船舶结构强度与疲劳强度的计算技术研究

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船体结构疲劳寿命的评估

船体结构疲劳寿命的评估摘要：疲劳破坏对工程结构和构件有重要的影响，大量的实例证明，疲劳破坏也是船舶结构破坏的主要原因。

近年来，国内外开始发现并重视船舶结构的疲劳问题，并得到很多高质量的理论和研究成果，使得船舶安全性得到一定程度的提升。

但由于船体构造的复杂性，以及航行环境的多变性，使得船舶的疲劳计算也相当复杂。

本文主要介绍了基于 S- N曲线和 Palmgren- Miner线性累积损伤准则的疲劳累计损伤方法（简称 S- N曲线法）以及基于 Paris裂纹扩展法则的断裂力学方法（简称断裂力学法）两种宏观分析方法，并对疲劳载荷、疲劳应力、船体健康监测系统、疲劳强度评估的一般步骤做以简单介绍。

关键词：船体结构、疲劳破坏、累计损伤1 船体结构疲劳强度与疲劳寿命概述1.1船体结构疲劳强度与疲劳寿命的研究进展船舶在运行经营过程中必定会经历风浪，风浪会使船舶处于中拱、中垂交变应力的状态，这种交变载荷周期性的累加到一定程度，量变产生质变，就会造成船舶的疲劳破坏。

由于船舶无时无刻不漂泊在水中，其航行路线的气象状况、载货状态、航行速度都在不断变化，因此疲劳破坏从船舶入水的那刻起一直伴随终身，是船舶破坏的一种主要形式。

由于疲劳不会对船体造成立即破坏，而是累积到一定程度船体材料才会产生失效，因此如何提早发现，在船体材料失效前及时做出正确的评估可以有效地减少海难的发生、人员的伤亡及财产的损失。

关于疲劳理论，是在1962年由Vedeler发现并提出，但没有引起足够的重视。

70年代末Jordan和Cochran对大量船舶疲劳裂纹的实际调查结果引起了一定范围内的重视。

在此基础上 Munse等人探讨了疲劳强度的校核方法并提供了 S- N曲线，Chen等人提出了用开口角隅处测得的应变来预报疲劳寿命的方法， Clarke研究了水面舰船的疲劳破损情况， Wirsching和 Chen提出了应用基于概率论的方法进行分析，也即进行疲劳寿命的可靠性分析。

关于疲劳强度计算中两种计算公式的分析

b
2 m b
0. 21
n(2) - n( 1) = n- 1 m
b
( n- 1) 2 m + ( n- 1) 3
b
n- 1 - nb -
2
m -…
b
式( 6) 的误差分析是正确的.
( 6)
通过以上的分析可得出: 当动载特性很强, 即 m
较小, a 较大时, 近似式 ( 2) 与精确式 ( 1) 的计算结果
b
a
3. 65 > n = 3. 0
此杆按式( 1) 和式( 2) 校核都是安全的. 算例中 n( 2) - n( 1) = 0. 2. 由式 ( 6) 估算其误差, 保
留三项近似计算
n( 2) - n(1) = n- 1 m ( n- 1 - nb) -
b
( n- 1) 2 m + ( n- 1 ) 3
非对称循环下, 用 G oo dman 直线计算构件的疲劳强度时, 工作安全系数的精确计算公式[1] 和近似计算公式[ 2] 为
n=
k
-1
a+
-1
m
( 1)
b
m
b/ nb
+
a
=1
k - 1 /n
( 2)
为了以后讨论方便, 由精确式( 1) 和近似式( 2) 求出的
工作安全系数分别记为 n( 1) 和 n( 2) . 通常规定安全系
k -1 a
( 4)
在静载情况下 a= 0, 式( 3) 退化为静力强度计算式 n( 1) = b/ m; 而式 ( 2) 则化为 nb= b/ m , 此式无意义, 这是由于直线 CD 与 m轴相重合, 与 m 轴有无数个交点而产生的.

深水钻井船结构疲劳强度分析

ＦａｉｕｔｅｇｈＡｓｅｓｅｔｆｅｗａｅｉｉｇＳｉｔｇｅＳｒｎｔｓｓｍｎｐｔｒＤｒｌｎｈｐｏＤｅｌ
ＬｉＭｉｇａａｎｙｎ
（ｈｎｈｉｒｈｎｈｐＤｓｎａｄＲｓａｃｓｔｔ，ｈｎ，００２ＳａｇａＭｅｃａｔｉｅｉｎｅｅｒｈＩｔｕｅＣｉａ２０３）Ｓｇｎｉ
１深水钻井船的主尺度和船体结构
特征
深水钻井船的主要数据：长１９垂线间长船４．ｍ，５
１６８型宽２，型深ｌ．ｍ，计吃水７５３．ｍ，９５７ｍ，２设３．ｍ，
行疲劳强度校核和疲劳寿命评估。
由于钻井船是一种特殊的浮式结构．于其结关
构的疲劳强度校核，常规规范中少有涉及，多方面很
方型系数０６２．１。深水钻井船采用的是双层底，艏艉和机舱采取横骨架式；部、甲板、甲板及上部底上主舷侧采用纵骨架式；舷侧采用横骨架式。为了增下
Ｋｅｗｏｄ：ｅｗａｅｒｌｎｈｐｆｉｌｍｅｔｓｅｔｍｎｙｉ；ａｉｅａｓｓｍｅｔｙｒｓＤｅｐｔｒｉｌｇｓｉ；ｎｔｅｅｎ；ｐｃｒａａｓｆｔｄｉｉｅｕｌｓｕｇｓｅｓｎ
Ｕ刖罱
船为母型船。依据ＡＳ船级社的离岸结构物疲劳分Ｂ
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｉｏｅｅｒｈａｏｔｅｐｔｒｄｌｎｈｐ，ｓｎｅｓｅｔｌｂｓｄｆｔｕｓｅｓｎｓｒｃ：ｈｓａｅｄｓｍｅｒｓａｃｂｕｅｗａｅｒｌｇｓｉｕｉｇｔｐｃｒ — ａｅｉｅａｓｓｍｅｔｄｄｉｉｈａａｇ

