船舶钢结构焊接有限元模拟及应用
夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析
第2期收稿日期：2009－07-13作者简介：刘雪松（1985－），男，硕士研究生。
研究方向：船舶结构力学。
E -mail ：tinsug＠yahoo．com．cn周玉龙（1955－），男，研究员。
研究方向：船体结构强度和船舶性能第5卷第2期2010年4月中国舰船研究Chinese Journal of Ship ResearchVol .5No.2Apr.20101引言目前国外的玻璃钢船长度已经达到70m 以上，甚至某些军船也采用玻璃钢材料，而我国现阶段只能制造长40m 以下的玻璃钢船。
不但在尺度上落后于国外，即使同尺度玻璃钢船，其结构形式也跟国外先进技术存在差距［1，2］。
受限制的不是玻璃钢材料本身的性能，而是缺乏这方面的结构设计和结构计算方法。
2玻璃钢船的结构特性玻璃纤维增强复合材料由于比强度高、不锈蚀、建造工艺性好、使用周期成本低等优点，在船舶工业中得到越来越广泛的应用。
与同尺度、等截面的钢质船相比，玻璃钢船的刚度只是钢质船的115~120。
因此，为了满足强度要求，玻璃钢船在结构形式上和钢质船有所差别。
2．1玻璃钢船的骨材形式玻璃钢材料因其弹性模量低而容易产生扭曲和弯曲变形，因此玻璃钢船的骨材就需要采用特定的截面形式来抵抗弯扭变形。
通常情况下，玻璃钢船的骨架梁材会采用梯形帽形截面，截面表面夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析刘雪松周玉龙江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003摘要：目前各大船级社普遍缺乏新颖玻璃钢艇体结构强度的计算规范，因此设计者需要直接计算艇体结构强度。
在研究玻璃钢游艇的基础上，用ANSYS 软件建立全船有限元模型，采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析整船结构强度。
分析中所采用的方法对于正确地进行玻璃钢游艇整船直接计算具有指导作用和实用价值。
同时所采用的冲击力和水动力加载方法可应用于其他类型的高速艇结构强度的有限元分析。
关键字：玻璃钢；夹层结构；结构强度；ANSYS 中图分类号：U661.43，U674.934文献标志码：A文章编号：1673－3185（2010）02－45－04Finite Element Analysis of the Global Strength of FRP Yachtwith Sandwich StructuresLiu Xue－songZhou Yu－longCollege of Marine and Shipbuilding Engineering ，Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003，JiangsuAbstract ：T he codes and regulations provided by the major ship classification societies for comput ing strength of fashionable FRP yacht are very rare．Therefore ，designers turn to the direct method to com-pute the structur al strength．Based on the study of FRP yacht ，a finite element model of full yacht was generated by software ANSYS with layered shell elements to treat composite materials and sandwich structures as well as to compute the structur al strength of the full model．The method s used in the paper ha ve provided some advices on how to perform direct computations of FRP yacht in a right way and therefore are of practical values ．The two loading methods applied in this paper ，impulsive forces and hydrodynamics ，can also be used to perform finite element analysis for other similar boats of high speed．Key words ：FRP ；sandwich structure ；structur al strength ；ANSYS第5卷中国舰船研究铺设玻璃纤维，中间空心部分填充芯材。
有限元法在船舶检验工作中的应用
作 者简 介 ： 冯从泉 （ ９ ６ ） ， １ ７一 ， 江苏如东人 ， 男 南通市地方海事局船舶检验科工程师 、 验船师 ， 硕士生 。
第２ 期
冯从泉 ： 有限元法在船舶检验工作 中的应用
４ ７
２１ 审核 选取 与 建立 有 限元模 型 ．
采 用 三 维有 限元 模 型 ， 见 图 １选取 散 货 船 货 舱 区 的 １ 个 货 舱＋ 个 货舱 ＋ ／个 货 舱 ， 详 ， ／ ２ １ １ ２ 因为 没有 重货
第９ 第２ 卷 期
２ １ 年 ６ｑ ００ ，
南通航运职业技术学院学报
Ｊ Ｕ Ａ ＦＮ Ｔ Ｎ Ｃ Ｔ Ｏ Ｌ＆ Ｔ Ｃ Ｏ ＲＮ Ｌ Ｏ ＡＮ ０ Ｇ ＶＯ Ａ Ｉ ＮＡ Ｅ ＨＮＩ Ａ Ｈ Ｐ Ｉ Ｇ Ｃ Ｌ ＧＥ Ｃ ＬＳ Ｉ Ｐ Ｎ ＯＬ Ｅ
Ｖｏ ． ２ １９Ｎｏ．
验工作 中的应用 ， 并提 出了注意事项 。 关键词 ： 有限元 ； 用； 应 船舶 ； 验 检
中图 分 类号 ： ６ ２ Ｕ９． ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １９９ （０ ０ ０ ．０ ６０ １７ ．８ １２ １）２０４ ．４
０ 引 言
有 限元 法是 随着 计算 机技 术 的进 步而 迅速 发展 起 来 的一种 最 有效 的现 代计 算方 法 ， 正被 日益广 泛运 用 于计 算机 辅助 工程 分 析（ Ａ ） Ｃ Ｅ 。近年 来 ， 舶 工业 发展 迅速 ， 舶大 型化 趋 势 日益 明显 ， 限 元方 法 逐渐 成 船 船 有 为船舶 设计 中最 有效 的工 具之 一 。对 船舶 检验 人 员来 讲 ， 船 舶检 验特 别是 在 审图 工作 中往 往会 遇 到船 舶 在
静、 动分析 ， 用来求 解外 载荷 引起 的位移 、 力；５ 还可 以进 行结 构稳 定性分 析 ， 主要 有线 性和 非线 性 屈 曲 应 （） 这
有限元分析在钢结构工程施工中的应用
有限元分析在钢结构工程施工中的应用摘要：现阶段，我国的综合国力不断地提高，人们的生活水平也越来越高。
为满足人们文化及精神生活的需求，各种大型建筑应运而生。
尤其，近年来各种空间钢结构不断涌现，如网架结构、桁架结构、网壳结构等广泛应用于实际工程中。
