船底板架屈服强度分析
船底板架屈服强度分析
模型要求
• 板采用4节点四边形板壳单元（1D/Beam） • 所有肋板上施加均布载荷 q=237441N/mm的静载荷； • 端点均采用刚性固定。
有 限 元 分 析
进 入
建 立 几 属 性 定 义
载 荷 边 界 条 件
提 交 计 算
结 果 导 出
Patran
结果出图
船底板架屈服强度分析
问题描述
该实例利用数值仿真软MSC/Nastran 计算17.6万吨散货船第5货舱甲板板架在 局部载荷作用下的静态响应过程。将相邻 的两个横舱壁之间的纵桁、横梁简化成船 底。
材料属性
• Constitutive Model: Linear Elastic • Elastic Modulus=2.1e5 • Poisson Ration=0.3
中间处肋板
图7 位移图 梁的最大位移出现在跨中2.3×102mm。
边缘处肋板
图8剪力图 剪力的最大值出现在肋板两端，最大值为3×106N。
边缘处肋板
图9弯矩图 弯矩的最大值出现在两端，最大值9×109N/mm
边缘处肋板
图10位移图 肋板的最大位移出现在中部，4.4cm。
将以上结果汇总 :
最大剪力 最大弯矩 最大位移
谢谢大家！
3.2×1010N/m 中间处 6.2×106N m 肋板 边缘处 3×106N 肋板 9×109N/mm
2.3×102m m 4.4×10m m
• （1）梁的最大弯矩、应力、位移出现在中 段；梁的最大剪力出现在梁的两端； • （2）位于中间的肋板的变形及弯矩都比位 于边缘处的肋板的大； • （3）要提高船底板架抵抗静载荷的能力， 有以下几种措施：①增加底板的厚度；② 增加纵骨的剖面模数；③减小肋板间距； ④设置横向加强筋。
在设备激振力作用下船体板架结构的刚强度探析
在设备激振力作用下船体板架结构的刚强度探析【摘要】对船舶结构进行设计是，除了需要考虑板架自身的重量及设备的重量，还要考虑各种外力的作用，诸如：碰撞、海水的压力等。
还有一种作用力容易被忽视，即激振力。
船上有许多设备在运转过程中均会产生振动，形成激振力。
这就使得船舶板架还需承受激振力。
本文主要采用有限元软件ANSYS对船体受和不受激振力情况下的结构强度影响进行分析。
【关键词】激振力；板架结构；强度分析；应力；变形导语在设计船舶过程中，需要考虑船体结构能否满足各种工况下的应力要求。
船体结构所受荷载和工况有很多种。
荷载主要有货物荷载、结构自重、设备及其他荷载、海水压力、向前或向后冲力、试验荷载等。
多种应力有同时存在的情况，这使得船舶在满载情况下会受到复杂的应力，船舶结构的刚强度直接关系到船舶的安全性。
设计中，有一种作用力常常被忽视，即激振力。
激振力主要来自于船舶某些大型设备在运转过程中震动产生，具有持续性。
激振力会传递给船体板架结构。
基于此，本文通过有限元软件ANSYS对船体板架受到和不受到激振力工况下进行计算分析，研究船体板架的应力与变形状况。
一、建立船体板架模型本文所研究的船体板架主要由轻质板材和型材构成。
其中板材尺寸为4*4m，厚度为10mm，板材上加有横梁和纵梁进行固定，用以提升板架结构的强度，其中横梁采用球扁钢（尺寸为3*300mm），纵梁采用T型钢（尺寸为5.300mm）。
选用当前常用的ANSYS有限元建立板架模型，进入软件后，选择SHELL181四节点的壳体单元和BEAM188来构造板架板材和横纵梁结构（注：所选钢材密度Wie7800kg/m3，弹性膜量为2*1011Pa，泊松比为0.3）。
二、船体板架结构的受力情况分析（一）受力情况船体板架结构的受力主要有结构自重、设备重量及工况下应力作用。
工况下应力作用较为复杂，本文主要考虑板材直接受到的设备自重压力，在有限元模型中间2*2位置处收到面积荷载，约5000N的力。
面向对象的船舶板架稳定性分析程序
・４３６・图Ｉ整体静态关系示意图３．２面向对象设计面向对象设计是针对板架稳定性分析系统的一个具体实现，一方面是把面向对象分析的模型作为面向对象设计的一部分，另一方面是对具体实现中的人机界面、数据存储、任务管理等因素补充～些具体实现部分。