FPSO的船舶疲劳与结构寿命评估研究

FPSO的船舶疲劳与结构寿命评估研究FPSO（浮式生产储油船）是一种能够在海上进行石油生产、储存和卸载的特种船舶。

由于海上环境的复杂性和工作特点，FPSO的结构需要经受长期而严酷的海洋环境的考验。

因此，对FPSO的船舶疲劳与结构寿命进行评估研究，具有重要的意义。

船舶疲劳和结构寿命是指船舶在服役过程中，由于受到多种外力的作用（如波浪、风浪等）而引起的结构变形和应力集中，从而导致结构的疲劳损伤和寿命缩短的问题。

针对FPSO这种大型特种船舶，船体结构的疲劳与寿命问题尤为重要。

首先，了解FPSO的工作环境对船体结构的影响是进行疲劳与寿命评估的基础。

FPSO通常需要在恶劣海况下工作，受到波浪、风浪和冰等外力的作用。

这些外力会对船体结构产生较大的动态载荷和冲击载荷，进而引起船体结构的变形和应力集中。

因此，在评估疲劳和结构寿命时，首先需要研究FPSO的工作环境，包括气候、海况等因素，并通过实测数据和数学模型进行分析和计算，为后续的疲劳评估提供基础数据和依据。

其次，对FPSO的船体结构进行材料研究和强度分析是评估疲劳和结构寿命的关键步骤。

船体结构的疲劳和寿命问题主要源于结构的应力和应变，而材料的强度和韧性是影响疲劳性能的重要因素。

因此，需要对FPSO的船体结构材料进行详细的研究和分析，包括材料的组成、性能、力学性能等方面。

同时，还需要进行结构的有限元分析，以评估船体结构在不同载荷作用下的强度和刚度情况，确定结构的应力和应变分布，为后续的疲劳评估提供依据。

接下来，进行疲劳分析和结构寿命评估是对FPSO船体结构进行全面评估的关键一步。

疲劳分析可以通过使用现代的工程软件和数学模型，对船体结构在不同工况下的疲劳响应进行模拟和计算。

这需要考虑到结构的载荷频谱和幅值，以及结构的疲劳寿命和裂纹扩展速率等参数。

同时，还需要采用合适的疲劳评估方法和标准，对船体结构的寿命进行预测和评估，以确定结构设计是否符合要求，并提出相应的改进措施。

工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用

工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用船舶作为一种特殊的交通工具，其结构设计和强度分析是非常重要的。

工程力学作为一门研究物体受力和变形规律的学科，在船舶结构设计与强度分析中起着重要的作用。

本文将从材料力学、结构力学和疲劳强度分析三个方面来探讨工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用。

首先，材料力学是船舶结构设计的基础。

船舶结构材料通常是钢铁、铝合金等，这些材料的力学性能对船舶的结构设计和强度分析至关重要。

工程力学中的静力学和材料力学原理可以帮助工程师计算和预测船舶结构材料的受力和变形情况。

例如，通过应力分析可以确定船舶结构材料的最大承载能力，从而保证船舶在运行中的安全性。

其次，结构力学在船舶结构设计中起着重要的作用。

船舶结构设计需要考虑到船体的整体刚度和稳定性。

结构力学可以帮助工程师分析船体的受力情况，并确定合理的结构设计方案。

例如，通过弹性力学原理可以计算船体在不同荷载条件下的变形情况，从而确定船体的结构强度。

此外，结构力学还可以帮助工程师优化船体的设计，提高船舶的性能和航行效率。

最后，疲劳强度分析是船舶结构设计与强度分析中的重要环节。

船舶在航行中会受到复杂的波浪荷载和振动荷载，这些荷载会导致船体结构的疲劳破坏。

疲劳强度分析可以帮助工程师评估船体结构的寿命和安全性。

工程力学中的疲劳力学原理可以用于计算船体结构在不同工况下的疲劳寿命，从而指导船舶结构的设计和维护。

综上所述，工程力学在船舶结构设计与强度分析中发挥着重要的作用。

通过应用工程力学的原理和方法，可以帮助工程师预测和分析船舶结构材料的受力和变形情况，确定合理的结构设计方案，评估船体结构的疲劳寿命。

这些应用不仅可以提高船舶的安全性和航行效率，还可以降低船舶的维护成本和环境影响。

因此，工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用具有重要的意义。

船舶结构性能评估与疲劳强度预测

船舶结构性能评估与疲劳强度预测船舶是人类用于水中运输的重要工具，其结构性能和疲劳强度的评估对船舶的安全运营至关重要。

本文将探讨船舶结构性能评估的意义以及疲劳强度预测的方法。

首先，船舶结构性能评估的目的是为了确保船体结构的合理性和稳定性。

船舶结构性能评估是通过对船舶结构的设计、制造及使用过程中的技术标准和规范进行评估来达到这一目的。

船舶结构性能评估主要包括强度、刚度、稳性、振动、疲劳等多个方面。

其中，强度是指船舶结构在内外载荷作用下的抵抗能力，刚度是指船舶结构在保持形态稳定的能力，稳性是指船舶在水中运行时保持平衡的能力，振动是指船舶结构在波浪条件下的振动情况，疲劳是指船舶结构在长时间载荷作用下的疲劳破坏。

船舶的疲劳强度预测是评估船体结构在长期使用中的疲劳破坏情况。

长时间的航行和海上作业将给船舶结构带来复杂的载荷历程，这些载荷会导致船体结构的疲劳损伤。

因此，船舶的疲劳强度预测是船舶结构性能评估的重要组成部分。

在船舶结构性能评估的过程中，常用的方法包括理论分析和实验验证。

理论分析是通过数学模型和计算方法进行的，可以预测船舶结构在不同条件下的性能指标。

理论分析通常包括强度和刚度计算、稳性计算、振动计算和疲劳寿命计算等。

而实验验证则是通过实际的试验和监测来获取船舶结构性能的数据，验证理论分析的准确性和可靠性。

对于船舶疲劳强度预测，目前主要采用的方法是基于应力历程的疲劳寿命预测方法。

这种方法是通过对船舶结构在实际载荷条件下的应力历程进行测量和分析，然后利用疲劳寿命曲线进行预测。

疲劳寿命曲线是通过实验和统计分析得到的，可以预测结构在不同应力水平下的疲劳寿命。

此外，还可以采用有限元分析方法，在计算机上建立船舶结构的有限元模型，模拟不同工况下的应力和变形情况，进而预测船舶的疲劳强度。

为了确保船舶结构性能评估和疲劳强度预测的准确性和可靠性，需要考虑以下几个因素。

首先，需要充分了解船舶的设计和制造标准，掌握结构性能评估和疲劳强度预测的相关理论和方法。

论船体结构疲劳强度的检验

论船体结构疲劳强度的检验摘要：船体结构局部因磨损、腐蚀、脱焊、裂纹等缺陷，导致疲劳强度不足，引发重大事故。

为此从保障航运生产安全的实际要求出发，对船体疲劳强度校核的意义、校核的部位及实用的校核方法给出了详细的说明，并结合计算软件的开发介绍了进行船体疲劳强度校核的计算流程。

关键词：船体结构；疲劳强度；检验方法中图分类号：u661.431. 疲劳破坏和疲劳强度材料在交变载荷的作用下发生破损断裂，称为材料的疲劳破坏。

材料抵抗这种破坏的能力称为疲劳强度。

试验表明，钢材在循环弯曲下的疲劳极限约为单调载荷极限40%，这足以说明疲劳强度对处于不断循环弯曲和扭转中的船体结构的致关重要性。

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一，特别是对于大型船舶和使用高强度钢的船舶，问题尤为突出。

在海洋上航行的船舶长期处在较为严重的腐蚀环境中，腐蚀严重削弱了船体结构的疲劳强度。

日本船级社所做的调查指出，舷侧外板产生的裂纹，有一半以上是在严重腐蚀的舱内肋骨处发生的。

加强对营运数年船舶的结构检测，并根据检测的数据进行疲劳强度检验和安全性评估，是当前各国非常重视和关注的问题。

这项船舶安检工作首先应在一些重要的船舶上实施，如油船、散货船、集装箱船等。

2.疲劳强度检验部位的选择船体疲劳强度检验部位的选择，应包括两个方面：第一是船体承受疲劳载荷比较大的部位，因而是疲劳损伤比较严重的地方；第二是腐蚀比较严重的部位，因而也是应力集中的地方，常出现裂纹源和开裂。