对大跨空间钢结构而言，由于其结构施工过程复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险的概率要比其他结构高。
运用有限元分析，可以在钢结构施工过程中进行计算机模拟跟踪计算，为施工过程提供安全精确的数值分析结果和动态模拟。
关键词：有限元分析；钢结构工程施工；应用引言随着我国经济的发展，大跨度空间钢结构的形式也日趋复杂，施工过程对结构的影响不能忽略。
用施工力学的方法对施工过程进行预分析，不仅可以优选结构施工方案，而且保证施工过程中结构的安全性以及竣工状态结构的内力和位形满足设计要求。
本文基于ANSYS、MARC等大型有限元平台上，并充分考虑施工步骤，等的影响，对结构施工进行跟踪模拟分析。
1有限元方法及软件介绍有限元法可以称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将物体（即连续求解域）离散成有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的数值分析法。
结构在施工过程中是逐层承受荷载的，并引起结构相应的内力和变形，每次对结构施加荷载时，结构便形成刚度，便产生内力与变形。
当增加下一结构时，所施加的荷载与原来形成的荷载一起影响结构的变形与内力，这样不停地变化，内力与变形也在不停地发生变化，每次形成矩阵不断地迭代求解，有限元则是采用单元生死技术来控制结构的先后顺序，模拟变形，得到所需要的结果。
结构施工建模步骤如下：（1）建立构件三维空间有限元模型，形成结构整体刚度矩阵；根据施工步骤划分施工阶段，分阶段建模。
（2）利用有限元软件ANSYS的单元生死技术钝化所有施工步（包括构件及其相应的边界条件、荷载和约束），先将整体结构建模，按照施工的顺序，将未建造结构单元的刚度矩阵乘以一个很小的缩减因子，即单元生死系数，这样单元就处于失效的状态下；（3）将单元载荷、质量、应变和刚度设为0值，未建结构单元的质量、刚度对已建结构不产生任何影响。
典型船舶焊接接头应力集中系数有限元分析
破坏 的重 要 原 因 。因此 ， 究 焊 接 接 头几 何 参 数 研 对焊 趾处 的应 力 集 中 系数 的影 响 ， 于 准确 计 算 对 焊趾 处 的应 力分布 ， 分析 疲 劳强度 ， 高疲劳 寿命 提
预测 精度 有重 要 的意 义 。 目前对 焊接 接头应 力集
ａ 单 侧 加 强 高 对 接 接 头 ）
到 １５ ， ． ５ 减小 了 ２ 。 ％ ； 从 ４～６ｍ ｌ Ｋ 南 １ ３ ４０ ｒ ｉ， ｌ ．７ 减小 到 １ ２ ， ． ８ 只减 小 了 ６ ６ 。 ．％
同样 ， ５ ，５ 时 ， 得结 论也 大体 相 同。 ０：１ 。４ 。 所
图 ３ 网格 划 分 （ ０ ０＝１ 。 ｒ＝ ， ５）
中 系数 的 研 究 ［ ］ 武 汉 理 工 大 学 学 报 ，０ ５ ２ （ ） Ｊ． ２ ０ ，９ １ ：
３ 应力 集 中区域 单 元 网格 的划 分 ， 整 个 计 ） 在 算 过 程 中 占据 了重要 的地 位 。焊趾处 单元 网格 尺
本 文在 建模 过程 中 ， 先进 行模 型试 验 ， 断对 不 网格 细 化 ， 现 当 网 格 最 小 单 元 达 到 ０ ０ ｌ 发 ．９ ｍｎ
４ 结 论
１ 焊 接 接 头 几 何 参 数 对 于焊 趾 应 力 集 中有 ）
时， 不管 网格再 怎么 细化应 力 系数值 都保持 不变 。
０为焊 趾倾 角 ， 为焊 趾过渡 圆弧 半径 ， 为板厚 。 ｒ ｔ 网格划 分 的最 小 单 元 尺 寸 为 ０ ０ ｎ， 料 ． ９ Ｉ ｌ材 ｎ
１ 对 接 接 头 的 简化 处 理
对接 接头 是船 舶与海 洋． 程结 构 巾常见 的焊 ［ 接接 头形 式 。对接 接头 由焊缝 金属 、 合 区 、 熔 热影
Ansys在船舶有限元分析中的应用技巧_梁单元
Ansys 在船舶有限元分析中的应用技巧———梁单元刘 九虎 陆红艳 (华南理工大学交通学院)(上海船舶运输科学研究所)关键词 船舶 有限元 Ansys 梁单元一 前 言船舶作为水上的结构物,在对它进行有限元分析时,通常会以加筋板的形式进行模拟,所以板壳元和梁元是此类分析中最常用的单元。
本文针对Ansys 当中的三维梁元beam44的应用技巧展开讨论。
早期的有限元软件在处理梁单元时,通常存在以下缺点:(1)实常数定义较为麻烦通常对三维梁元而言,需要用户给出梁截面一系列参数:截面积、关于两个轴的惯性矩、扭矩、抗弯模量等,这些参数都需要用户通过计算或查表得到。
(2)梁的定位不直观通常一个梁元的定位需要三个点:起始节点i 、j 和定位点k (对于角钢、工字钢等型材而言,通常取其腹板平面上的某一点k ,且k 不与i 、j 共线)。
早期的fem 用户在前处理的时候看到的梁元仅仅是一条直线(如图1直线25所示),这样就有可能发生图2-(b )、图3-(b )所示错误而不自知。
图1图2-(a ) 甲板结构T梁的正确定位图2-(b ) 甲板结构T 梁的错误定位图3-(a ) 舭部结构T 梁的正确定位 图3-(b ) 舭部结构T 梁的错误定位二 Ansys 梁分析中的几点应用技巧本文首先结合图1所示加筋板结构谈一下beam44的应用技巧(以下如不特别声明,长度单位为cm ,力的单位为kg f )。
图1中板1346为船体某处甲板(图中已给出各点坐标),下面铺设一根甲板桁25,尺寸为┴6×1006×120(单位:mm )。
1 选择单元类型Preprocess or →E lement T yent T ype :选Shell63和Beam442 定义梁单元截面尺寸Preprocess or →Sections →Beam →C omm on Sectns :注意:O ffset T o 、O ffset -Y 和O ffset -z 的填写3 定义实常数Preprocess or →Real C onstants →…定义板的厚度,梁的实常数不用定义(因为前面已经定义了梁的截面)图44 定义材料Preprocess or →Material Props →Material M odels …5 建立几何模型Preprocess or →M odeling →Create →K eypoints →In Ac 2tive CS …Preprocess or →M odeling →Create →K eypoints →Lines…Preprocess or →M odeling →Create →Areas …6 赋板和梁的属性赋板的属性Preprocess or →Meshing →Mesh Attibues …赋板的属性赋梁的属性Preprocess or →Meshing →Mesh Attibues →Picked Lines +:图5注意(图4):●Pick Orientation K eypoint (s )钩选框默认值是N o ,这里须钩为Y se 。
HyperWorks在船舶与海洋工程中的应用-有限元建模
HyperWorks在船舶与海洋工程中的应用-有限元建模
HyperMesh: 主要的海洋工程有限元建模工具
当前构建船舶和海上结构的有限元模型是海洋工程师面临的巨大挑战。
它可能成为仿真有效影响船舶和海
上结构设计流程的瓶颈。
Altair’s 的建模技术是克服这一挑战的解决方案。
它确保了快速和有效的生成全船和海上结构模型。