上节工作建立起来的静态类／对象模型可视为是一个零件库中的零件，而本节的主要工作就是把这些零件组装起来，形成可以完成板架静力分析及各类稳定性分析等任务的系统。
这些都是动态过程，而且与任务管理密切相关，其中包括对象的形成和初始亿，．总体刚度矩阵的形成，约束处理，载荷处理，方程组求解，位移与内力更新。
针对本系统的每个功能需要根据其特点进行相应的设计，然后进行相应的编程。
３．３前后处理前处理部分主要是建立起结构的计算模型，并将模型的各项数据传递给有限元计算程序。
这些数据主要包括：节点数、节点编号和节点坐标，单元数、单元编号、单元节点编号和单元几何、材料信息，边界条件，载荷信息等等。
数据传递可通过数据文件或数据库进行。
本系统编写的基于交互式、图形输入的有限元前处理程序，是在ＡｕｔｏＣＡＤ２０００平台上，采用ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ开发环境和开发工具建立起来的［２１。
ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ应用程序以Ｃ＋＋为基本开发语言，具有面向对象编程方式的数据可封装性、可继承性及多态性等特点。
用其进行二次开发的软件具有模块性好、独立性强、连接简单、使用方法、内部功能高效实用以及代码可重用性强等优点，并且支持ＭＦＣ（ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＦｕｎｄａｔｉｏｎＣｌａｓｓ）能简捷高效地实现许多复杂功能。
后处理主要是将计算得到的结果数据用图形直观的显示出来。
借助予ＡｕｔｏＣＡＤ强大的图形编辑功能来实现这一目的，绘制变形图、内力图、失稳波形图、振型图等。
３．４系统集成及界面前处理、后处理和板架计算程序是分别编制的，需要一个统一的界面将它们集成起来，以方便用户操作。
由于前、后处理程序的菜单都已添加到ＡｕｔｏＣＡＤ的菜单中，故本系统的主界面设计得非常简洁，如图２所示。
船舶结构强度分析.
船舶结构强度分析近几年来，国内船舶修理公司如雨后春笋般出现，修理任务急剧扩张，修理的船型也是多种多样，涵盖整个船舶市场。
而对船体结构的修理也是首当其冲，由于船厂的技术水平和工人技能等多方面原因，对于结构修理过程中拆换结构也会出现不同的修理方案，导致船舶结构在修理后出现异常情况。
因此对于船舶结构强度分析的提出是相当重要的。
其主导思想是在船舶修理的船体拆换强度分析的应用中，运用的基本计算原理和方法，是以船舶原理和船舶结构力学为理论基础。
在以往的工程实际中，修船工程技术人员往往忽略或者不重视将这些理论的知识与船舶修理工程充分地结合起来。
为了很好地说明这些基础理论在修船工程实际中的应用，本文将以船舶原理和船舶结构力学的基本理论，来阐述在船舶修理工程中的基本强度理论和基本计算原理及方法。
一、船舶结构力学在船舶工程传统意义上，船舶结构力学研究和解决船体结构在静力响应，即在给定的外力作用下如何确定船体结构（局部和整体）中的应力、变形情况。
在船舶修理工程中，因船舶在设计建造时已经对船舶的强度进行了计算和设计，所以要解决的问题就是强度计算，概括来讲，就是在船体结构尺寸已知的条件下，在给定的外载荷或工况下，计算出结构的应力和变形，并与许用值比较，从而判断船体结构的强度是否足够。
船体结构强度的计算是依据船舶原理的基本设计理念，运用理论力学和材料力学的力学基本理论来对船舶的结构强度进行计算和校核的。
二、力学模型和船体模型在船舶修理工程中的结构强度计算中，为了便于计算，须对实际的结构进行简化，在简化模型的基础上，施加外载荷，再运用船舶结构力学的基本理论和方法来计算船体结构的应力和变形情况。
为了满足计算的需要，可以将在船舶修理工程实际情况下的船体结构的简化模型分成两个类型，一是基于传统船舶结构力学基础上的“力学模型”，二是在便于现代计算机计算和有限元理论分析的“船体模块”，这两个类型有渐进的关系。
“力学模型”的建立是根据实际结构的受力特征、结构之间的相互影响以及对计算精度的要求等各个方面的因素来确定的。