由于波浪弯矩和波浪扭矩的最大值通常发生在船中附近，船舶中部货舱区域是发生疲劳损伤最严重的地方之一，所以首先要求对船中货舱区域的结构进行疲劳强度检验。

对油船而言，在船体结构检测时，应注意选择甲板纵骨和船底纵骨与强横向框架和横舱壁的连接部位，以及在吃水线附近1.1d～0.3d范围内的纵骨。

对散货船而言，应选择货舱内主肋骨与顶边舱和底边舱连接的两端肘板，以及甲板纵骨和船底纵骨与横向强框架和横舱壁的连接部位！对集装箱船，除了应选择甲板纵骨、舷侧纵骨和船底纵骨与强横向框架和横舱壁的连接部位，还应选择货舱大开口两端处的舱口角隅。

超大型集装箱船纵骨屈服强度和疲劳强度的计算与分析

ａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｅａｍｔｈｅｏｙｒａｎｄＳ— Ｎｃｕｒｖｅｍｅｔｈｏｄ．ｔｈｅｙｉｅｌｄｉｎｇａｎｄｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｔｔｈｅ
［关键词］超大型集装箱船；屈服强度；疲劳强度；Ｓ — Ｎ曲线法［中图分类号］Ｕ６７４．１３１［文献标志码］Ａ［文章编号］１００１ — ９８５５（２０１３）０２ — ００３３ — ０７
级社（ＧＬ）和法国船级社（ＢＶ）的船体结构规范，对超
本文基于梁系理论和Ｓ一 Ⅳ 曲线法，根据德国船
０引言
超大型集装箱船是世界上设计技术难度较高的
货船之一。由于主尺度较大，且货舱开口长度和货
舱总长之比、货舱开口宽度与船宽之比均较大．对设
ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｊｏｉｎｔｓｏｆａｖｅｙｒｌａｒｇｅｃｏｎｔａｉｎｅｒｖｅｓｓｅｌｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｈｕｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔａｎｄａｒｄｓｂｙｔｈｅ
超大型集装箱船主尺度较大货舱开口长度和货舱总长之比货舱开口宽度与船宽之比均较大船体的整体刚度较弱且普遍采用双层底双壳和抗扭箱形式使得扭转对船体舭部和甲板的影响更加重要对甲板和舭部屈服强度和疲劳强度要求也更高