∙无缝读写所有常见的商用CAD系统与CAE求解器以及轻松定制任何非标准或专有的CAD数据或仿真求解器。
∙快速创建，修复和清理几何。
∙快速从全船大尺寸模型创建精细化的用于疲劳分析的详细模型。
∙自动从复杂3D CAD模型抽取、延展、切分和缝合面。
∙通过质量优化网格划分工具第一次就得到正确的网格来缩短建模时间。
∙使用BatchMesher自动生成1D,2D和3D模型网格。
∙轻松处理上百万单元的大模型。
HyperMesh中所有的功能可以整合到流程自动化中来标准化重复的任务和显著提高整个模型建立的速度。
这已经得到证明可以比传统方法减小50%的建模时间。
HyperMesh是海洋行业建模解决方案。
有限元法在船舶检验工作中的应用研究
有限元法在船舶检验工作中的应用研究
龚 拮 山东省威海船舶检验局 山东威海
２ ６ ４ ２ ０ ０
Ｅ ＝ ２ ． ０ ６ ×１ ０ ５ Ｎ／ ａｍ ｒ ， Ｐ ｏ ｉ ｓ ｓ ｏ ｎ ｂ ｋ ｖ ＝Ｏ ． ３ ， 质 量密 度 【 摘 要ｌ本文主要将江苏省船舶检验局审图并且检验的最大散 氏模 量 即 ：（ ： ７ ． ８ ５ × １ ０ ３ ｋ ｇ ／ ｍ ） 。 货船 ， ￣ Ｆ ３ ２ ０ ０ ０ Ｄ Ｗ Ｔ 散 货船 作为研 究的例 子， 分析并总结 了 有 限元 法在船 ｐ 舶检验 工作 中的具体 应用， 同时提 出了 相关的注意事宜， 以便 能为船舶检 ３ ． ３ 审核有限元模型网格的划分是否正确。 船体结构的有限元网 格 沿着 船壳 横 向按 照纵骨 的 间距或者 类似 的间距 进行 划分， 纵 向按 照 验人 员 提 供参考。 Ｉ 关键 词 】有限元 法； 船舶检 验 ； 应 用研 究； ３ ２ ０ ０ ０ Ｄ Ｗ Ｔ 肋 骨 的间距或 者类 似的 间距进 行划分 ， 网格 的形状 最好 尽量接 近于正 方 形。 需 要 注 意 的是 ， 在 高应 力 区以 及高 应 力的 变化 区 （ 例如： 减 轻 １ ． 前言 孔、 人孔 ， 舱 壁 和凳 相 接 处 ， 附近 的 肘 板或 者 结 构 的不 连续 处 。 ） 尽 所谓的有限元法， 就是随着计算机技术的进步而快速发展起来 量 避免 采用 三角形 的单元 。 的一 种 有效 的现 代计 算 方 法 ， 目前正 被 广泛 地 应 用 于计 算 机 的 辅 助 ３ ． ４ 审核边界条件设置的正确性 。 为了使计算结果更能接近实 工程分析（ Ｃ ＡＥ ） 。 最近几年来， 随着船舶工业的不断发展， 船舶大型 际， 必须分析有限元模型的受力状况， 设定模型的边界条件：（ １ ） 元 化的趋势 日 益 显 著， 而有 限 元法 正 逐 渐 地成 为 在 船 舶 设 计 中最切 实 模 型 的后端 的部 分 保 持在 一 个平 稳 的状 态 ， 任 何处 在剖 面 的独 立 点 有效 的 方法之一 。 对 于 船 舶的检 验 人员来说 ， 在 进行 船 舶检 验 尤其是 与其他任意一个节点相关， 对独立点加压弯矩；（ ２ ） 元模型的前端的 在审图的工作中经常碰到船舶的结构强度直接计算的审核， 因此， 熟 部分保持在一个平稳的状态 ， 任何处在剖面的独立点与其他任意一 对 独立 点加 压 弯矩 。 悉并且 掌 握一 些 在船 舶 设 计 过程 中比较常 用的 有 限元 方法 是有 很大 个 节点 相关 ， 好 处 的， 而 且也是 必须 的。 ３ ． ５ 审核 计 算 工况 。 通 过 对 散 货船 对 计算 选 取 的 要求 分析 以 及 至今 为止 ， ３ ２ ０ ０ ０ Ｄ ＷＴ散 货船 是 目 前 江 苏省 船 舶 检验 局 批 准仍 结合本船的所有具体情况 ， 明确有六种计算选取的情况 ： 一般压载工 在 建 的 最大 型散 货船 ， 该 艘 船 打 破 了地 方船 检机 构 的 检 验船 舶船 长 况 、 轻 货工况 、 重货工况 、 附加 工况一 、 附 加 工况二 、 附加 工况 三。 不 超过 １ ５ ０ 米 的局面 。 该 艘 船 的 图纸 由浙 江省欣 海 船 舶设 计 研 究所与 ３ ． ６ 审查模型载荷的合理以及正确性。 有限元模型载荷需要实际 江苏科技大学船舶设计研究所共同设讯 审核， 在设计的过程中使用 的 承 载 检验 之 后 才能 得 出实 际的 载荷 量 ， 通 过 对 实 际用于 船 舶的 重 有限 元方 法完 成了货舱 区域 的结 构强度 计算 （ 结 构 强度 有屈 曲强度 、 量 按规 定步 骤要 求 放进 模 型中， 查 看是 否具 有合 理性 。 一般 的载 荷来 屈 服 强度、 纵 骨疲 劳 强度 以及 热 点疲 劳强度 ） ， 舱 口盖 的强度 计算 、 锚 源于 ： 水压 力、 端 面 弯矩 以及货物 重 量压 力等 。 机 底座 的强 度计算 等 。 ３ ． ７ 检查计算工况的结果。 有限元模型的所有计算程序都是通过 自动化的计算机模式进行， 船舱需要直接计算的部分有： 曲服强度、 ２ ． 有限元法的特点 通 过 应 力结 果 进行 综 合数 据 分 据相关资料表 明， 一个新的产品能够在设计 的阶段解 决超 过 纵骨 疲 劳以 及船 舶的 热 力等 强度 值 ， 能够对模型的所有受力的具体情况有详细了解。 对计算应力结果 ６ ０ ％ 的问题。 有限元方法是一种求解各种繁复工程问题的重要分析方 析， 包括 强度许用 值的 具体位 置以 及应 力值 的结果 都 法， 同时也是开展科学研究的重要工具。 运用有限元方法就能够在产 时 出现 的所有 问题 ， 品（ 包 括 结构 以 及 工艺 ） 设 计 的时 候 进行 参 数 的分析 与优化 ， 以此 来 能够快速找到。 对船舶舱口的材料的硬度和强度以及固定船 舶前侧 提 高产 品的质量 。 有 限元 的分析 法 目前 已经成 为了取 代大 量实 物进 行 甲板 的锚机 材 料 的硬度 和强 度的计 算结 果是 在美 国的Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ 软件 计 试验的数值化 “ 虚拟试验” ， 在该种方法的条Ｗ Ｆ ， 大部分的计算分析 算下完 成 的， 本 文不做 进 一步 解释 。 以 及典 型 的验 证性 试 验 进行 相互 结合 能 够提 高效 率 以及 降低 成 本 。 ３ ． ８ 注意事项。 使用任何软件计算均要根据严格的规范要求进行 在 对有 限 元法 的使 用功 能 上 ， 其 具 有以下 的特 点 ：（ １ ） 它 是一 种完 全 作业 ， 注 意 要 求主 要 有几下几点 ：（ １ ） 有 限元 模 型 除了特 殊情 况 外 ， 适 用于Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ 界面 下 工作的新 程 序， 且 应用 更加 的简单方便 。（ ２ ） 均要 使 用符 合 “ 钢规” 规 定 的尺 寸的 构 件 ；（ ２ ） 有 限元 模 型的 所有机 它不但 能够进 行线 性 分析， 而 且还能 够进 行各种 各样 的非 线性 分析 。 构和数 据以及实际问题的应对零件均要求更够利于计算工况 ， 且按 （ ３ ） 它属 于 一种 综 合 性 的多物 理耦 合 分析 软件 ， 一般 用 户能 够进 行 相 关指 南进 行 作业 。 