船舶结构有限元建模与分析01.

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内河小型干货船结构有限元分析

3 W ang W F. The construction monitoring of the PC cable stayed bridge, phD thesis, South China University of Technology, 2000: 109
4 Yu R F. The p rincip le of the sensor. Aviation Industry Press,
a = 0. 87 k = - 2. 12L + 340 = 252. 2 式中 : L = 41. 399 m B = 7. 8 m Cb = 0. 814 舯剖面弯矩约为 : M = MW +M S = 8. 05 ×103 kN ·m 1. 3 计算结果经过计算 ,最大应力位于甲板处 ,其应力值如图 6所示。
以及偏于安全方面的因素 ,肘板也采用了简化为与舭部相同的圆弧线的梁单元来代替 ,并将肘板归入船底骨材一类 ,截面形状与船底的肋板相同。
船体外板的建模也可以采用间接建模的方法 , 但本文还是采用了直接建模。 1. 2. 3 舱口角隅
舱口角隅的建模比较复杂 ,虽然采用间接建模法可以很方便地建立模型和划分网格 ,但由于角隅圆弧端点处是两线相切 ,夹角为 0°,产生的网格易出现质量差的问题。所以本文采用了与船体外板相同的建模方法 ,即直接建模法 ,不仅达到了控制网格质量的目的 ,而且也实现了对节点和单元的直接控制。舱口角隅加强图和舱口围板的单元图如图 3和 4所示 :
参考文献
1 中国船级社钢质内河船舶入级与建造规范. 北京 :人民交通出版
1920
科学技术与工程
8卷
社 , 2002 2 中国船级社钢质内河船舶入级与建造规范修改通报. 北京 :人民

船舶结构强度分析中有限元模拟研究

船舶结构强度分析中有限元模拟研究船舶是一个复杂的结构系统，其结构强度的验证和评估是一个非常重要的任务。

船舶操作环境的变化和船体负荷情况的不同可能会对船舶结构系统造成很大的影响。

因此，对于船舶结构强度分析的研究也变得越来越重要。

其中，有限元模拟是评估船舶结构强度的一种有效方法。

本文将深入探讨船舶结构强度分析中有限元模拟的研究内容。

一、船舶结构强度分析船舶结构强度分析是指针对船舶结构的材料性能、结构疲劳、碰撞、波浪荷载等进行分析，以确定船舶结构在正常航行或在极端情况下（如船舶碰撞、航行在大浪中等）的承受能力。

船舶结构有着严格的设计和要求，因为其直接关系到船舶的安全和寿命。

船舶结构的材料和结构设计、检验、评估和强度计算，都需要考虑到不同的条件和要求，同时，船舶结构的工作环境和应用场景对其强度分析也有着重要的影响因素。

二、有限元模拟有限元模拟是使用数学方法对船舶结构进行强度分析的一种方法。

在有限元模拟中，将结构物分成许多小的网格单元，分别描述其中每一部分的材料、质量和物理属性，最后使用数值计算方法求解所有小的网格单元在外部力和边界条件作用下的响应。

根据这些响应结果，可以得到整个结构物的形变和应力状态，从而进行调整和优化结构的设计。

有限元模拟主要应用于三类结构强度问题的求解。

第一类是线性问题，这类问题通常涉及单一外部载荷或重力负荷下的结构稳态分析。

在这种情况下，解能够通过线性代数方法得到。

第二类问题是非线性问题，通常涉及到材料的非线性行为，如弹性-塑性材料的应变硬化特性。

这类问题通常需要求解非线性方程组，并且需要考虑到结构应力集中的区域。

第三类问题是动力问题，为瞬态行为和非稳定结构系统的性能分析。

例如，波浪可引起船舶结构物的动态应力响应。

三、有限元模拟在船舶结构强度分析中的应用在船舶结构强度分析中，有限元模拟是一种高度灵活且可靠的分析方法。

有限元分析的优点在于可以通过受力分析得到结构物的应力和变形状态，这样可以得出适当的形状和尺寸以满足稳定和强度要求。

SYSWORKBENCH全船结构元分析流程

S Y S W O R K B E N C H全船结构元分析流程公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-一、建立有限元模型与ANSYS经典版相比，WORKBENCH的操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。

但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry)对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。

因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks)中建立船体实体模型后导入WORKBENCH中，完成随后的建模和分析工作。