船舶结构的强度分析

船舶结构的强度分析船舶作为一种重要的水上交通工具，其结构的强度对船舶的安全和运行能力至关重要。

船舶结构的强度分析是对船舶结构在不同负荷情况下的性能进行评估和预测的过程，它在船舶设计、制造和运营中起着重要的作用。

一、船舶结构的强度要求船舶结构的强度要求是为了确保船舶在各种复杂的工作条件下仍能够承受各种力学载荷，并保持结构的完整性和稳定性。

船舶在航行中会受到来自波浪、风力、潮流等外部力的作用，同时还要承受自身的结构重量以及载货量的影响。

因此，船舶结构的强度分析需要考虑这些作用力，并进行综合分析。

二、船舶结构的强度分析方法船舶结构的强度分析一般通过有限元分析方法来进行。

有限元分析是一种数值分析方法，它将结构划分为许多小的有限元，通过计算每个有限元的应力和应变，并进行相应的求解和模拟，从而得到结构的强度分布和整体性能。

有限元分析方法不仅能够更真实地反映船舶结构的受力状态，还具有较高的计算精度和计算效率。

三、船舶结构的强度分析参数在船舶结构的强度分析中，有一些重要的参数需要考虑，如材料的力学性能、船舶的尺寸和形状、载荷分布以及液体和气体的影响等。

不同的船舶类型和用途，其结构的强度要求和分析参数也会有所不同。

例如，客船和货船对结构强度的要求可能不尽相同，因此在分析时需要根据实际情况进行合理的选择和设置。

四、船舶结构的强度优化在船舶结构的强度分析过程中，一般会通过一系列的试验和仿真来验证结构的强度性能，并根据结果进行优化设计。

强度优化的目标是在满足强度要求的前提下，最大程度地减少结构的重量和成本，提高船舶的运载能力和经济效益。

优化设计可以通过调整结构参数、优化材料选择和改进制造工艺等途径来实现。

五、船舶结构的强度分析的应用船舶结构的强度分析在船舶领域广泛应用，可以用于新船舶的设计和建造，也可以用于现有船舶的评估和维修。

在新船舶设计过程中，通过结构的强度分析可以评估各种设计方案的可行性，并确定适当的结构参数和材料选择。

船舶结构设计中的疲劳强度分析

船舶结构设计中的疲劳强度分析一、引言随着人民生活水平的不断提高，海洋运输成为国际贸易中不可或缺的一部分，船舶结构的安全性和可靠性越来越受到重视。

而疲劳强度分析技术在船舶结构设计中具有重要的作用。

二、疲劳强度分析概述疲劳强度是指物体在交替应力作用下产生损伤的能力，通常用承受交替应力循环以致导致断裂所需的循环次数来表示。

而疲劳强度分析是通过计算某一结构在规定的载荷条件下的循环次数，确定该结构的疲劳寿命和疲劳强度，从而保证船舶结构的安全性和可靠性。

三、疲劳强度分析技术1. 疲劳载荷谱分析疲劳载荷谱分析是指对船舶在实际使用中所受到的载荷进行统计和分析，确定疲劳载荷谱。

通过对载荷谱分析，可以获得船舶在实际使用时所受到的疲劳载荷谱，为疲劳强度分析提供了重要的基础数据。

2. 有限元疲劳强度分析有限元疲劳强度分析是指采用有限元方法对船舶结构模型进行建模和分析，计算其在实际载荷条件下的疲劳强度。

该方法可以模拟船舶结构的实际使用情况，准确地计算疲劳强度，为船舶结构的设计提供科学依据。

3. 应力集中系数法疲劳强度分析应力集中系数法疲劳强度分析是指通过计算结构中应力集中系数，来评估结构在疲劳载荷下的疲劳性能。

该方法简单易行，适用于设计初期的疲劳强度评估。

4. 频域方法疲劳强度分析频域方法疲劳强度分析是指通过对结构的振动信号进行频域分析，计算出其疲劳强度。

该方法能够准确地计算某一结构的疲劳寿命和疲劳强度，但需要大量的数据处理，复杂度较高。

四、结构材料的疲劳特性船舶结构材料的疲劳特性是指材料在交替应力作用下的损伤特性。

不同种类的结构材料具有不同的疲劳特性。

一般来说，疲劳寿命越长的材料可以承受更多的循环次数，对于船舶结构的设计来说，需要选择具有较长疲劳寿命的材料，以确保结构的安全性和可靠性。

五、结论疲劳强度分析技术在船舶结构设计中具有重要的作用，可以评估船舶在疲劳载荷下的性能，为船舶结构的安全性和可靠性提供保障。

在选择结构材料时，需要考虑其疲劳特性，选择具有较长疲劳寿命的材料。

船舶结构强度分析及优化设计

船舶结构强度分析及优化设计船舶，是沉浸在海洋中的移动性建筑物，其结构强度的分析和优化设计是保证其安全性的关键。

本文将从船舶结构的发展历程、强度分析的步骤和方法、在优化设计中如何应用结构分析等方面进行探讨。

一、船舶结构的发展历程船舶结构的发展历程可以追溯到古代文明时期，中国南方古代船舶厂遗址就证明了古代船舶结构的科学性和技术精湛性。

随着人类的发展，航行时间、航行范围、航行速度等不断提高，船舶结构的强度需求也日益增加。

19世纪初期，船体主要采用木材构成，但当时的木制船只重心过高、抗风性能差、耐久性低等问题逐渐显现。

后来随着钢铁工业的发展，船舶材料演变为钢铁材料，这使得船舶的结构强度得到了极大的提高。

二、船舶结构的强度分析步骤和方法船舶结构的强度分析步骤主要包括载荷计算、结构计算和校核分析。

其中载荷计算是指对船舶在不同航行状态中的外力进行计算，如风力、水力、波浪力、排水力等等，这些外力将对船舶结构产生巨大的影响。

结构计算是指对船舶的各个部分进行计算，如船体、主机房、上层建筑等，以确定各部位的受力情况。

校核分析是指对各个部分的受力情况进行评估和比对，使其满足船级社要求的规范和标准。

在强度分析中需要考虑到船舶腐蚀、疲劳损伤、开裂以及爆炸等突发情况的处理。

船舶结构的强度分析方法主要包括有限元法、有限差分法、刚度法、试验分析法等。

在其中有限元法是目前应用较为广泛的方法之一，其基本理论是将结构分割成若干小块，利用力学原理计算其各个分块的内应力和变形情况，以达到预判属于何种应力状态、哪些部位可能会产生破坏、哪些部位应当加强等目的。

三、在优化设计中如何应用结构分析船舶的优化设计除了要符合船级社的规范以外，还需要考虑到航行稳定性、运载能力、动力性能等方面。

在结构分析中，可以通过对各个部位的分析、对各种力的分析以及应力应变的估算等一系列操作，确定不同材料的使用范围、决策载货量和速度等。

在优化设计中，还需要结合人工智能等技术，进行复杂的数据计算和分析。

《散货船结构共同规范》疲劳强度研究

本文将对《散货船结构共同规范》制定的理论背景进行初步的研究，并应用共同规范的简化方法对一条21万吨单壳散货船进行了疲劳强度评估，为了更清楚的看出共同规范的变化，把同一位置节点应用CCS《船体结构疲劳强度指南》（2001）进行了计算，将计算结果进行了对比。
2 散货船结构共同规范疲劳评估原理探讨
总长 abt. 312.00 m
两柱间长 300.00 m
型宽 50.00 m
型深 25.30 m
结构吃水 18.30 m
方型系数 0.8471
纵骨编号散货船结构共同规范 CCS疲劳指南疲劳损伤度D 疲劳年限
（单位年）疲劳损伤度D 疲劳年限
（单位年） IL1 0.334 74.84 0.296 67.521 IL2 0.347 72 0.289 69.226 IL3 0.347 72 0.307 65.147 IL4 0.35 71.42 0.339 59.075 BL1 0.972 25.73 0.846 23.634 BL2 1.28 19.58 0.934 21.415 BL3 1.33 18.79 1.016 19.689 BL4 1.42 17.66 1.154 17.329 BL5 1.63 15.35 2.615 7.649 HL1 0.0514 486 0.083 239.964 HL2 0.116 214.65 0.205 97.677 SL1 4.25 5.88 1.332 15.014 SL2 1.78 14.07 2.783 7.186 SL3 2.91 8.591 0.502 39.832 SL5 2.17 11.52 0.774 25.84 SL7 2.93 8.53 0.89 22.479 TL1 1.13 22.06 0.853 23.449 TL2 0.652 38.36 0.536 37.284 TL3 0.323 77.45 0.308 64.931 DL1 1.73 14.48 1.267 15.785 DL2 1.96 12.75 1.274 15.7 DL3 2.04 12.23 1.286 15.55 DL4 2.2 11.37 1.303 15.352 从结果的对比可以看出，两个规范的计算结果基本一致，只有少数几个节点误差较大。其中，顶边舱内舷侧纵骨SL3、SL5、SL7等计算结果差别明显，共同规范的疲劳累积损伤度计算结果明显高于CCS规范的结果，这是因为IACS 散货船结构共同规范规定：计算位置高于水线时，海水动压力值（）取为水线处值（只适用于简化算法，见规范Ch8，Sec4，2.3.3），而CCS疲劳评估指南和IACS双壳油船结构共同规范规定的海水动压力值在水线以上是逐渐减小的。对于一套成体系的规范来说，载荷的规定应该是一致的。疲劳评估有限元分析和简化算法的计算原理是相同的，《散货船结构共同规范》关于疲劳载荷的这种规定的合理性有待于做进一步的研究。