对 结 构和 载 荷 的功 能 均要 能 够 得出正 确 且合 理 ３ ） 实际 板材 的尺寸和 厚度严 格按 照设计 图纸 选取 ； 类 似于 热 、 结 构、 电磁 、 流体 流 动 等 的独 立研 究 ， 此 外还 能 够 对这 些 的应 力值数 据 ；（ ４ ） 对 于构 件 中的人孔等设 备允许用 同等 效果 的 板元代 替 ；（ ５ ） 用 同 分析进行相互影响研究。（ ４ ） 它能够进行结构的静和动分析， 用以求 （ 解 由外 载 荷 而 引起 的 位 移 和应 力。（ ５ ） 还能 够 进行 结 构 的 稳 定性 分 样质量和效用的Ｔ型材代替球扁钢；（ ６ ） 所有边界条件的设置均在规 析， 其主 要有线 性与 非线 性 的屈 曲分析 。 范要求的指导下进行；（ ７ ） 对于模型的载荷施加情况需要设计合理 ， ３ ． 有 限 元法 在船 检 之 中的应 用 合理进行计算；（ ８ ） 三角形单元的使用需注意， 舱壁、 减轻孔、 结构不 近几年来， 船 舶 的 大 型化 促 进 了有 限 元 法 和 船 舶 设 计 的 相 互 连接 的地 方等 则不能 使用 。 结合， 这 种 结 合 也 开始 逐步 的应 用 到具 体 的 船 舶 检 验 工 作之 中。 如 ４ ． 结 束 语 此 便 要 求 船 舶 的 检 验 人 员必 须 要 在 掌 握 有 限 元基 本 方 法 步 骤 的 前 随 着 船 舶事 业的 不断 发 展 ， 有 限元 法在 辅助 船 舶的 设计 过 程 中 这能够充分的体现了现代计算机技术辅助 提下， 完成 审核检验有 限元方法使 用的正确性以及合理性 。 对 于 越来越得到广泛 的运用， ３ ２ ０ ０ ０ Ｄ ＷＴ散 货船 货舱 区域 结 构强 度的 计算 主要 是采 取 美 国宇航 局 设 计 的优 越 性能 。 如果 船 舶 的 检 验人 员了解 并且掌 握 了这一 类 的技 （ ＮＡＳ Ａ） 所 开发 的ＭＳ Ｃ． ＮＡＳ Ｔ ＲＡＮ结构 有 限元 分析 的 软件 。 将 计 术方法之后， 就可以方便又快速地进行船舶的舱段以及船舶 中特种 这对 于 现 实工作 中船 舶 的设 计 和 制造 算的屈服强度作为例子， 应该要根据以下的步骤方法进行审核以及检 构 件 相 关 强度 的校 核 和检 验 ， 验。 具 有 良好 的指 导 作用 ， 有 利 于 船 舶检 验 人 员在 审 图的环 节 就可 以有 ３ ． １ 审核的选取和建立有限元模型。 采取三维的有限元模型， 选 效地把握并确保船舶的质量。 择散货船货舱区的半个货舱＋ １ 个货舱＋ 半个货舱， 由于没有重货舱， 因此能够选择船中货舱Ｎｏ ． ３ 舱 当做评估的对象 ， 舱段模型的纵向范 围由肋位 Ｆ ｒ ａ ｍｅ ９ ８ ￣ １ ］ 肋位 Ｆ ｒ ａ ｍｅ １ ７ ７ ， 其 中Ｆ ｒ ａ ｍｅ ｌ １ ８ 与Ｆ ｒ ａ ｍｅ ｌ ５ ７ 是 横 参考文献 【 １ 】 郭伟立 ， 宁萍． 法定船舶检验的种类及法律特征【 Ｊ ］ ． 科 学咨询 舱壁所在的肋位， 垂向范围是船体型深。 由于舱段的结构以及计算载 （ 科技 管理 ） ， ２ Ｏ １ １ ， ４ ５ （ ； ５ ） ： ５
船舶结构有限元建模与分析02
[将火箭处理成壳单元和梁单元模型]
3、
●
火箭——壳结构的例子
再近一点眺望火箭
再近一点眺望火箭，则从火箭本身到助推发动机结构的细节处都可以看得到。 例如，壳体部分和助推发动机的连接部分因为是容易发生应力集中的部位，需要 充分进行校核。 象壳体与助推发动机那样的连接部分，为了评价局部区域的3维应力状态用局部 放大的方法就很方便。
3、
●
火箭——壳结构的例子
火箭的模型化
横风吹向发射以后的火箭，火箭就边控制方向边向着目的地飞去。我们称这为姿 态控制。 姿态控制中的火箭，受到很大的弯曲载荷的作用。 这里，为了分析受到横风作用的火箭的强度，来讨论一下CAE分析所用的模型的 Description of the 转换过程。 company’s sub contents 象以前所做的一样，结合分析目的，试试变换眺望火箭的位置。 (1)、从远处来眺望火箭，则是在看到整个火箭而进行简略的模型化处理时的情况。 (2)、在近处来眺望火箭，则是在进行局部的详细的模型化处理时的情况。
[将电车用板单元形成的模型]
2、
●
电车——板架结构的例子
从近处眺望电车
一般来说，具有开口的结构，它的角上要产生应力集中。 象电车这种情况，在设计的时候也应该充分注意这种应力集中的现象。 这时如果使用板单元将结构进行模型化的话就能掌握应力集中的现象。
开口的角落部分，因为是应力急剧变化的地方，这些地方要用相当小的板单元来 模拟，这一点很重要。
●
再走近点眺望铁塔
在把接头周围的强度作为分析目的时，要将铁塔的接头构件以及与接头连接的构 件切出来，并且把这些构件用小块的板状有限单元模型（把它称为板单元）来处 理，再把它们集合起来形成一个结构模型。
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
船舶结构有限元建模与分析01
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。
23
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 。
32
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
44
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？
45
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
46
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。
ANSYS有限元分析法在船舶审图中的应用——以110米趸船钢引桥审图为例
ANSYS有限元分析法在船舶审图中的应用——以110米趸船钢引桥审图为例第10卷第1期2011年3月南通航运职业技术学院JOURNALOFNANTONGVOCATIONAL&TECHNICALSHIPPINGCOLLEG EV o1.1ONo.1Msir.2011doi:10.3969/j.issn.167l—-9891.2011.01.018ANSYS有限元分析法在船舶审图中的应用——以110米趸船钢引桥审图为例王恒财(南通市地方海事局船舶检验科,江苏南通226010)摘要:文章结合对110米趸船钢引桥有限元直接计算的审图分析,阐明应用ANSYS有限元分析方法进行审图的过程及注意要点,对船舶审图工作的开展提供了新的解决思路.关键词:ANSYS;有限元;船舶;审图中图分类号:U674.24文献标识码:A文章编号:1671.9891(2011)o1.0071.030引言有限单元法(FiniteElementMethod)作为一种有效的数值模拟方法,目前已广泛应用于众多工程领域如机械,土木,船舶,航空,航天等领域.近几年随着我国船舶工业的迅猛发展,船舶大型化发展趋势明显,同时伴随着一些新的船型,新材料的出现和应用,有限元分析方法迅速成为船舶设计和解决超出规范公式计算适用范围船舶的主要工具.地方船检作为实施船舶检验,船舶审图等职能的法定机构,应了解,掌握船舶设计常用的有限单元法,这对顺利开展船舶审图工作是非常必要的.趸船是无动力装置的矩形平底船,固定在岸边,码头,其连接上钢引桥可完成船舶停靠,旅客进出,货物装卸等功能.