鉴于实体单元在计算中消耗过多的内存和计算时间，本文采用概念建模(Concept)的方法将船体板定义为无厚度的壳体(SurfaceBody)，将船体骨架定义为线体(Line Body)，壳体和线体划分的网格类似于经典版的壳单元(Shell)和梁单元(Beam)。

1.导入实体模型可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCH的ProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。

还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2所示。

模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。

坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。

图2导入后的模型2.生成舷墙(1)在中纵剖面(ZXPlane)建立草图(NewSketch)，进入绘制草图模式。

点击“TreeOutline”→“Sketching”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。

返回模型模式，点击“Sketching”→“Modeling”→“Extrude”，生成一个SurfaceBody。

(2)沿甲板将船体分开，点击“Create”→“Slice”，在“DetailView”窗口“SliceType”选项中选择“SlicebySurface”项，“TargetFace”选择上一步生成的SurfaceBody，“Slice Targets”选项中选“SelectedBodies”，点选船体结构→“Apply”→“Generate”，原来的船体分成两部分，上面是舷墙部分，下面是船舱部分，如图3所示。

ANSYSWORKBENCH全船结构元分析流程

一、建立有限元模型与ANSYS经典版相比，WORKBENCH的操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。

但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry)对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。

因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks)中建立船体实体模型后导入WORKBENCH中，完成随后的建模和分析工作。

1.导入实体模型可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCH的ProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。

还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2所示。

模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。

坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。

图2导入后的模型2.生成舷墙(1)在中纵剖面(ZXPlane)建立草图(NewSketch)，进入绘制草图模式。

点击“TreeOutline”→“Sketching”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。

返回模型模式，点击“Sketching”→“Modeling”→“Extrude”，生成一个SurfaceBody。

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＝１㊁２㊁３ｎ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。