船舶结构设计中的强度分析

船舶结构设计中的强度分析船舶作为海上运输的主要工具之一，其船体结构承担着极其重要的作用。

在船舶结构设计中，强度分析是必不可少的一部分。

本文将从船舶结构设计的重要性出发，展开讨论船舶强度分析的相关内容。

一、船舶结构设计的重要性船舶是在海上环境中不断航行运输的，因此其承受的载荷和受力情况都十分复杂。

而船舶结构的不合理设计会导致结构破坏、倾覆等严重后果，从而造成不可挽回的经济和人身损失。

因此，在船舶设计的过程中，必须充分考虑强度分析，以确保船体结构的安全和稳定性。

二、船舶强度分析内容船舶强度分析的具体内容包括船舶的静态强度分析、疲劳强度分析和动态强度分析。

1、静态强度分析静态强度分析是指船舶结构在静态荷载作用下所承受的载荷和受力情况进行的强度计算和分析。

静态强度分析的关键在于确定船体的最大荷载和受力位置，以及在这些位置上船体结构的强度是否足够。

2、疲劳强度分析疲劳强度分析是指船舶结构在反复荷载作用下产生的疲劳破损情况进行的强度计算和分析。

船舶经常在海上环境中长时间航行，船体结构的材料往往会因为反复荷载而发生疲劳破损。

因此，在船舶强度分析中，进行疲劳强度分析是非常必要的。

3、动态强度分析动态强度分析是指船舶结构在动态环境中承担的载荷和受力情况进行的强度计算和分析。

船舶在海上环境中会遇到许多不同的动态载荷，例如风浪、涌浪、碰撞等。

因此，在船舶强度分析中，进行动态强度分析同样非常必要。

三、船舶强度分析方法船舶强度分析方法主要分为解析法、有限元法和实验法。

1、解析法解析法是指根据船舶各部件的形状和材料性质，通过数学方程式对船舶结构的受力情况进行计算和分析。

2、有限元法有限元法是指利用计算机程序对船舶结构进行建模，然后基于有限元分析理论对结构的受力情况进行计算和分析。

3、实验法实验法是指通过试验、模型试验或者全尺寸试验等手段，对船舶结构的强度进行测试和分析。

四、结语船舶结构的强度分析是船舶设计中不可或缺的一项内容。

船舶结构疲劳强度分析中的几个问题探索

载荷的不确定性
由于海洋环境的复杂性和不可预测性，船舶在实际运营过程中可能遭遇到超出设计预期的极端载荷，如何在疲劳分析中合理考虑这些不确定性因素是一个重要问题。
结构疲劳寿命的评估
疲劳累积损伤理论
结构疲劳寿命的评估一般采用疲劳累积损伤理论，如Miner线性累积损伤理论等。然而这些理论在处理变幅载荷和非线性疲劳损伤时的准确性有待进一步验证。
采用断裂力学理论，建立疲劳裂纹扩展的数学模型，并结合有限元法进行模拟分析。同时，考虑环境因素如温度、腐蚀等对疲劳裂
纹扩展的影响。
04
提高船舶结构疲劳强度的措施与策略
结构优化设计
结构形状优化
通过对船舶结构形状进行合理设计，避免应力集中，减少疲劳裂纹的萌生和扩展。例如，采用流线型设计降低水流对船体的冲击
抵抗疲劳载荷引起的塑性变形。
02
材料改性处理
通过热处理、合金化等方法改变材料的组织结构和性能，提高其抗疲劳
性能。例如，采用淬火、回火等热处理工艺提高材料的硬度和韧性。
03
表面处理
对船体结构进行喷丸、镀锌等表面处理，提高其表面硬度和耐腐蚀性，
降低疲劳裂纹的萌生速率。
疲劳寿命延长技术
预应力技术
在船舶结构关键部位引入预应力，抵消部分工作应力，降低结构在疲劳载荷下的应力幅值，从而提高疲劳寿命。
未来研究方向与挑战
多轴疲劳研究
现有疲劳强度分析方法大多基于单轴加载条件，而实际船舶结构中存在的多轴应力状态对疲劳强度的影响尚需进一步研究。
高温、腐蚀等环境因素考虑
船舶在运营过程中可能面临高温、腐蚀等恶劣环境，这些因素对结构疲劳强度的影响亟待深入探索。
先进材料与制造技术的应用
随着先进材料（如复合材料、高强度钢等）和制造技术（如3D打印、精密铸造等）的发展，如何将这些先进技术应用于提高船舶结构的疲劳强度是一个值得研究的方向。

船舶结构疲劳分析与修复技术

船舶结构疲劳分析与修复技术船舶在海洋中航行需要面对复杂的自然环境，如风、浪、海浪等。

长时间的海上航行还会给船舶结构带来疲劳损伤，这些都需要进行及时分析与修复。

一、疲劳分析疲劳分析是船舶结构工程师的一项重要工作。

在船舶疲劳分析中，需要对船舶各个部位的结构进行认真研究，分析其在海上航行时所承受的载荷和振动情况，以及其与其他部分之间的相互影响等。

首先需要进行结构计算和有限元分析，以确定船舶各个部分的强度和稳定性。

然后通过载荷分析，分析船舶在海上航行时所承受的动态载荷情况，比如船体的摆动、船体的偏振等。

最后，还需要分析结构损伤和疲劳寿命等问题，为后续修复提供信息。

二、疲劳损伤修复当船舶结构出现疲劳损伤时，需要及时进行修复。

疲劳损伤修复的具体方案需要根据损伤的性质、严重程度和位置来制定。

一般情况下，疲劳损伤修复采用补强措施来加强疲劳损伤部位，以保证船舶结构的安全性。

比如，可以在疲劳损伤部位焊接加强板、加强筋等来提高船体的刚度和强度。

需要注意的是，在进行疲劳损伤修复时，需要综合考虑船舶的疲劳寿命和安全性。

只有将这两者平衡起来，才能制定出合理的修复方案。

三、船舶结构疲劳分析与修复技术的发展趋势随着科技的发展，船舶结构疲劳分析与修复技术也在不断进步和完善。

其中，数字化技术和机器学习技术的应用为船舶结构疲劳分析与修复带来了新的思路和方式。

数字化技术可以帮助工程师对船舶结构进行精确的建模和分析，提高分析准确性和效率。

机器学习技术则可以利用数据分析预测和识别潜在的疲劳损伤，帮助船舶工程师及时发现并采取措施。

此外，还有一些新材料的出现，如碳纤维和玻璃纤维等，可以更好地加强和修复船舶结构。

同时，一些新型的自愈合材料也可以在船舶结构疲劳分析与修复中发挥出更优异的性能。

综上所述，船舶结构疲劳分析与修复技术在海事行业中扮演着重要角色。

未来，随着科技和材料的不断更新与发展，这些技术必将得到更好发挥，并为海事行业的不断提升和进步做出重要的贡献。

大型船舶结构的疲劳强度校核方法

文章编号：１０ —８２２０）２０６ —８００４８（０７０ —０００
大型船舶结构的疲劳强度校核方法
韩芸崔维成黄小平。吴有生，，，
（．ｅ１ｅ国船舶及海洋工程设计研究院，海２０１；中国船舶科学研究中心，苏无锡２４８；上００１２江１０２３．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，海２０３）上０００
引起船舶结构低周疲劳的原因，为满载和压载两种状态在结构不连续处产生的高应力（认ｔ）是引２变幅
起船舶结构低周疲劳的主要因素。其次，现有的ｓ对 —Ｎ曲线进行外推得到低寿命区的ｓ —Ｎ曲线的可行性进行了分析，将外推得到的低寿命区的曲线和经过试验验证的低周疲劳寿命曲线进行了比较。并最
在低周疲劳的船舶必须满足两个条件：
① 载荷工况变化较多且差别较大，如油船的满载与压载的交替出现； ② 船型足够大。
根据上述条件，分析了三类典型的大型船舶：货船、散集装箱船、油轮。三种船舶的装载时间分配系
的小幅疲劳载荷以及满载和压载引起的大幅疲劳载荷导致的疲劳损伤的相互作用，而提出了一种非线性从
累积计算模型。
关键词：船舶、￣ｒ低周疲劳；—Ｎ曲线；舰ｔ：程；－ｓ累积损伤