为保证其正常运行,钢引桥的应力大小及变形程度应满足规范的要求.本文研究的一艘码头系泊趸船长l10米,停靠在沿海遮蔽水域的港湾,供两舷同时系泊长130m,吃水4m 的船舶,其趸船尾部用钢引桥与岸边码头基础设施活动连接.钢引桥与趸船采用活动连接,下设承重支撑结构,钢引桥宽10m,长约23m,按标准集装箱40英尺平板车进行结构设计.钢引桥两边设人行道,中间为车道,可供双向车辆同时行驶通过.钢引桥的基本参数如下:车长,15000mnl;车宽,2500rain;车高,4000mm;前轴负荷,30kN;中轴负荷,2xl20kN;后轴负荷,2x140kN;汽车总重力,550kN;前轮着地宽度及长度,0.3mx0.2m;中后轮着地宽度及长度,0.6mx0.2m;轴距,(3+1.4+7+1.4)m.本文以钢引桥为例,介绍该种结构有限元审图工作中需注意的问题,供地方船检机构审图人员借鉴.1计算审核1.1钢引桥的结构计算审核根据中国船级社《国内航行海船建造规范》(2009)车辆甲板(第二篇第二章第21节)的要求对其强度计算进行审核,其车道甲板,底板,纵骨,纵桁,强横梁均需满足规范要求.[I1.2钢引桥的有限元计算审核根据钢引桥的基本结构图以及给定的载荷条件等资料进行有限元模型的建立,计算应用通用有限元结构分析程序系统ANSYS完成.[21钢引桥结构ANSYS模型如图1所示.(1)模型的建立.钢引桥结构的板材采用四节点板壳单元模拟,各类骨材采用高精度的梁元模拟.(2)边界条件.钢引桥结构计算模型的边界条件为:钢引桥与岸端接触处,与趸船连接支承处均取为白收稿日期:2010—12—19作者简介:王恒财(1977一),男,黑龙江哈尔滨人,南通市地方海事局船舶检验科助理工程师.南通航运职业技术学院2011年由支持.(3)施加载荷.直接计算时钢引桥上承受两辆55O载重汽车的载荷,其汽车轮位如图2所示,各轴载荷值分别取为:第一轴,P=30kN;第二,三轴,P=120kN;第四,五轴,P=140kN.汽车轮压按集中力方式施加在相应位置上,实际计算时按车辆负荷的1.1倍施加,两车置于钢引桥中部,不考虑偏心加载,并按以下两种最不利的位置情况进行计算.工况一:两车均整车位于钢引桥上,且将车轮置于最不利载荷位置处,轮位图及载荷如图2所示;工况二:两车的后四轴位于钢引桥上,轮位图及载荷如3所示.图2工况一的轮位示意图__'_F二:-_二F二__厂_二二:干__二__二『二二___一=i二:__F干=..F百蘸F丰-二『;=干嚣丰三幸器重聿三{三j.丰二琊耳一}+一!,…}__—旺-_}一一?悃辟二=}=::l=二二二二1.:二:章茸二二l-二二_-二二;章三E三二亡====__==E二二亡二=匕==_[=三E==__==_亡图3工况二的轮位示意图(4)结果分析.结构整体的相当应力如图4所示,结构整体的变形如图5所示.图4结构整体的相当应力(N,mm.)图5结构整体的计算变形(mm)}寸『『-rf肆器i雾蔚蔓一E一卜～E一巴一一j三丑翌～一蔷嚣登籍至幸辜王圭～一十一丰午_禚一一一一鼙至鼙蓑#～蠢章至圭茎一盖睡L第1期王恒财:ANSYS有限元分析法在船舶审图中的应用73根据中国船级社《钢质海船入级与建造规范9(2009)第2分册第9章第6节9.6.2的要求,许用弯曲应力与许用挠度分别为:许用弯曲应力【O"e]=141N/mm,许用挠度【f]=L,400=23o00/400=57.5mm.两种工况下,计算应力值的大小如表1所示.从表l可以看出,本船钢引桥结构的最大计算相当应力值及挠度满足:【,一]=111.9N/mm<[O"e】=141N/mm,[]=l1.2mm<[q=57.5mm. 因此钢引桥的结构满足强度及刚度的要求.表1两种工况下计算应力值2审图要点从以上工作可以看出,在实际审图计算校核时主要应考虑到以下几点:(1)有限元模型建立应满足规范要求.车辆甲板结构强度的直接计算模型应采用二维或三维或板梁组合模型,模型范围选取原则通常为:以车辆甲板的纵桁和强横梁为主要分析对象,纵向至少取二分之一的甲板长度,也可根据载荷分布,甲板结构及支撑结构具体情况,选择某一段典型甲板结构计算模型,本例钢引桥采用SHELL63板壳单元模拟,骨材采用高精度的梁元Beam188模拟,选取整体作为计算分析模型是正确的.(2)模型各结构尺寸及所使用材料的属性等正确性审核.构件的形式,厚度,长度等应该与基本结构图一一对照以保证二者的一致性,这是进行计算校核的前提.材料属性为钢,DENS=7.85E.006,E=2.06+005,POISSONl_0.3.(3)网格划分按照沿钢引桥横向按照纵骨间距划分,满足规范对网格划分的要求,使得结果更真实准确.(4)边界条件和载荷施加.该跳板应处于放下即与岸边码头和趸船自由连接,为自由支撑,校核载荷时应在车辆不利的位置载荷应以1.1倍系数施加,其中1.1倍载荷为审核的重点. (5)计算结果的审核.ANSYS中图形显示是最有效的查看结果方式,通过计算查看实际的应力和变形,反应真实的计算结果,校核所提交资料结果的真实性和准确性,为设计是否满足规范要求提供确切的保证.3结束语ANSYS有限元法作为一种有效的数值模拟方法,目前已经广泛的应运于众多工程领域如机械,土木,船舶等,地方船检作为实施船舶检验,船舶审图等职能的法定机构应做到:①加强业务培训,掌握ANSYS有限元的软件的使用方法,增加审图手段,适应船舶审图新形势的发展需要,为船舶建造,船舶审图等业务的开展提供基础;②深入学习相关建造规范,加强与设计院,高校,有限元使用培训机构的联系,发挥各自优势,更好的掌握相关软件的使用;③目前船舶设计,审图使用较多的软件MSCPATRAN/NASTRAN,p应熟练掌握ANSYS软件成为船舶审图的第二手段,使结果得到更加有效的验证.参考文献:【l】中国船级社.钢质海船入级与建造规范(2oo9)【M】.北京:人民交通出版社,2009.【2】涂振飞.ANSYS有限元分析工程应用实例教程【M】.北京:中国建筑工业出版社,2010.【3】李邦国,路华鹏,胡仁喜.Patran2006-~Nastran2007有限元分析实例指导教程【M】_b京:机械工业出版社,2008.(下转第84页)南通航运职业技术学院和事教育大家.这种形式灵活,生动,有较强的吸引力.同时,还有较强的启发性和感染力,是对船员进行普遍安全教育的好形式.组织这类报告会应选择与受教者有较强类比性的典型案例,来增强报告的说服力.(2)课堂式教育.主要是海事管理机构对一些政策性,公约性,理论性比较强的课题或重大的时事问题,进行深入,系统的讲解培训.采用这种教育形式的关键是针对被教育者的文化,知识结构,选择教学内容.教学内容的选择要容易理解,容易记忆,贴近船员的知识结构和实际水平.(3)座谈式教育.请专业人员或者经验丰富的一线船员,选择一些船员关心的话题,面对面进行互动式交流研讨,分享经验,消化吸收安全知识,增强安全意识.这种教育方式人数不能太多,一般2O人以内为宜.(4)解答式教育.采用"答记者问"的安全教育方式,培训者与接受培训的船员之间,双向,互动提问释疑.这种边提问,边宣传的教育,教者能及时了解对方理解的程度,激起对方的思维,学者能把自己平时遇到的难题反映出来,彼此间还可从别人的解答中受到启发,针对性,启发性较强.这种方式需要注意是,提问应该简洁,明了,考虑成人教育的特点,合理控制难度,避免造成尴尬僵局.(5)实例式培训.对一些操作性比较强的课题,可以采取实例讲解和模拟演习的方式,让船员根据示例的发生,发展,增强分析问题,处理问题,解决问题的实际能力.