15000吨甲板驳船结构强度计算分析
1
ELEMENTS
APR 23 2003 10:37:54
Z Y X
Hull Model(Unit:kg,cm)
练习
15000吨甲板驳船结构强度计算分析
• 典型横剖面示意图
典型横剖面示意图
LONG SP 508
支柱2 斜杆1
支柱3 斜杆2
4
支柱1 斜杆1
695 11 150 12
练习
底板
问题描述:
• 横舱壁上有竖向的板，其高达1244.5mm。因此不能作为梁 单元处理，模拟成板和杆。
• 边界条件：取板四边简支。 • 载荷：横舱壁受到7620mm随深度变化的水压力。
练习
横舱壁
筋和板的尺寸:
• 板的厚度：t＝19mm • 筋为球扁钢其尺寸如右图设置。 • 注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿Z轴
15000吨甲板驳船结构强度计算分析
练习
15000吨甲板驳船结构强度计算分析
该练习包括以下几个部分: • 底板； • 甲板； • 舷侧； • 横舱壁； • 横框架； • 把这些模型合并成一个舱段进行整体舱段模型计算。
练习
15000吨甲板驳船结构强度计算分析
船体参数 :
• 船体总长 121.920 m
练习
舷侧
• 加载后的图形
练习
纵舱壁
• 读入纵舷侧模型，把舷侧沿Y轴负方向复制成两个纵舱壁，距离分别为 9144mm和15240mm即纵舱壁平行于XZ平面，在Y方向的坐标分别为0和 15240－9144＝6096mm
练习
横舱壁
问题描述:
• 本练习将指导用户如何处理用杆模拟翼板，以及复习加载随 深度变化的水压力。
• 本例子将指导用户如何计算板架结构,包括如何取Beam188单 元的定位点，板和筋之间如何连接。
船体板和加筋板的屈曲及极限强度研究综述
船体板和加筋板的屈曲及极限强度研究综述陈彦廷;于昌利;桂洪斌【摘要】船体板和加筋板的屈曲及极限强度是船舶结构强度设计的重要内容，近年来研究成果颇丰，为了能够更方便地对其展开学习和研究，对近十几年来国内外钢质船体板和加筋板的屈曲及极限强度研究进展进行综述。
主要叙述了静态加载范畴下的研究现状，分别按照试验法、数值计算法、解析法和综合性方法4种不同研究方法，对完整结构和含有开口、裂纹、腐蚀、凹痕几种不同损伤的非完整结构，在承受单一载荷或联合载荷作用下的极限强度研究成果进行系统的概述，并介绍加筋板低周疲劳和动力屈曲的研究必要性和部分研究成果，讨论各研究方法的优劣性，对一些重要的定性研究结论进行汇总，指出6个需要进一步展开研究的问题。
%Buckling and ultimate strength of hull plate and stiffened panel are important contents in the de⁃sign of ship structures,have achieved plenteous results in recent years. The research development of buck⁃ling and ultimate strength of steel hull plate and stiffened panel in the past decade at home and abroad is re⁃viewed for the convenience of carrying out studies and researches. The case of static loading is emphatical⁃ly described,the cyclic loading and dynamic loading are also introduced. A systematical overview is pre⁃sented for intact structures and damaged structures under single load or combined loads,in accordance with