船舶结构的强度设计及其结构优化

船舶结构的强度设计及其结构优化船舶是一种大型水上运输工具，由于需要在海洋等恶劣环境下运行，其结构强度尤为重要。

本文将介绍船舶结构的强度设计及其结构优化的相关内容。

一、船舶结构强度设计根据船舶所受力的不同分为船体结构和船载设备。

船体结构是船舶主要结构，其承载着风浪、海况、载货等各种横向、纵向应力。

船载设备则是指在船体上的各种设备，如主机、辅机等设备。

船载设备相对于船体结构，受到的力相对较小。

根据船舶的功能、载重量、运行区域、船型、设计标准等多种因素进行强度设计。

船舶强度设计主要包括100%载荷和不同载荷情况下的计算。

在100%载荷下，对船体结构进行强度计算，以满足各项强度要求。

在不同载荷情况下，则需对船体结构进行振动、疲劳、可靠性和船体姿态改变等计算，以保证船舶在不同工况下的安全运行。

设计过程中，需考虑船体形状及各部件的安装位置、可操作性、可维修性和预防腐蚀等问题。

船舶的强度设计需考虑的因素很多，且相互关联，如何将各项要素综合考虑成为造船工程师需要解决的难题。

二、船舶结构的优化船舶结构优化可以通过多种方式实现，例如运用新材料、优化船体形状结构、调整特定部位厚度等。

以下是几种常用的优化方法：1. 借鉴飞机结构设计思想：飞机航空工业中有很多先进的设计思想值得借鉴。

通过改进船体结构，设计出更加轻量化的船舶，降低船舶自重，提高承载能力。

2. 运用新材料：随着科技的不断进步，新材料不断涌现，如高强度钢材、复合材料等。

运用这些材料可以在保证强度的同时实现减重和减少船舶阻力等目标。

3. 优化船体结构：在船体结构中采用优化的强度计算方法，提高船体抗弯、抗扭和抗压强度，从而实现船体结构整体优化。

4. 针对特定部位进行厚度调整：通过电子计算机模拟，确定船舶特定部位，特别是吃水线以上部位的结构大小，对其进行厚度调整，从而实现船体结构置换和优化。

在实际应用中，可以通过不同方法的结合来完成船舶结构的优化。

例如，通过采用新材料，可以制造更轻量化的船舶，然后在船体结构上进行进一步优化。

基于Calculix的船舶疲劳强度并行计算方法研究与应用

基于Calculix的船舶疲劳强度并行计算方法研究与应用刘燕龙;原玲;姜文超;李东明;王多强【摘要】This paper analyzes the status of open source finite element solver and commercial finite ele-ment solver.Aiming at the problem of large scale numerical computing and analysis in ship design field,a parallel transforming and transplanting mechanism of Calculix based on message passing interface (MPI) is bined with high-performance computing capabilities of supercomputer,an effi-cient and rapid technological solution is found.On the condition of matching the pre and post processing files analyzed by other commercial finite element software,computational analysis uses the method of multi-state and multi-node parallel computation on supercomputer.Hence a ship fatigue strength parallel computation analysis platform is established,and the practical testing examples and results show that the parallel mechanism greatly reduces the computation time.%分析了船舶设计领域中基于有限元求解的大规模数值计算问题.在广州超算中心先导系统基础资源环境下对开源有限元求解器Calculix进行基于消息传递接口的并行化改造和移植.在兼容商业有限元分析软件前后处理文件格式的条件下,计算部分在超级计算机上采用多工况多结点并行计算完成.基于C/S模式搭建了船舶疲劳强度分析并行计算系统,实际算例和测试结果表明,同等条件下该Calculix并行化改造方法大大降低了船舶设计中数值分析部分的时间开销.【期刊名称】《广东工业大学学报》【年(卷),期】2015(032)004【总页数】6页(P77-82)【关键词】有限元分析;疲劳强度分析;分布并行计算;超级计算机【作者】刘燕龙;原玲;姜文超;李东明;王多强【作者单位】广东工业大学计算机学院,广东广州510006;广东工业大学计算机学院,广东广州510006;广东工业大学计算机学院,广东广州510006;广州船舶及海洋工程设计研究院,广东广州510250;华中科技大学计算机科学与技术学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TP399利用有限元法［1-2］研究船舶结构疲劳强度分析问题是一种高效能、常用的方法.从有限元分析的理论和实践可以知道:有限元分析最主要的分析时间在于数值计算上，对于结构分析，主要是求解稀疏矩阵特征值和线性方程组.在船舶设计中，对于各种大型和超大型的复杂结构，由于受计算机CPU 计算速度的限制以及有限存储空间的制约，使用传统的有限元分析软件分析这些超大规模的工程问题，往往会造成计算时间过于漫长，甚至无法进行分析计算［3］.这己成为传统有限元分析软件在船舶设计中应用的瓶颈问题［4］.国内外已有很多关于有限元并行计算的研究［5-9］，有限元分析软件的研究与开发主要分成两大类:商业有限元软件和开源有限元软件.商业有限元分析软件有ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA等;开源有限元分析软件有OpenFOAM、Code Aster、CalculiX、Z88 等.ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，ANSYS 系统擅长于多物理场和非线性问题的有限元分析，在铁道、建筑和压力容器方面应用较多.ABAQUS 擅长于非线性有限元分析，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大的复杂问题和模拟高度非线性问题.ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究，其系统级分析的特点相对于其他分析软件来说是独一无二的.NASTRAN 系统擅长于线性有限元分析和动力计算，它在航空航天领域有着崇高的地位.NASTRAN 的求解器效率比ANSYS 高一些.OpenFOAM 是一个C++库文件包，它具有用户友好的偏微分方程描述语法、有较强的非结构化多面体网格的处理能力和拥有现成的涵盖宽领域的应用和模型等优点，但其开发文档缺乏足够的细节，学习曲线平缓，入门困难.Code Aster 是由法国EDF 电力集团开发的一款开源的主要用于结构分析的有限元数值仿真软件，主要由Fortran 和Python 语言开发，它是一个基于有限元方法的力学求解器，可求解广泛的力学问题包括:3D 热分析、线性和非线性静力学及动力学、机械、压力容器和土木结构的力学分析等.除了固体力学有限元软件的标准功能之外，Coder Aster 还能在各种领域进行一些特定的分析，如:疲劳、损伤、断裂、接触、岩土、多孔介质、多物理场耦合等. 大型商业有限元分析软件在价格上比较昂贵，并且随着支持处理器数的增加而价格翻倍，同时受License 的时间限制.开源有限元求解器在超级计算机上的移植或者开发比较少.文献［10］对有限元分析软件在超级计算机上的并行化移植开发方法进行了探索，提出3 种方案:一是购买商业性并行有限元软件;二是完全自主开发;三是系统集成，把商业性串行有限元软件与超级计算机并行计算相结合，形成并行化的集成系统.文献［11］论述了商业性大型有限元分析软件Nastran 在神威超级计算机系统上的并行开发思路和实现方案，为超级计算机在有限元并行计算上探索出一条新的途径.文献［12］阐述了Ansys 分布式计算在Linux 集群技术构建的高性能计算平台下的关键配置和应用，对如何发挥Ansys的并行优势提出了建议.以上研究都是基于商业有限元分析软件的移植与开发，并没有从底层去对其进行改造，使其突破商业有限元软件对核数和结点数支持的限制，依旧没有摆脱国外对技术上封锁的局限.本研究尝试以现有的开源有限元求解器Calculix［13］为实验对象，基于超级计算机先导系统，对Calculix 的计算模块CCX 进行并行化改造，探索一条高效快速的技术路径，使其适配超级计算机多结点环境，提高计算效率，并基于C/S(Client/Server)搭建有限元并行计算分析平台.1 Calculix有限元并行方法1.1 国家超级计算广州中心先导系统先导系统由512 个计算结点和2 个登录结点，以及存储结点所组成［14］.登录结点安装RedHat Enterprise Linux 5.5 x86_64 版本操作系统，定制了安全策略，遵循POSIX、LSB 等标准，提供了64 位程序开发与运行环境.计算结点为了保证计算效率，安装RedHat Enterprise Linux 5.5 x86_64 版本精简操作系统，所有计算结点和I/O 服务结点通过天河高速互联网络互连.计算结点配置为两个6 核Intel Xeon X5670 处理器，运行频率2.93 GHz，共计12 核，配备24 GB 内存和Tesla M2050 GPU 加速处理器一块，显存3 GB.2 个登录结点为八路八核共计64 核的SMP架构服务器.