＲ ＮＧ
Ｖ １ ４ Ｎｏ ６ ｏ． ０ ．
Ｄｅ ． ０１１ ｃ２
Ｄ Ｉ１ ．９ ３ ｊｉ ｎ １７ －９ ３２ １．６ ０ ６ Ｏ ：０ ３６ ／．ｓ ．６ １ ５ ．０ １０ ．０ ｓ ７
．
＿ Ｉ ８ ５ ，
６（－ ８ ． ｏｓｒ （ ９ ５ｃ ７ ６
波浪中基于惯性释放的工程驳船全船强度分析
波浪中基于惯性释放的工程驳船全船强度分析摘要：本文以工程驳船运输渤海海域某大型海洋平台组块全船模型直接计算为例，说明惯性释放功能的应用。
详细介绍了工程驳船在自重、舱室压载水、组块重量以及波浪等的作用下，使用有限元分析软件ANSYS进行全船结构强度分析的过程，评估了组块在拖航过程中驳船全船结构强度，结果满足规范设计要求，从而保证了工程项目的安全性。
关键词：惯性释放；直接计算；有限元分析；全船强度1 引言航行的船舶结构处于“全自由”状态，但是对它进行有限元静力分析计算时，不能处理为无边界约束结构。
通常我们在做有限元线性静力分析时，需要施加约束条件保证结构没有刚体位移，否则求解器没有办法计算。
因此，在船舶处于正常的航行状态时，整体系统处于载荷平衡状态。
这种状态下，想要计算驳船船体结构上的应力分布，需要采用惯性释放,在船体结构上补偿虚拟的惯性力来保证整体系统的平衡状态。
惯性释放，简单地说就是用结构的惯性(质量)力来平衡外力。
采用惯性释放功能进行静力分析时，需要对一个或多个节点进行6个自由度的约束(虚支座)。
针对该支座，程序首先计算在外力作用下每个节点在每个方向上的加速度，然后将加速度转化为惯性力反向施加到每个节点上，由此构造一个平衡的力系(支座反力等于零)。
求解得到的位移描述所有节点相对于该支座的相对运动[1]。
海洋工程领域中，海洋平台的安装阶段都会使用工程驳船运输至海上安装现场，驳船的强度是施工过程着重考虑的关键因素，尤其是万吨级的浮托法安装的平台组块运输，除了需要计算船体局部强度以外，其在波浪中的全船结构强度也需要重点进行评估。
2 全船强度分析计算实例本文以工程驳船运输渤海海域某大型海洋平台组块全船模型直接计算为例，说明惯性释放功能在ANSYS软件中的应用。
详细介绍了工程驳船在自重、舱室压载水、组块重量以及波浪等载荷的作用下，使用有限元分析软件ANSYS进行全船结构强度分析的过程，评估了组块在拖航过程中驳船全船结构强度，使结果满足规范设计要求，从而保证了工程项目的安全性。
船舶的原理和设计应用
船舶的原理和设计应用1. 船舶原理简介•浮力原理：船舶利用其形状和底部的空腔产生的浮力来支撑和抵消其重力，实现浮起和悬浮。
•推进原理：船舶利用推进器或推进螺旋桨通过推动水来产生推进力，从而推动船体前进。
2. 船舶设计的基本原则•浮力满足：船舶设计应该满足所需的载荷和乘员数量，并保证浮力充足。
•推进效率：船舶设计应该考虑推进系统布局和推进器的选择，以提高推进效率。
•良好的稳定性：船舶应该设计具有良好的纵向和横向稳定性，以保证船舶在不同水面条件下的稳定性和安全性。
•良好的操纵性：船舶设计应该考虑良好的操纵性和机动性，以便在不同的操作环境下灵活应对。
•节能减排：船舶设计应该注重节能减排，采用高效的推进系统和船舶材料，以降低能耗和环境污染。
3. 船舶设计的关键要素1.船体结构设计–船舶的结构设计应该满足强度要求和刚度要求，考虑到船舶在不同环境下的承载能力和安全性。
–船舶的船体形状设计应该满足涉水阻力和航行稳定性要求。
–船舶的舱室和甲板布局设计应该满足船舶使用需求，并考虑操作和工作效率。
2.推进系统设计–船舶的推进系统设计应考虑推进器的数量、布局和功率分配，以及动力系统的选型和配置。
–船舶的推进系统应满足航行速度和操纵性的要求，并考虑到能耗和环境污染的问题。
3.船舶控制系统设计–船舶的控制系统设计包括舵机系统、操纵台和自动驾驶系统等，用于实现船舶的操纵和操纵精度的控制。
–船舶的控制系统应满足操纵性和安全性的要求，提供方便和准确的操作界面。
4.船舶配套设备设计–船舶的配套设备设计包括供电系统、通信系统、消防系统、救生系统和辅助设备等，用于支持船舶的正常运行和应对突发情况。
–船舶的配套设备设计应满足安全性和船舶功能要求，并考虑到能耗和环境保护。