four kinds of research methods,which are experiment,numerical computation method,analytical method and comprehensive approach. The superiority and inferiority of each research method are assessed. Significantachievements are summarized,and six further problems are identified for the future study.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2017(012)001【总页数】9页(P54-62)【关键词】屈曲;极限强度;船体板;加筋板【作者】陈彦廷;于昌利;桂洪斌【作者单位】哈尔滨工业大学威海船舶与海洋工程学院，山东威海264209;哈尔滨工业大学威海船舶与海洋工程学院，山东威海264209;哈尔滨工业大学威海船舶与海洋工程学院，山东威海264209【正文语种】中文【中图分类】U661.4船舶结构的稳定性问题是船舶结构设计中的重要问题，历来受到船舶结构力学工作者的高度重视。
ah36 和 bh36板材的屈服强度和抗拉强度
《ah36 和 bh36板材的屈服强度和抗拉强度》1. 前言请允许我先介绍一下ah36和bh36板材。
ah36钢板是一种用于船舶建造的高强度钢板，具有良好的塑性、韧性和焊接性能，被广泛应用于船舶结构。
而bh36钢板在ah36钢板的基础上进行了进一步的改进，提高了其屈服强度和抗拉强度，因此在一些特殊的船舶建造项目中得到了应用。
2. 屈服强度的定义和重要性屈服强度是指材料在拉伸或压缩过程中开始发生塑性变形的临界应力。
在船舶建造领域，材料的屈服强度直接关系到船体的抗弯和抗压能力，因此是一个非常重要的指标。
3. ah36和bh36板材的屈服强度针对ah36和bh36板材的屈服强度，根据实验数据和标准测试方式的结果，可以得出它们分别为XMPa和YMPa。
这意味着bh36板材相较于ah36板材，在抗弯抗压方面具有更高的性能。
4. 抗拉强度的定义和重要性抗拉强度是指材料在拉伸过程中抵抗断裂的能力，也是衡量材料抗拉性能的重要参数。
在船舶建造中，材料的抗拉强度直接关系到船体的抗拉能力和承受外部冲击的稳定性。
5. ah36和bh36板材的抗拉强度根据相关实验数据和标准测试方式，我们可以得出ah36和bh36板材的抗拉强度分别为WMPa和ZMPa。
通过比较可知，bh36板材在抗拉性能方面也要优于ah36板材，这使得bh36在特定的船舶建造项目中具有更为广泛的应用前景。
6. 总结和回顾通过对ah36和bh36板材的屈服强度和抗拉强度的评估，我们可以清楚地了解到它们在船舶建造领域中的重要意义和性能优势。
作为船舶制造材料，高屈服强度和抗拉强度的板材能够提高船体结构的稳定性和安全性，降低船舶运行过程中的风险。
它们也为船舶设计者提供了更多的选择空间和灵活性。
7. 个人观点和理解在我看来，ah36和bh36板材的屈服强度和抗拉强度不仅仅是材料性能的表现，更是船舶结构设计和安全性考量的重要指标。
随着船舶建造技术的不断进步，高性能的材料将会在未来得到更多的应用和发展。
船体结构强度直接计算指南 概述
!, ———修正系数，按表 * & - & （’ *）确定。 上述波浪弯矩和剪力的正负号规则与《钢规》规定相同。
（*） 水平波浪弯矩 /( 和波浪扭矩 /0 ： 船舶水平波浪弯矩（ /( ）和波浪扭矩（ /0 ）可按上述同 样的假定利用程序进行计算，也可采用《钢规》中给出的公
·’·
船长 （%）
&’ (’’ (!’ (+’ ($’ (,’
!"
( " )!(! ( " +)*# ( " #*’) ( " #(&’ ( " !&’’ ( " !*$’
修正系数 !"
船长
船长
!"
（%）
（%）
!’’
( " !*!*
#!’
!!’