(6)个别解决问题式教育.针对工作中暴露出的问题,及时采取官教兵,兵教兵,能者为师的一对一单个式教育,帮助船员纠正错误行为,提高安全自觉性.实施个别教育,要结合船员的个性特点,找准突破点,耐心疏导,动之以情,晓之以理,授之以法,切实转变船员的安全态度,提高其实际能力. 4结束语船员是水上运输安全系统中最活跃,最能动的要素.要确保水上交通安全,就必须不断强化船员安全教育和培训.只有这样,才能从思想上端正态度,工作上提高技能,进而主动发现和消除安全隐患,这也是抓好航运安全的关键之一.OnSafetyEducationtoInlandMarineCrewFENGZu.1ai(RudongLocalMSA,Rudong226400,China)Abstract:Thepaperelaboratesonthebasiccharacteristicsofsafetyeducationtotheinlandma rinecrew, andthenputsforwardsomesuggestionsonhowtocarryoutsafetyeducationtothecrewconcer nedaccordingtothecurrentsitumion.Keywords:Safetyeducationtomarinecrew;Characteristic;Content;Ways(上接第73页) TheApplicationofFiniteElementANSYStoDrawingCheck-up——Taking110一MeterWharfboatSteel—haulingBridgeasExampleWANGHeng?cai(Dept.ofShipInspection,NantongLocalMSA,Nantong226010,China)Abstract:Basedontheanalysisofdrawingcheck-upconcerningdirectfiniteelementcalculat ionappliedto110-metrewharfboatsteel—haulingbridge,thepaperelaboratesonthecontributionoffiniteelementanalysis involvingANSYStothesmoothdevelopmentofshipdrawingcheck-up.Keywords:ANSYS;Finiteelement;Ship;Drawingcheck—up。
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。
有限元法在船舶检验工作中应用论文
有限元法在船舶检验工作中的应用研究【摘要】本文主要将江苏省船舶检验局审图并且检验的最大散货船，即32000dwt散货船作为研究的例子，分析并总结了有限元法在船舶检验工作中的具体应用，同时提出了相关的注意事宜，以便能为船舶检验人员提供参考。
【关键词】有限元法；船舶检验；应用研究；32000dwt1.前言所谓的有限元法，就是随着计算机技术的进步而快速发展起来的一种有效的现代计算方法，目前正被广泛地应用于计算机的辅助工程分析（cae）。
最近几年来，随着船舶工业的不断发展，船舶大型化的趋势日益显著，而有限元法正逐渐地成为在船舶设计中最切实有效的方法之一。
对于船舶的检验人员来说，在进行船舶检验尤其是在审图的工作中经常碰到船舶的结构强度直接计算的审核，因此，熟悉并且掌握一些在船舶设计过程中比较常用的有限元方法是有很大好处的，而且也是必须的。
至今为止，32000dwt散货船是目前江苏省船舶检验局批准仍在建的最大型散货船，该艘船打破了地方船检机构的检验船舶船长不超过150米的局面。
该艘船的图纸由浙江省欣海船舶设计研究所与江苏科技大学船舶设计研究所共同设计、审核，在设计的过程中使用有限元方法完成了货舱区域的结构强度计算（结构强度有屈曲强度、屈服强度、纵骨疲劳强度以及热点疲劳强度），舱口盖的强度计算、锚机底座的强度计算等[1]。
2.有限元法的特点据相关资料表明，一个新的产品能够在设计的阶段解决超过60%的问题。
有限元方法是一种求解各种繁复工程问题的重要分析方法，同时也是开展科学研究的重要工具。
运用有限元方法就能够在产品（包括结构以及工艺）设计的时候进行参数的分析与优化，以此来提高产品的质量。
有限元的分析法目前已经成为了取代大量实物进行试验的数值化“虚拟试验”，在该种方法的条件下，大部分的计算分析以及典型的验证性试验进行相互结合能够提高效率以及降低成本。
在对有限元法的使用功能上，其具有以下的特点：（1）它是一种完全适用于windows界面下工作的新程序，且应用更加的简单方便。
船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析
船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析随着船舶结构的不断发展和变革，为了提高船舶的安全性、强度和优化设计方案，船体加筋板结构逐渐成为了重要的船舶辅助结构形式。
然而，在船体加筋板结构的实现过程中，焊接变形和残余应力常常会导致诸多问题，如使船体产生不均匀变形、增加应变量、降低船体的强度等。
因此，本文将针对船体加筋板结构的焊接变形和残余应力进行热弹塑性有限元分析，探究其影响因素及解决方案。
首先，我们需要通过有限元分析软件对该结构的实际热加工过程进行模拟，以研究焊接变形对船体结构的影响。
在模拟过程中，需要考虑材料的各项力学参数以及化学成分，同时还需根据实际情况确定焊接工艺参数，包括焊接电流、电压、焊条直径等，以确保计算结果的准确性和可靠性。
其次，我们需要对焊接变形产生的影响因素进行分析，以便找出解决方案。
焊接变形受到诸多因素的影响，如热应力、焊接布局、板材性质等。
其中，热应力是产生焊接变形的主要因素。
因此，在焊接过程中，需要采用适当的焊接技术和工艺参数，如采用高强度焊材、降低焊接温度等，以减小热应力，从而确保焊接变形的控制。
最后，我们需要对残余应力热弹塑性进行有限元分析，以研究其对船体结构的影响。
残余应力热弹塑性是产生焊接变形的主要原因之一，如不加以处理，将进一步恶化船体结构的强度和稳定性。
因此，在实际工程中，需要采用一系列有效的措施进行处理，如采用局部加热、机械切割等方法，从而彻底消除残余应力的影响，确保船体结构的稳定性和安全性。
总之，船体加筋板结构的焊接变形和残余应力热弹塑性对其强度和稳定性产生了极大的影响，需要针对其影响因素和解决方案进行深入研究和探索，以优化船体结构设计，提高船舶的安全性和优化性能。
在进行船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析之前，需要收集相关的数据进行研究和分析，以便支持我们的研究和决策。
以下是可能涉及的数据和其分析：1.船体加筋板结构的设计图纸：设计图纸可以提供船体加筋板结构的几何形状、板材材质、尺寸等关键信息，以及焊接接头的设计和布局。
数值模拟在船舶结构设计中的应用
数值模拟在船舶结构设计中的应用随着科技的迅猛发展，数值模拟技术在船舶结构设计中得到了广泛应用。
船舶结构设计需要考虑各种力学因素，如材料强度、承载能力、疲劳性能、稳定性等，而使用传统试验方法进行验证和设计会造成很大的时间和成本压力。