4. 船舶设计应用的发展趋势•绿色船舶设计：注重船舶的节能减排和环境保护，采用新材料和新技术，提高船舶的能效和环保性能。
•智能船舶设计：利用先进的计算机和信息技术，实现船舶的自动化控制和智能化管理，提高船舶的操纵性和航行安全性。
大船设计原理知识点总结
大船设计原理知识点总结大船设计是一门综合性的学科，涉及到机械工程、船舶工程、海洋工程等多个领域的知识。
大船的设计原理是大船设计领域的核心内容，它包括了许多复杂的技术和理论知识。
在这篇文章中，我们将对大船设计原理的一些重要知识点进行总结和介绍。
1. 液体力学原理液体力学是大船设计中的重要知识点，它主要研究液体在外力作用下的运动规律。
在大船设计中，液体力学的原理可以帮助设计师预测船舶在不同条件下的水动力性能，如阻力、推进力和操纵性能等。
这对于提高船舶性能、降低燃油消耗、增加航行效率都具有重要意义。
2. 结构力学原理结构力学是大船设计中的另一个重要知识点，它主要研究材料在外力作用下的应力、应变以及变形规律。
在大船设计中，结构力学的原理可以帮助设计师确定船舶的结构设计参数，如材料选型、结构强度、刚度等。
这对于确保船舶的结构安全性和可靠性具有重要意义。
3. 流体力学原理流体力学是大船设计中的又一个重要知识点，它主要研究流体在外力作用下的流动规律。
在大船设计中，流体力学的原理可以帮助设计师分析船舶的流体动力性能，如流体阻力、涡波积聚、波浪干扰等。
这对于提高船舶的航行性能和减少能源消耗具有重要意义。
4. 船舶动力学原理船舶动力学是大船设计中的另一个重要知识点，它主要研究船舶在外部力作用下的运动规律。
在大船设计中，船舶动力学的原理可以帮助设计师确定船舶的推进系统和操纵系统参数，如主机选型、推进器设计、操纵装置等。
这对于提高船舶的航行性能和操纵性能具有重要意义。
5. 船舶设计理论船舶设计理论是大船设计中的又一个重要知识点，它主要研究船舶的总体设计原理和方法。
在大船设计中，船舶设计理论可以帮助设计师确定船舶的总体设计参数，如长度、宽度、高度、吃水线等。
这对于确保船舶的性能和稳定性具有重要意义。
在大船设计中，以上知识点都是十分重要的，设计师需要结合这些知识点，才能够设计出性能优越、结构安全的船舶。
同时，在实际设计过程中，设计师还需要不断地对这些知识点进行研究和应用，以不断提升船舶设计的水平和质量。
船体结构有限元分析专题
•
(2 ) 考虑Beam188/189
偏心影响用下面旳措施（图3-3 ）
• 梁旳偏置应用下列命令：
• SECOFFST，USER，y，z
• SECTYPE，1，Beam，T，Beam188
• SECOFFST，USER，0，415
• SECDATA，100，415，10，8
• SECTYPE，2，Beam，L，Beam188
• L,3,4
! L2
• Lgen,16,2,,,500,0,0
• k,500,0,0,3000
• K,1000,4000,8e10,0
• et,1,shell63
• NUMMRG,KP,,,,LOW
• r,1,10
• L,3,500
• et,2,beam188 ! T 8*400/10*100 • adrag,2,3,4,5,6,7,18
• 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kN-m 单位）
• 计算要点：
• (1) 忽视IZ,IX,取IZ = 1.e-10, IX = 1.e-10 • (2) 全部板架梁都用一种定位点 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
图4肋骨框架模型
图5局部构造模型
• 2.单元类型选用 • 舱段及整船分析主要应用板梁组合构造模型。 • 骨架采用梁单元，板采用壳单元，对于高腹板梁旳腹板用