全系统共计1 024 个CPU 和512 个GPU，内存容量13.8 TB，其中CPU 提供高性能的指令级并行计算能力，GPU 主要提供高性能的数据级并行计算能力.先导系统的软件系统包括操作系统、编译系统、资源与作业管理系统、并行程序开发环境、全局并行文件系统等，支持广泛的第三方软件，使开源有限元求解器Calculix 在先导系统上的并行化改造和移植成为可能.1.2 有限元分析方法有限元分析过程［15］如图1所示.图1 一般有限元分析流程图Fig.1 The flowchart of finite element analysis在有限元分析中，单元分析、推导单元刚度方程和求解方程这3 个步骤是有限元分析的关键所在.尤其是求解方程，将占整个有限元分析的80%以上的计算量.因此，有限元分析在船舶设计领域中的并行计算的改造主要也是针对这3 个步骤进行.1.3 Calculix分布并行计算改造方法迭代法是一种用一组近似值来逼近真实解的算法.典型的迭代法都比直接求解所需要的存储量更少［16］.由于避免了对零元的操作，这些算法还能进一步减少计算量，通常也都适于并行化.有限元分析中，需要求解线性方程组Ax=b，其中，A为n ×n 的稀疏矩阵，x 为未知量向量，b 为n 维向量.Jacobi 法开始用一个初始向量x0 作为近似解.重复地根据当前近似值xk 计算新的近似值xk+1，推导出如下规律:对此过程进行基于Message Passing Interface(MPI)的并行化求解，在超级计算机上并行求解的流程描述如图2所示.图2 并行求解流程Fig.2 The process of parallel solving2 有限元分布并行计算分析系统2.1 系统架构Calculix 主要包括两大模块:ARPACK 和SPOOLES.ARPACK(ARnoldi PACKage)是用来求解大规模特征问题的软件包，可以解决来自重大应用领域内的大规模对称、非对称(包括Hermiton、non-Hermiton)和广义特征值问题.SPOOLES(SParse Object-Oriented Linear Equations Solver)用于求解稀疏的实数或复数线性方程组.接口P_Solver 的设计是Calculix 用来调用SpoolesMPI 实现多结点并行计算的中间接口.基于超级计算机的计算优势，以Calculix 为核心，结合ARPACK 和SPOOLES 建立有限元分布并行计算分析系统，该系统的整体架构图如图3所示.Calculix 的后端计算模块CCX 既可以直接调用SpoolesMT 实现在单个计算结点上进行多核多线程计算，也可通过P_Solver 接口间接调用SpoolesMPI在多个结点上实现分布并行计算.CCX 除了在管理结点上部署，同时分布在各个计算结点上，以实现管理结点对各个计算结点上子任务的任务管理.图3 有限元分析系统整体架构图Fig.3 Whole framework of finite element analysis system2.2 有限元分析系统实现通过VPN 远程登录广州超算中心先导系统，有限元分析系统的部署流程主要有以下几个步骤:(1)获取Calculix、ARPACK、SPOOLES 的源代码，通过SSH 远程连接广州超算中心先导系统上传源码至用户目录.(2)修改ARPACK 源码里的ARmake.inc 文件，使其指向正确的编译器，保存后编译源码，生成libarpack_SUN4.a 文件，修改SPOOLES 源码，添加MPI 支持库函数.(3)用基于MPI 改造后的Calculix 部分文件代替原有文件，重新配置Calculix 的makefile 文件，指向ARPACK 和SPOOLES 目录，编译器指向MPICC.(4)编译Calculix 后在src 目录生成名字为ccx_2.6 的文件.添加src 目录至系统环境变量.在任务执行过程中，通常不能准确地估算任务量，每次执行都存在较大的差异，任务的运行时间并不严格正比于结点计算能力和任务量大小.在MPI 并行程序运行过程中，鉴于先导系统的作业提交模式和Calculix 的运行机制，为实现负载平衡，设计图4所示的动态任务调度方案，首先将一个包含多个工况的文件按工况大小独立划分成多个大小不同的计算任务，然后根据任务数大小和申请计算结点的繁忙程度执行不同的分发策略，遍历各个计算结点，将任务的大小和计算结点繁忙程度相匹配，大任务对应较空闲的计算结点.如果任务数不大于计算结点数，一次性分发完所有任务给计算结点;否则进行异步方式的多轮分发，首次给所申请资源中的每个计算结点分配一个任务，当某个计算结点计算完毕返回结果后就立刻给它分配新任务，直到所有计算完毕.图4 动态任务调度流程图Fig.4 The flowchart of dynamic task scheduling2.3 系统工作流程有限元分布并行计算分析系统的工作流程如图5所示.有限元分析一般分前处理、求解、后处理3个步骤.前处理包括产生一个有限元模型的几何体的全过程，输入物理特性，描述边界条件和载荷，以及检查模型，该系统既可以用Calculix 的CGX 模块完成前处理，也可以从外界输入模型，比如用商业有限元分析软件Abaqus.图5 系统工作流程图Fig.5 System working processCalculix 的另一模块CCX接收前处理后的文件，生成数学模型，调用在超计算机上基于MPI 开发的并行求解程序，通过并行I/O 读取矩阵文件，求解结果采用快速文件接口输出，完成整个计算分析过程.后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出.2.4 平台实现基于C/S(Client/Server)模式搭建了有限元分析平台.平台功能模块如图6所示.客户端和服务器是一个相对对称的系统，需要互相协作才能完成每个任务.通信模块用于两端数据传输，每次通过VPN 登陆先导系统，服务器端程序则会自动启动，任务管理模块实时监听客户端是否有任务请求，同时反馈回先导系统的结点信息到客户端.图6 基于C/S 模式的有限元分析平台功能模块Fig.6 Functional modules of finite element analysis platform based on C/S model客户端界面如图7所示，界面控制模块:根据用户需求自由调整客户端窗口和局部功能窗口，显示其他功能模块需要的信息;文件管理模块:在本地可实现对本机文件的管理和先导系统上有限元分析系统分析完的文件进行下载和删除等操作;任务管理模块:选择需要在先导系统上进行后续处理的船舶数据文件，同时设置需要申请的计算结点数和核数，即可上传到远端的有限元分析系统上进行分析计算，并且在本地客户端实时显示计算任务实时信息;结点信息模块:查询先导系统所有结点的使用情况反馈回本地，以便合理地申请结点数.图7 客户端界面Fig.7 Client interface3 实验分析有限元分布并行计算分析系统的实验环境为广州超算中心先导系统.实验使用多个船体相关组件作为测试算例分别对该系统进行测试，测试中采用计算5 次求平均值的方法，其中3 个测试算例模型如图8 ～图10所示.对所用算例的分析如下: 图8 算例A 模型图Fig.8 Model A算例A:节点数是8 092，单元数是7 983;算例B:节点数是18 753，单元数是15 047;算例C:节点数是85 968，单元数是85 832.并行计算中的加速比用并行前的执行速度和并行后的执行速度之比来表示，它表示了在并行化之后的效率提升情况，设T1 为单处理器计算同一问题所用时间，Tp 为p 个处理器求解该问题所需时间，加速比为Sp=T1/Tp ，评价算法优劣标准的并行效率Ep=Sp/p，本次试验每个结点使用12 个CPU，3个算例的实验测试结果如表1 ～表3所示.图9 算例B 模型图Fig.9 Model B图10 算例C 模型图Fig.10 Model C表1 算例A 计算结果Tab.1 The calculation of model A计算结点数计算时间/s加速比并行计算效率/%1 88－－2 571.5477.0 3 422.1070.0 4 322.7568.8表2 算例B 计算结果Tab.2 The calculation of model B计算结点数计算时间/s 加速比并行计算效率/%1 226－－2 1391.6381.5 3 992.2876.0 4 762.9774.3表3 算例C 计算结果Tab.3 The calculation of model C计算结点数计算时间/s加速比并行计算效率/%1 1 072－－2 6431.6783.5 3 4352.4682.1 43343.2180.3对比表1 至表3 可以看出，计算耗时与参与计算的结点数成负相关关系，随着并行计算结点数增多，算法的效率相对下降，但是加速比保持上升势头，而并行效率下降的趋势变缓，说明并行程序具有较高的并行加速比和良好的可扩展性.4 结论基于广州超算环境对开源有限元求解器进行并行化优化，充分利用了开源软件的方便改造移植和超级计算机的高性能计算优势，实现了两者的无缝集成，并基于C/S 模式搭建了船舶疲劳强度分析并行计算平台，有效降低了船舶设计中有限元分析计算时间，可以完成单机环境下无法求解的复杂模型求解，为使用Calculix 对大型有限元分析问题提供了高效的并行化解决方案.后续工作除完善现有系统之外，还将深入研究Calculix 与Nastran、Ansys 之间的数据转换问题，扩充其数据格式兼容性能.参考文献:［1］Dhatt G，Touzot G.Finite Element Method［M］.Upper Saddle River，NJ:John Wiley ＆ Sons，2012.［2］Bathe K J.Finite element procedures［M］.Cambridge，MA:Klaus-Jurgen 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船舶结构的稳定性与强度分析