( " !**(
#+’
!+’
( " !,*’
#)’
!$’
!"# 定义 !"#"! 本指南所采用的单位制为：
质量：吨（-）；
·!·
长度：米（!）； 时间：秒（"）； 力 ：牛顿（#）或千牛顿（$#）； 应力：牛 % 毫米（& # % !!&）； 压力：千牛 % 米（& $# % !&）。 ’(&(& 符号规定： ! ———船长，!；与《钢规》第 & 篇第 ’ 章第 ’ 节的定义相同； " ———船宽，!；与《钢规》第 & 篇第 ’ 章第 ’ 节的定义相同； # ———型深，!；与《钢规》第 & 篇第 ’ 章第 ’ 节的定义相同； $ ———吃水，!；与《钢规》第 & 篇第 ’ 章第 ’ 节的定义相同； %& ———方形系数；与《钢规》第 & 篇第 ’ 章第 ’ 节的定义相同； ’ ———航速，$)； ( ———重力加速度，( * + ( ,’! % "&； %) ———波浪系数； ! ———海水密度，! * ’ ( -&./ % !0； "* ———平面应力状态下结构任一点 1 方向的正应力，# % !!&； "+ ———平面应力状态下结构任一点 2 方向的正应力，# % !!&； #*+ ———平面应力状态下结构任一点 1 方向的剪切应力，# % !!&； "’ ———平面应力状态下结构任一点的第 ’ 主应力，# % !!&； "& ———平面应力状态下结构任一点的第 & 主应力，# % !!&； ", ———平面应力状态下结构任一点的相当应力，# % !!&； - ———材料换算系数，按《规范》第 & 篇第 ’ 章第 . 节规定。
船体结构强度
1.极限弯矩：是指在船体剖面内离中和轴最远点的刚性构件中引起的应力达到结构材料屈服极限（在受拉伸时）或构件的临界应力（在受压缩时）的总纵弯曲力矩。
2.总强度:从整体上研究船体梁变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为总强度。
3.计算状态：在总纵强度计算中为确定最大弯矩所选取的船舶典型装载状态。
4.剖面模数：W=I/Z,表征船体结构抵抗弯曲变形能力。
5.纵向强力构件：纵向连续并能够有效地传递总纵弯曲应力的构件习惯上被称为纵向强力构件。
6.安全系数：是考虑强度计算中的许多不确定性，为保证设计结构必要的安全度而引入的强度储备。
7.许用应力：是指在结构设计预计的各种工况下，船体结构构件所容许承受的最大应力值。
8.强度储备系数：Mj与在波谷上和波峰上的相应计算弯矩M进行比较，即应满足Mj/M>n, n称为强度储备系数,Mj/M也表明船体结构所具有的承受过载的能力的大小。
9.局部强度：从局部上研究船体梁变形规律和抵抗破坏的能力，通常称为局部强度。
10.带板：为估算骨架的承载能力，把一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面积、惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板称为带板。
11.剖面利用系数：实际剖面模数与理想剖面模数的比值，表明了材料在剖面中分布的合理程度。
12.剖面模数比面积：产生单位剖面模数（W2/3)所需的剖面积。
Cw=F/W2/313.计算剖面：可能出现最大弯曲应力的剖面。
14.甲板室：上层建筑中宽度与船宽相差较大的围蔽建筑物。
1.集装箱船为什么要进行扭转强度计算，产生扭矩的原因是什么？集装箱船具有大开口的技术特征，舱口宽度一般达到甚至超过船宽的85%，舱口长度可以达到舱壁间距的约90%，使得扭转强度的重要性上升到与总纵强度同等的地位。
船舶在斜浪中航行、船舶倾斜、船舶横摇2.船体强度计算应包括下述内容：（1）确定作用在船体和各个结构上的载荷的大小及性质，即所谓外力问题。
（2）确定结构剖面中的应力与变形，即结构的响应分析（亦称载荷效应分析）；或者求使结构失去它应起的各个作用中的任何一种作用时的载荷，即结构的极限状态分析（亦称求载荷效应的极限值），即所谓内力问题。
船体板梁结构屈曲强度分析
程 ,2009,105-107. [7] 祖国栋 , 殷纪英 . 浅析医用病床发展趋势 [J]. 医疗装备 ,2009,43-
45.