数值模拟技术的出现可以有效地避免这些问题，并为设计人员提供高效、准确的设计方案。
一、应用领域数值模拟技术在船舶结构设计中的应用领域非常广泛。
主要应用于以下几个方面：1. 船体结构设计数值模拟可以模拟船体结构的力学特性，如应力分布、材料强度等，并可以预测结构的固有频率和振动响应。
这些信息可以帮助设计师评估船体结构的可靠性和耐久性，从而优化设计方案。
2. 轮机压载水力模拟船舶的船体形状和轮机系统设计等决定着在不同行驶工况下的水动力性能。
通过数值模拟技术的应用，可以把轮机压载水动力转化为数字模拟，评估不同工况下的船舶航行性能，并为船舶船型和轮机设计提供科学依据。
3. 跟踪具体工况的模拟船舶具体工况下的数值模拟，如荷载情况下的结构响应和疲劳分析，可以大大提高船舶结构设计的准确性。
特别是在大型船舶的结构设计中，数值模拟技术不仅可以优化结构设计，也能够避免设计的过度保守和不必要的结构加强。
二、数值模拟技术的优势与传统的试验方法相比，数值模拟技术有以下优势：1. 时间和成本传统的试验方法需要耗费大量的时间和成本，而数值模拟技术可以在较短的时间内完成繁琐的试验设计。
并且，相比于尺寸庞大、方案废弃的实验模型，数值模拟可以为设计人员提供可靠高效和经济效益。
2. 能够模拟多种场景数值模拟可以基本模拟出任何可能出现的场景，对于传统试验很难仿真的非线性问题、大形变、所有工况的疲劳分析等都是试验难以匹配的。
3. 能够准确地预测结构的性能数值模拟技术基于数学模型，通过数学式子和计算机的程序算法来计算和预测船舶结构的性能，预测性较差和误差较大的问题可以在数值模拟中得到有效的解决。
这使得数值模拟可以为真实试验和项目提前提供有有效的控制和设计分析。
9有限元法在船体结构设计中的应用
第9章 有限元法在船体结构设计中的应用9.1概述近年来， 由于新型船舶的建造、船舶的大型化以及新结构、新材料不断出现，船舶结构的屈曲、弹塑性破坏、疲劳和断裂等问题日趋受到重视，迫使我们寻找新的、有效的船体结构分析方法。
有限元法是一种基于变分原理的把连续体离散化的数值解法，具有适应性强，效能较高等优点。
有限元法的实质是把求解区域分为有限个单元，这些单元只在求解区域的节点处和单元的边界上互相连接，这样求解区域被离散了，并且表示为有限个单元的组合体。
有关有限元的理论可参见有关教材。
应用有限元分析方法，可将船体结构离散为能精确模拟其承载模式和变形情况的有限个单元，可详尽地表述船体结构的微观细节，真实地表达出各个构件间的协调关系与变化，可以求出各个关心构件或区域的实际变形与应力。
这种方法是目前船体强度分析最准确、最完善的方法，也是在理性结构设计中，最能精确预报结构对载荷响应的结构分析方法。
有限元软件就是有限元方法的计算机程序或程序系统，有通用和专用两种。
自20世纪70年代后期，引入我国的各种大、中型专用和通用有限元著名软件有ABAQUS, ANSYS, ADINA, SAP, MARC, NASTRAN[24]等。
船舶行业中主流的有限元软件是NASTRAN，它具有开放式的、全模块化的组织结构使其不但拥有很强的分析功能而又保证很好的灵活性，使用者可针对自己的工程问题和系统需求通过模块选择、组合获得最佳的应用系统。
针对工程实际应用，NASTRAN中有近70余种单元独特的单元库。
所有这些单元可满足NASTRAN各种分析功能的需要，且保证求解的高精度和高可靠性。
模型建好后，NASTRAN即可进行分析，如动力分析、非线性分析、灵敏度分析、热分析等。
此外，NASTRAN的新版本中还增加了更为完善的梁单元库，同时新的基于P单元技术的界面单元的引入可有效地处理网格划分的不连续性(如实体单元与板壳单元的连接)，并自动地进行MPC约束。
有限元法——数值模拟
钢框架梁柱十字形节点抗震性能数值模拟与理论分析摘要：梁柱节点在钢框架结构中扮演着举足轻重的角色，因此研究钢框架节点的抗震性能具有重要的意义。
本文通过ABAQUS有限元分析软件对钢结构梁柱十字形节点进行了建模分析，考查了全焊接连接节点在地震波作用下的受力性能。
研究表明：全焊接连接节点具有较好的抗震性能。
关键词：钢框架结构；剪切变形；节点域模型；有限元；非线性分析NUMERICAL AND THEORETICAL ANAL YSIS ON SEISMICPERFORMANCEOF THE CROSS-TYPE JOINT OF STEEL STRUCTUREAbstract:The beam-column connections in steel frame structures play an important role. Therefore, studying the seismic performance of the connection in steel frame has a great significance. In order to investigate the seismic performance of the connection in steel frame, this paper presents the cross-type model using the software “ABAQUS”. The results show that the weld connection has a good performance in seismic behavior.Keywords: Steel Frame Structure; Shear Deformation; Panel Zone Model; Finite Element Method; Nonlinear Analysis0 前言有限单元法（或称有限元法）是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值分析计算方法。
有限元计算在大型LNG船开发中的应用
有 限元 计 算 在 大 型 Ｌ Ｎ Ｇ船 开发 中的应用
戴立 ， 雷杜 辉 ， 江 克进
（ 沪 东中华造船 （ 集 团） 有限公 司， 上海 ２ ０ ０ １ ２ ９ ）
摘要 ： 介 绍在 大型 Ｌ Ｎ Ｇ船 的开发设 计过 程 中 ， 应 用 ＭＳ Ｃ有 限元软 件进 行建模 、 分析 ， 以及 使 用船级
有效 ． 本文 描述 的 Ｌ Ｎ Ｇ船 舱段 有 限元 分 析 ， 对于 Ｌ Ｒ
船 级社规 定进 行符 合性验 证 ， 通过此 次 分析 ， 在规 范
计算 的结 果上 修正 构件 尺寸 ， 为后 续 确 定 Ｌ Ｎ Ｇ船 货 舱 区构 件尺 寸提供 对 比的依 据 ．
理性 和安 全可 靠性 的要 求 是始 终 不 变 的 原则 ． 为保
Ｏ 引 言
随着 Ｌ Ｎ Ｇ船 的大 型化和 载荷 的复 杂 化 ， 常规 的 规 范计 算 已经很 难 准确 对 船 体 所有 结 构 进 行 分 析 、 计算． 在Ｌ Ｎ Ｇ船 的 自主 开 发设 计 中 ， 结 构 设 计 的合
求， 在 开发 设计 阶段 ， 舱段 有 限元 的计算 更 加 实 用 、