壳单元离散，面板用杆单元，支柱及撑材等用杆单元。 • 另外为处理特殊边界条件可能还需要应用某些特殊单元。 • 3.本专题我们将要点简介,S,LOC,X,0 • ESLL • /VIEW,1,1.0 • /ANG,1,-90 • /REPLOT • etable,Ni,smisc,3 • etable,Nj,smisc,9 • plls,Ni,Nj,-1,0 • etable,MI,smisc,5 • etable,Mj,smisc,11 • plls,Mi,Mj,-0.3,0
惯性释放原理下无人直升机有限元探究
强度和刚度是直升机设计的基本要素，整机强度和刚度是否满足要求，直接影响直升机的飞行安全。
因此，对直升机的强度和刚度进行准确分析是直升机设计过程中十分重要的环节。
在通常情况下，对稳定状态中的结构进行静力分析需要足够的约束，使结构处于静定或超静定状态，即结构不存在刚性位移，否则计算求解会因为矩阵奇异而失败。
在实际情况中，很多在工作状态下的结构存在刚性位移，甚至处于自由状态的物体，比如轨道中的卫星、航行中的舰船、飞行中的飞机等。
对于这些结构的静力分析主要有近似约束和惯性释放2种方法。
前者是人为假定一种约束条件，使结构满足静力分析的条件，可通过简单的试验验证，应用较广泛。
然而，假定约束并没有实际的物理意义，约束带来的反作用力会改变结构真实的传力路径，引起应力集中、变形失真等问题，并且假定约束的施加往往依赖工作经验，不满足结果唯一性的要求。
惯性释放法将结构恒定加速的状态视为一致稳定状态，将结构惯性力视为结构的外部载荷，与原有载荷达到一种“平衡”，施加虚约束使结构达到静力分析的要求。
由于外部载荷处于平衡状态，虚约束不产生结构作用反力，因此不会对结构的传力路径造成影响，计算结果可以真实地反映结构的应力和变形。
惯性释放是有限元分析软件中的高级应用，在航空航天、船舶、车辆等领域[1]有诸多应用。
简帮强[2]应用惯性释放法，消除刚性约束形成的刚化效应，实现泵车关键部件的拓扑优化设计。
陈召涛等[3]在气动弹性计算中应用惯性释放法解决飞行器难以约束的问题，提升计算结果的精度。
张少雄等[4-5]将惯性释放法应用于邮轮、潜艇的强度校核，避免近似约束带来的应力集中问题。
相对而言，惯性释放法在直升机方面的应用还较少。
1 惯性释放法在有限元中的实现如果将惯性载荷视为一种外部载荷，那么结构在恒定加速度状态下，其外部载荷不变，惯性载荷也不会发生变化，该状态可称为“静力平衡”状态。
[6-7]对于n个节点的有限元模型，结构在各方向的合载荷可表示为FH=FxFyFzMxMyFz=ni=1fx，ini=1fy，ini=1fz，ini=1mx，ini=1my，ini=1mz，i(1)式中：f和m分别为载荷集中力和力矩;i表示第i个节点;x、y和z均为载荷方向。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由于船舶航行过程中所受到的外载荷十分复杂 ， 为获得其动力学特性， 往往需要复杂的力学转换过 程，在该过程中十分容易引入计算误差， 使得计算 结果精确性较差。 惯性释放技术正是针对该问题一 种计算求解技术， 该方法能够对完全无约束的结构 进行力学分析，其原理是将平衡微分方程作为多个 迭代步进行修正计算， 在每轮迭代中将结构惯性载 荷不断进行修正并通过形函数投影至载荷列向量中 ， 通过反复计算得出精确解。 因此， 该方法对于船舶 结构力学计算具有较大的实际意义 。 惯性释放计算原理通过构造自平衡微分方程的 方法进行计算。其中载荷向量为： f = （ fx ， fy ， fz ， mx ， my ， mz ） ， （ 1） fy ， f z 为材料任意一点的载荷在 x， y， z 轴方 式中： f x ， 向的投影分量； m x ，m y ，m z 为材料任意一点的弯矩
第 38 卷第 3A 期 2016 年 3 月
舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 38 ，No． 3A Mar． ， 2016
惯性释放原理在船体结构设计中的应用
吴仲华
（ 中石化胜利石油工程公司 钻井工艺研究院 ， 山东 东营 257017 ） 摘 要：
为获得船舶动力学响应， 以船舶中典型的铰链接头结构为研究对象， 根据板壳有限元理论， 建立其有限