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。

船舶有限元计算范文

船舶有限元计算范文船舶有限元计算是一种用于分析船舶结构强度和刚度性能的计算方法。

它基于有限元理论和数值计算方法，通过将船舶结构划分为有限数量的单元，对每个单元进行力学计算，并考虑单元之间的相互作用，最终得到整体结构的应力和变形情况。

1.建立有限元模型：根据船体结构的实际几何尺寸和材料特性，将其离散成一系列有限元单元，如三角形或四边形等。

每个单元具有一定的材料特性和节点位置。

通常，规模较大的船舶模型会划分成数百万至数亿个单元，以确保模型的准确性。

2.确定边界条件：通过在船舶结构的边界处施加约束条件，如固定约束或位移约束，来限制模型的运动自由度。

这些约束条件是根据实际问题和分析需要确定的。

3.施加载荷：根据实际工况和使用环境，将相应的载荷施加到有限元模型上。

这些载荷可以是静态力、动态力、重力或液体压力等。

根据船舶的使用情况和荷载条件，可以进行多次加载，以模拟各种实际工况。

4.进行数值计算：使用数值计算方法，如有限元法、有限差分法或有限体积法等，对有限元模型进行计算。

在计算过程中，可以考虑诸如非线性材料行为、大变形、接触问题和材料破坏等复杂因素。

通过迭代求解结构的平衡状态，计算每个单元的应力和变形情况。

5.分析结果：通过分析计算结果，评估船体结构的强度和刚度性能。

可以确定结构的关键部位和薄弱环节，并进行结构优化设计。

此外，还可以进行疲劳分析、动力响应分析和安全性评估等。

然而，船舶有限元计算也存在一些挑战和限制。

首先，船舶结构通常非常复杂，包含许多几何形状和材料特性的变化，这增加了有限元模型的建立和计算的复杂性。

其次，大规模的有限元模型需要大量的计算资源和计算时间，所以在实际应用中需要合理选择模型和求解算法。

此外，由于材料特性的不确定性和模型简化的限制，船舶有限元计算结果可能存在一定的误差和不确定性。

总体而言，船舶有限元计算是一种重要的工程分析方法，可以为船舶结构的设计和评估提供有力的支持。

随着计算技术的不断发展和改进，船舶有限元计算在船舶工程领域将继续发挥重要的作用。

船舶结构有限元建模与分析01

因为应力一大，就要损坏物体，所以设计时不能使应力大于某个值。为此，在事前，有必要知道应力的数值。
22
三、有限元法分析概述
1、应力分析和应力 ● 应力分析的应用
在袋上留有开口，则在切口处应力集中，口袋也容易撕开。总之，象这样求应力集中的程度或求应力的值，这就是应力分析。
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三、有限元法分析概述
31
三、有限元法分析概述
2、屈曲分析和屈曲载荷？什么屈曲？屈曲是由压缩应力产生的。我们对平常都能找得到的汽水铝罐上下进行压缩看看会产生什么情况。起先，铝罐还能抵抗一阵子，再继续进行加大压力则罐的侧面开始凹陷下去，不一会儿就压坏了。这也就是我们身边所见到的屈曲现象。
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三、有限元法分析概述
有限元法已被应用于固体力学、流体力学、热传导、电磁学、声学、生物力学等各个领域；能求解由杆、梁、板、壳、块体等各类单元构成的弹性（线性和非线性）、弹塑性或塑性问题（包括静力和动力问题）；能求解各类场分布问题（流体场、温度场、电磁场等的稳态和瞬态问题）；还能求解水流管路、电路、润滑、噪声以及固体、流体、温度等相互作用的问题。
三、有限元法分析概述
2、屈曲分析和屈曲载荷 ● 屈曲模态
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三、有限元法分析概述
2、屈曲分析和屈曲载荷 ● 屈曲和屈曲载荷的关系
上述的图中，哪个屈曲载荷最大？
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三、有限元法分析概述
2、屈曲分析和屈曲载荷 ● 欧拉屈曲公式
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三、有限元法分析概述
2、屈曲分析和屈曲载荷 ● 柱的屈曲
对于柱的屈曲，如果压缩应力越大或构件越长则越容易发生。柱构件的屈曲也即欧拉屈曲，从理论上可以推导它的屈曲载荷和屈曲模态。

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陈有芳、章伟星中国船级社北京科研所船舶结构强度有限元计算分析中的技巧Skills of Ship Structural Strength Analysis By FEM陈有芳、章伟星（中国船级社北京科研所）摘要：在对船舶结构进行有限元计算分析和评估中，一般采用的是舱段板梁模型，不可避免要面临应力的选取问题。

对于弯曲板单元，有限元计算输出的应力包括上下表面的应力，我们在评估中一般采用中面应力作为工作应力，中面应力应该是上下表面应力的平均，如果在实际操作中采用上下表面应力的平均的方法来得到中面应力，将比较麻烦，也不直观。

本文对在船舶结构有限元分析评估中采用中面应力作为工作应力的原理、方法以及如何在MSC.Patran中如何得到中面应力的技巧做一介绍，供船舶结构分析工程师参考使用。

并做了一些测试和分析。

关键词：船舶结构有限元强度中面应力 MSC.PatranAbstract: In analyzing and evaluating of ship structures by FEM, a plate-beam FE model within holds is generally used and it is unavoidable to solve how to select the stress used. For bending plate, the output stresses include the stresses of up-surface and lower-surface, but in ship structure strength analysis, the mid-surface stress is used as applied stress in general. As we know, the mid-surface stress is the average value of up-surface stress and the lower-surface stress. It is discommodious to obtain the mid-surface stress by the up-surface stress and lower-surface stress in practice. The paper introduces the theory and method of using the mid-surface stress as the applying stress in ship structure strength analysis, and the skills about how to obtain the mid-surface stress in MSC/PATRAN. Some tests and analysis have also been carried in this paper.Keys:Ship Structure Finite Element Strength Mid-surface Stress MSC.patran1 概述一般来讲，对承受面外压力的板进行强度校核时，应对板的上下表面应力进行校核，相应的强度标准也是对应的上下表面应力，这些均应该建立在能对板的应力精确计算的基础上。

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

船舶结构有限元分析

作者：船舶与海…文章来源：本站原创点击数：917 更新时间：2011/3/7 热★★★
一、实验基本信息
实验属性：非独立设课
课程编号：01020080
课程（实验）中文名称：船舶结构有限元分析
课程（实验）英文名称：Finite Element Analysis of Ship Structures
实验学时：16
实验学分：无独立学分
实验课开课学期：6
面向专业：船舶与海洋工程
二、实验目的和任务
有限元法在工程领域的应用愈来愈广泛，已经成为结构工作者必须掌握的一门知识。