中国设备工程 2019.03（上） 165
Research and Exploration 研究与探索·工艺与技术
表 1 梁模型的设置与计算结果
模型
边界约束
材质 长度 /m 截面尺寸 /m2 屈曲强度 /N
模型 1
两端简支
钢 1.2 0.01x0.01
1190
模型 2 一端固定，一端自由 钢 1.2 0.01x0.01
286
相比于模型 1，模型 2 的失稳力最小，因为梁的一端没
有约束，刚度系数小，抵抗变形能力小。距离梁中性面越远， 受到的应力越大。最上层的连续甲板（强力甲板）与船体外 底板，相当于船体梁的上下翼板，受到弯曲应力较大。 2 板的屈曲分析
梁模型是研究船体屈曲强度的基本模型，纵骨、肋板等 构件可以用梁模型计算弯曲性能，两端进行约束。约束越强， 抗弯能力越大。船体也可以简化为在液面上漂浮的一根空心 薄壁梁，校核总纵强度，弹性范围内，梁的屈曲力与变形的 关系服从胡克定律。取一阶屈曲力为临界失稳力，屈曲应力 计算公式：
其中，l 为有效长度。不同的约束方式，有效长度不一样。 通过 ANSYS14.0 数值计算两种不同边界约束梁的屈曲强度， 结果见表 1。
船体板通过焊接与相应纵横构件连接。不同形状、大 小的纵横构件、与板的不同焊接方式可以转化为不同的边 界条件。
如果板的长宽比大于 3，可称为矩形板。相对于板宽方 向，沿板长方向，挠度曲率基本无变化。因此只考虑宽度方 向的挠度曲率，板可以简化为沿长度方向单位宽度的梁。
- 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)。
谢谢大家！
船底板架屈服强度分析
问题描述
该实例利用数值仿真软MSC/Nastran 计算17.6万吨散货船第5货舱甲板板架在 局部载荷作用下的静态响应过程。将相邻 的两个横舱壁之间的纵桁、横梁简化成船 底。
材料属性
• Constitutive Model: Linear Elastic • Elastic Modulus=2.1e5 • Poisson Ration=0.3
图1施加载荷前的船底板架有限元模型
图2 施加载荷后的船底板架有限元模型
图3 船底板架的应力图 从图3可以看出，最大应力为1.18×103N。
图4船底板架的位移图 肋板最大位移为2.28×102mm。
中间处的肋板
图5剪力图 梁的剪力最大为6.2×106N。
中间处的肋板
图6 弯矩图 梁的最大弯矩出现在梁的两端，最大弯矩3.2×1010N/mm
中间处肋板
图7 位移图 梁的最大位移出现在跨中2.3×102mm。
边缘处肋板
图8剪力图 剪力的最大值出现在肋板两端，最大值为3×106N。
边缘处肋板
图9弯矩图 弯矩的最大值出现在两端，最大值9×109N/mm
Hale Waihona Puke 边缘处肋板图10位移图 肋板的最大位移出现在中部，4.4cm。
将以上结果汇总 :
最大剪力 最大弯矩 最大位移
模型要求
• 板采用4节点四边形板壳单元（1D/Beam） • 所有肋板上施加均布载荷 q=237441N/mm的静载荷； • 端点均采用刚性固定。
有 限 元 分 析
进 入
建 立 几 何 模 型
网 格 划 分
材 料 属 性 定 义
载 荷 边 界 条 件
提 交 计 算
结 果 导 出
Patran
结果出图
3.2×1010N/m 中间处 6.2×106N m 肋板 边缘处 3×106N 肋板 9×109N/mm
2.3×102m m 4.4×10m m
• （1）梁的最大弯矩、应力、位移出现在中 段；梁的最大剪力出现在梁的两端； • （2）位于中间的肋板的变形及弯矩都比位 于边缘处的肋板的大； • （3）要提高船底板架抵抗静载荷的能力， 有以下几种措施：①增加底板的厚度；② 增加纵骨的剖面模数；③减小肋板间距； ④设置横向加强筋。