船舶结构的稳定性与强度分析船舶的稳定性和强度是设计和运营船舶时必须重视的重要方面。

稳定性关乎船舶在各种海况下的平稳性和安全性，而强度则决定了船舶在面对外部力量时的抗击能力。

因此，对船舶结构的稳定性和强度进行深入的分析至关重要。

稳定性分析是通过计算船舶在不同条件下的倾覆力矩和还原力矩来确定船舶的稳定性。

这个过程通常被分为两个主要方面的考虑：初稳性和稳性保证。

初稳性是指在船舶水线以下的概念高度中，船舶的初始倾斜能力。

稳性保证则是指船舶在各种倾斜状态下，特别是在考虑到货物分布和燃油分布时，仍然能够保持稳定的能力。

初稳性通常通过以下公式进行计算：GZ = GM × sinθ，其中GZ表示初始倾斜力矩，GM表示重心距离，θ表示初始角度。

重心距离可以通过船舶的几何形状和结构设计参数来计算。

稳性保证则需要进行更加详细的分析，涉及到船舶的稳性曲线、初始稳性杠杆曲线等参数的计算。

强度分析与船舶结构的材料和设计有关，涉及到船舶的各个部件，如船体、船舱、船舶设备等的强度和抗力。

分析船舶结构的强度需要考虑到各种可能的负载情况，如重货物、船舶自身的重量、海浪和风力的作用等。

同时，还需要考虑到各个部件的强度和变形的关系，确保船舶在运营过程中不会因为超负荷或者外部力量而发生断裂或崩塌。

强度分析还包括对船舶的疲劳强度的考虑。

船舶在长期运营中会受到重复循环负载的作用，这就需要对船舶的疲劳性能进行分析和评估。

通过疲劳强度分析，可以确定船舶在使用寿命内能够承受的循环负载次数，并制定相应的维护计划，确保船舶在运营过程中的安全性和可靠性。

总之，船舶结构的稳定性和强度分析是确保船舶在设计和运营过程中的安全性和可靠性的重要环节。

通过对船舶的稳定性和强度进行深入的分析，可以为设计师和船东提供有关船舶结构合理性、载荷限制和维护计划等方面的基础数据，为船舶行业的可持续发展提供保障。

（字数：554字）。

工程力学在船舶结构设计中的应用

工程力学在船舶结构设计中的应用船舶结构设计是船舶工程中的重要环节，其目的是确保船舶在各种工况下的结构强度和稳定性。

而工程力学作为一门应用力学原理解决工程问题的学科，在船舶结构设计中发挥着重要的作用。

本文将探讨工程力学在船舶结构设计中的应用。

一、强度计算船舶在航行过程中会受到各种载荷的作用，如波浪载荷、风载荷、自重载荷等。

在船舶结构设计中，需要计算船体在这些载荷作用下的强度。

工程力学提供了强度计算的理论基础和方法。

首先，通过应力分析确定船体各个部位的应力分布情况。

工程力学中的静力学原理可以用来计算船体在各个方向上的应力。

然后，根据材料的强度特性，结合工程力学中的材料力学理论，计算船体的强度。

例如，可以使用弹性力学理论计算船体的弹性变形和应力分布，从而确定船体的强度是否满足设计要求。

二、稳定性分析船舶的稳定性是指船舶在各种工况下保持平衡的能力。

稳定性分析是船舶结构设计中的重要环节，也是工程力学的应用领域之一。

在稳定性分析中，工程力学可以提供力学原理和方法，帮助设计师分析船舶在不同载荷作用下的平衡状态。

例如，在船舶受到侧倾力矩作用时，可以通过力矩平衡原理计算船舶的倾覆角度。

此外，还可以利用工程力学中的动力学原理，分析船舶在不同航速下的稳定性。

通过稳定性分析，可以确定船舶的设计参数，如船体的宽度、高度等，以满足船舶的稳定性要求。

三、疲劳分析船舶在长期使用过程中，会受到反复载荷的作用，容易出现疲劳破坏。

因此，在船舶结构设计中，需要进行疲劳分析，以评估船舶结构的疲劳寿命。

工程力学中的疲劳力学理论可以用来分析船舶结构在载荷作用下的疲劳破坏机理。

通过应力分析和应力历程分析，可以确定船舶结构的疲劳寿命。

此外，还可以利用工程力学中的疲劳强度理论，计算船舶结构在不同载荷作用下的疲劳强度，从而评估船舶结构的安全性。

四、振动分析船舶在航行过程中会受到各种振动的作用，如波浪振动、机械振动等。

振动分析是船舶结构设计中的重要内容，也是工程力学的应用领域之一。