船舶结构有限元分析上机实验课的目的就是在掌握有限元基本理论的基础上，使学生了解通用有限元分析软件的有关知识，掌握并利用有限元软件进行一些简单船舶结构分析的步骤，为将来进一步深入学习有限元的知识或从事相关的结构分析工作打下基础，同时培养学生工程分析计算能力。

三、实验教学基本要求
通过上机实践激发学生的学习热情和创新能力，使学生基本掌握利用有限元分析软件进行结构分析的操作步骤，能够对简单船舶结构进行有限元的计算分析。

四、实验项目基本情况
五、实验教材或实验指导书
1. 孙丽萍《船舶结构有限元分析》哈尔滨工程大学，2004；
2. 谭振国《如何使用Ansys进行有限元分析》北京大学出版社，2002。

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

船舶钢结构焊接的有限元模拟及应用

船舶钢结构焊接的有限元模拟及应用摘要：本文通过建立有限元模型来模拟实验，来分析船舶钢结构在焊接的过程中的焊接热度、应力场等数值的变化。

通过对钢结构构建有限元件模拟，能够对整个船舶的钢结构实施全过程焊接。

通过分析钢结构焊接过程中，焊接热度及冷却过程的应力变化，来得出实验结果，进而掌握焊接后的钢结构的变形规律，来为实际的施工工艺做出合理的指导。

关键词：船舶钢结构焊接；有限元模拟；焊接热源引言：钢结构焊接好坏会对船舶的质量产生重要影响。

由于焊接存在于船舶建造的各个环节中，因此可将焊接工业看做是船舶的最常用技术。

钢焊接对于工艺水平的要求非常严格，为保证焊接的质量，一般会采用断弧焊接，但不同结构的焊接技术不同，比如V型口对接可以使用断电弧，来确保焊接质量。

因此，无论选择哪种焊接方法，都需要注意弧长稳定性，确保焊接熔深与熔宽一致。

1船舶钢结构焊的原理钢焊接是一种物理形象，在焊接过程中产生的变形或者金属加热的问题，是焊接结构内部残留的预应力。

在焊接后，焊接缝隙内的钢结构会残留预应力，导致焊接变形。

如果焊接力的处理不合格，就会降船体结构的精度。

为了提升船舶结构的设计精度，需要借助计算机软件，来模拟整个焊接过程。

可以借助有限元件模拟实验，这样一来，既能够对将焊接的钢结的热源变化、焊接热源的移动变化等数据进行监测，又能够分析钢结构内部剩余的应力及形变情况，得出不同焊接阶段的钢结构应力的变化曲线，来最大化的控制焊接应力。

1.1焊接原理的计算公式借助有限元软件来模拟钢结构的焊接情况，就是指通过焊接来模拟整个过程在，在焊接的过程中，结构的内部热量会产生应力及应变的过程。

计算公式如下： P（材料密度）C（焊接温度的分布函数）=R（结构的导入系数)x Q（内部源的强度）1.2焊接原理的应力变化在焊接的过程中，结构的内部的应力和形变的结构会因为材料的温度变化发生弹性，这种弹性属于一种热塑弹性，而焊接的应力问题是通过分析温度变化曲线，得出的非常规线性特点。