元模型， 并将其与惯性释放计算理论相耦合， 对船舶铰链结构动力学特性进行计算。计算结果表明， 在忽略结构复杂的 仍能够通过惯性释放技术有效地获得结构动力特性， 该方法能够为船舶工程力学设计提供参考。 边界条件情况下，
关键词：
惯性释放； 船舶结构； 有限元； 板壳理论 中图分类号： U664． 21 文献标识码： A 文章编号： 1672 － 7649 （ 2016 ） 3A － 0001 － 03 doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2016. 3A. 001
Application of inertial release in the hull structure design
舰
船
科
学
技
术
第 38 卷
（ 2）
· · · · ·为材料任意一点的线加速度在 x ， u， v， w y，z 式中： ·
轴方向的分量； θ x ，θ y ，θ z 为材料任意一点的角加速 度在 x，y，z 轴方向的分量； 根据力 学 平 衡 关 系， 可 得 出 惯 性 释 放 控 制 方 ： 程为
regarded as the research object，according to the theory of plate and shell finite element，the finite element model is established，then it is coupled with the inertial releory． Based on this，the hinge of the ship structure dynamic characteristics is calculated． The results show that when ignoring complex boundary conditions，the structure dynamic characteristics still can be obtained with efficiency through the inertial release technology． the method can provide reference for Marine engineering mechanics design． Key words： inertial release； ship structure； finite element； plate and shell theory
收稿日期： 2016 － 01 － 06 作者简介： 吴仲华（ 1972 － ） ， 男， 博士， 高级工程师， 研究方向为石油钻井井下工具及装备 。
· 2· 在 x，y，z 轴方向的投影分量。 则材料任意一点加速度向量为：
· · · · · u， v， w ， δ = （· θ x， θ y， θ z） 。 · · · · · ·
0
引
言
1
惯性释放
船舶航 行 过 程 中 ， 其 所 有 结 构 均 呈 现 出 自 由 运动状态 ， 即水 流 对 船 身 并 没 有 约 束 效 应 ， 为 了 获得船舶动 力 学 响 应 ， 一 方 面 ， 可 以 将 水 流 中 的 诸多载荷 当 量 为 外 载 荷 并 对 船 身 进 行 加 载 。 另 一 方面 ， 可以基 于 有 限 元 法 建 立 船 舶 各 结 构 有 限 元 模型 ， 并根据 惯 性 释 放 原 理 对 动 力 学 响 应 进 行 计 算 ， 惯性释放原 理 是 一 种 迭 代 计 算 方 法 ， 在 每 轮 迭代计算 过 程 中 ， 能 够 根 据 外 界 载 荷 与 结 构 质 量 分布不断 地 修 正 应 力 控 制 方 程 ， 从 而 能 够 在 结 构 没有约束边 界 条 件 的 情 况 下 依 然 能 够 计 算 得 出 结 ［1 － 2］ 。 构任意响应 本文以船舶中典型的铰链接头结构为研究对象 ， 根据板壳有限元理论， 建立其有限元模型， 并将其 与惯性释放计算理论相耦合， 对船舶铰链结构动力 学特性进行计算。