有限元分析在船舶结构设计中的应用

有限元分析在船舶结构设计中的应用随着船舶工业的不断发展，船舶结构的设计也日益复杂和严谨。

而有限元分析作为一种有效的工具，已经成为了船舶结构设计中不可或缺的一部分。

在此，本文将介绍有限元分析在船舶结构设计中的应用，以及其带来的好处和挑战。

1. 有限元分析简介有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)是一种数学模拟分析方法。

它通过分割连续的物体为有限个离散子元，求解每个子元的节点，进而得出整体物体的内部受力、应变等物理特性。

有限元分析应用范围广泛，可以用于船舶、航空航天、建筑等领域的结构设计和分析。

在船舶结构设计中，有限元分析可以对船体结构进行静力计算、动力计算、疲劳及强度分析等方面的计算。

2. 有限元分析在船舶强度计算中的应用在船舶结构设计中，强度计算是至关重要的一部分。

有限元分析可以帮助船舶设计师对船体结构进行静力和动力分析、疲劳分析和强度分析等计算。

通过有限元分析的计算，可以准确预测船舶在航行过程中的受力情况，从而为优化船舶结构提供依据。

例如，某船舶的舵机荷载在使用过程中达到了一个比较高的峰值，这是由于船舶舵机设计参数不足或强度不够所导致的。

在这种情况下，有限元分析可以对舵机进行疲劳分析，预测出舵机在航行过程中可能出现的强度问题，并为进一步优化舵机设计提供支持。

3. 有限元分析在船舶设计优化中的应用有限元分析可以为船舶结构优化提供依据。

通过有限元分析的计算，船舶设计师可以对船体结构进行预测和比较，以评估船体结构的优劣。

例如，在设计某型号船舶的船头结构时，设计师可能会面临着一个问题：如何在保证船头稳定性的前提下，尽可能减小船头的阻力。

有限元分析可以对船头结构进行优化设计，通过对船头结构的静力计算、动力计算、疲劳及强度分析等方面的计算，为设计师提供优化方案，以达到降低阻力的目的。

4. 有限元分析在船舶结构安全性评估中的应用船舶结构的安全性评估是船舶设计中不可避免的一个环节。

Patran船舶结构有限元建模的实用技巧

Patran船舶结构有限元建模的实用技巧目前，市面上主流的通用结构有限元分析前处理器种类众多，包括Patran、Ansys、Abaqus、HyperMesh 和Femap 等。

这五款软件在国内船舶行业均有应用，其中Patran 的用户数量很多。

本文结合笔者多年运用Patran 进行船舶结构有限元建模积累的经验，为广大同行介绍一些建模方面的技巧，以期对读者有一些帮助。

一、网格划分与编辑技巧1. 根据现有的节点撒种子对于具有曲线边界的面，例如首尾区域垂向加强的横舱壁，横舱壁与外板交线上的网格种子并不是等间距的，此时可先在横舱壁与甲板的交线上生成等间距的节点，然后将这些节点投射到横舱壁与外板的交线上，最后用Create\Mesh Seed\Tabular 方法（Coordinate Type 选Node and Point）根据投射得到的节点生成网格种子，这样得到的网格种子可以保证横向对齐。

2. 径向扫略由低阶单元变换得到高阶单元时，Sweep\Element\Extrude 是一种经常使用的方法，此方法为线性扫略。

但径向扫略的作用也不容忽视，图 1 所示的立柱环筋的创建就是一个典型的例子。

径向扫略通过Sweep\Element\Radial Cyl. 方法实现。

扫略时，Axis 填写扫略平面的法向，Radial Distance填写扫略距离，为正时背离原点扫略，为负时指向原点扫略。

3. 跨越边界的单元的修改通过扫略创建甲板边板壳单元时，在非平行中体区域，会出现最外侧的一行单元跨越甲板边线的情况，此时需移动节点将其拉回到甲板边线上。

有些用户习惯使用Modify\Node\Move 方法实现这个目标，但这种方法要求输入节点要移动到的新位置，而这个位置的坐标通常是未知的，因此需先通过求交点的方法找到这个位置。

更快捷的做法是使用Modify\Node\Project 方法，Project onto 选Surface，Direction 选Define Vector，即将节点沿指定的方向投射到指定的面上。

ANSYSWORKBENCH全船结构有限元分析流程

一、建立有限元模型与ANSY经典版相比，WORKBENCH操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。

但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry) 对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。

因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks) 中建立船体实体模型后导入WORKBENCH完成随后的建模和分析工作。

鉴于实体单元在计算中消耗过多的内存和计算时间，本文采用概念建模(Concept) 的方法将船体板定义为无厚度的壳体(SurfaceBody) ，将船体骨架定义为线体(Line Body) ，壳体和线体划分的网格类似于经典版的壳单元(Shell) 和梁单元(Beam)。

1.导入实体模型可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCFProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。

还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2 所示。

模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。

坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。

图2 导入后的模型2.生成舷墙(1)在中纵剖面(ZXPlane) 建立草图(NewSketch) ，进入绘制草图模式。

点击“TreeOutline ” —“Sketching ”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。

返回模型模式，点击“ Sketching ” —“ Modeling ” —“ Extrude ”，生成一个SurfaceBody。

(2)沿甲板将船体分开，点击“Create” —“Slice ”，在“ DetailView ” 窗口“ SliceType ”选项中选择“SlicebySurface ”项，“ TargetFace ”选择上一步生成的SurfaceBody，“SliceTargets ”选项中选“ SelectedBodies ”，点选船体结构―“ Apply ” —“ Gen erate ”，原来的船体分成两部分，上面是舷墙部分，下面是船舱部分，如图3 所示。