（ Ｈ ｕ ｄ ｏ ｎ ｇ — ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ Ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ （ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ）Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ １ ２ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍ ＳＣ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｌ ＮＧ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ
有限元法在船舶检验工作中的应用研究
有限元法在船舶检验工作中的应用研究【摘要】本文围绕着有限元法，具体分析了有限元法的一些特点，并详细分析了其在船舶检验工作中的具体应用，提出了使用有限元法具体过程和需要注意的事项，以期能够让有限元法更好的应用于船舶检验中。
【关键词】有限元法；船舶检验；应用一、前言有限元法具有诸多优势，能够和现代计算机技术充分融合，从而提高船舶检验的科学性和检验结果的准确性。
因此，在船舶检验中利用有限元法是非常具有现实意义的。
二、船舶检验工作随着我国水运经济的快速发展，极大地刺激了国内外航运业和造船市场的发展，同时也出现了一大批低质量船舶充斥其间，给海上人命安全、水域环境和船货安全带来了极大的威胁。
如何通过加强船舶检验管理工作，有效控制低质量船舶成为大家共同面对的问题。
针对船舶检验工作特点，结合监管力量分布实际，要求施工单位、船舶等安全生产责任主体要树立“安全第一”意识，及时将安全工作的具体要求传达给现场施工人员，督促其按章操作，杜绝思想麻痹；要求作业船舶应按规定显示号灯、号型，及时总结检查发现的问题，要求施工单位认真落实整改措施。
船舶检验是船舶检验机构对船舶及其设备的技术状况进行检验、审核、测试和鉴定的总称。
船舶技术证书是证明船舶技术状况的文件。
船舶只有通过相应的检验，才能取得必要的技术证书或保持技术证书继续有效。
三、有限元法的特点据相关资料表明，一个新的产品能够在设计的阶段解决超过60%的问题。
有限元方法是一种求解各种繁复工程问题的重要分析方法，同时也是开展科学研究的重要工具。
运用有限元方法就能够在产品（包括结构以及工艺）设计的时候进行参数的分析与优化，以此来提高产品的质量。
有限元的分析法目前已经成为了取代大量实物进行试验的数值化“虚拟试验”，在该种方法的条件下，大部分的计算分析以及典型的验证性试验进行相互结合能够提高效率以及降低成本。
在对有限元法的使用功能上，其具有以下的特点：1、它是一种完全适用于Windows界面下工作的新程序，且应用更加的简单方便。
- 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)。
船舶钢结构焊接有限元模拟及应用
文章通过船体中典型的钢结构对接焊做有限元模拟分析，基于ANSYS有限元软件对焊接的全过程做数字模拟分析，对钢结构在焊接加热及冷却的过程中的温度、应力、应变的结果详细分析，通过数据的分析结果得到焊接后船舶钢结构的残余应力和焊接变形的规律，根据分析的成果对实际现场施工工艺进行指导。
标签：船舶钢结构；焊接应力应变；焊接后的残余应力和应变；有限元模拟分析
1 船舶钢结构焊接原理的概述
在船舶建造过程中，焊接广泛应用在船厂工区建造的各个环节中。
从小组立到总段合拢的全过程都离不开钢结构的焊接，可以说焊接是船舶建造中最重要和最常用的工艺手段。
对于船舶的钢结构而言，船体的底板、外板、肘板、舭龙骨等金属结构都是通过各种形式和方式的焊接组合到一起的。
对于焊接而言，其是一个简单的物理现象，而焊接过程包括金属物体的加热、钢结构的受热融化熔、物体之间的传热传导、加热后和空气接触的热传递、冷却后的金属凝固凝固、由于焊接后在结构物内产生的残余应力和结构物受冷热不均影響产生的变形等。
在焊接后的焊缝内及影响区域内部，有焊接的作用导致钢结构内部存在残余应力和焊接变形，对于焊接应力和变形如果处理不合理，将会影响船舶建造精度进而影响船舶的整体性能。
为了避免和减少钢结构焊接的影响，在现代化计算机处理能力和有限元软件成熟发展的基础上，通过电子计算机借助有限元软件对焊接的全过程进行模拟。
通过有限元软件，对需要焊接的钢结构、加热的热源、焊接热源移动的步骤，以及焊接后模拟大气环境下的结构物冷却，和最终的残余应力和焊接形变。
从而找到不同焊接顺序及工况下的应力应变，实现的焊接应力应变的消减和控制。
2 焊机理论基础
利用有ANSYS软件对钢结构焊接进行模拟，即在模拟焊接的整个过程，以及在焊接时由于热的传导而产生应力和应变的过程。
对于模拟计算需要的如下的基础理论：
2.1 焊接温度场
其中，ρ=结构物的材料密度；
T=焊接产生温度场的分布函数；
c=结构物的材料比热；
Q=焊接内热源的强度；
λ=结构物的导热系数
2.2 焊接应力和应变场
就焊接过程的应力和形变而言，是由于焊接材料自身的特性随自身温度变化而产生的热弹塑性，焊接产生的应力应问题是由于结构物自身非线性材料特性导致的非线性问题。
而且在实际的焊接过程中，其产生的热应力和变形是一个很复杂物理现象。
在对其进行模拟计算时，一般焊接热应力场理解为一个非线性瞬态问题。
为了便于计算，焊接模拟只考虑温度场对应力场的作用，而由于应力场对温度场的作用微乎其微，可以忽略。
应力场的结构关系公式如下：
其中，{dσ}=应力增量；
{dε}=为应变增量；
dT=温度增量；
[D]=弹性或弹塑性矩阵；
{c}=与温度有关的量。
2.3 焊接热源
焊接的过程中，是由电弧热源把产生的热能传给焊接物体，热量是通过一定的作用面积进行的，将这个加热区域成为加热斑点。
加热斑点上的热量分布是不均匀的，一般呈现的是中心多而边缘少的特性。
用高斯数学模型来可以模拟加热斑点上热流密度分布。
因此距加热中心上任一点产生的热流密度可表示为：
其中：Qm=加热斑点中心最大热流密度；
R=电弧有效加热半径；
r=离电弧加热斑点中心的距离；
η=焊接热效率；
U=电弧电压；
I=焊接电流。
3 焊接计算结果分析
焊接是一个快速热传递随之并冷却的过程，由于被焊接结构上各点影响其温度变化是非均匀的。
通常情况下是焊接的焊缝区内由于受电热弧的直接影响的温度变化很快，而远离焊缝的区域温度变化较缓慢。
通过ANSYS有限元对整个焊接过程进行模拟，对构件个部分的热影响情况，通过温度时间历程可以查看结构关键点温度随时间的变化。
3.1 焊缝温度变化的趋势
图1显示在结构上选取关键点随时间的温度变化。
说明在焊接时热源到达表面各点后，温度迅速上升到达最高值，随后又快速冷却到100度左右，然后缓慢降温。
3.2 选取焊缝厚度的方向各点焊接温度的变化
由于焊接时电热弧的直接作用，在焊接物体的表面出温度将会急剧上升，在物体热传导的作用下，热能从表面向下传递，由于热能传递的损耗，焊接处各点随着深度的加深温度不断递减。
通过焊接的曲线表明对于温度越高的点温度递减的速度也越开，随着冷却时间的延伸，最终各点的温度趋于一致。
3.3 焊缝的叠加区域上表面各点的温度变化
在焊缝的叠加区域，由于受到周边多条焊缝焊接的影响，此区域内结构受到温度的影响比较大。
因为在该区域内，结构经历了多次的快速加热升温并随之冷却，以及冷却后有加热在冷却的复杂过程。
该区域内的点由于距离焊缝的不同，其受影响的程度也有不尽相同。
根据对关键点的分析，可以得到如下结论。
在焊接加热的过程中，选取点的温度随热源的加热而升高，然后随热源的消失而下降。
同时由于距离加热源的焊缝的距离不同，受到的影响程度也有差别。
通过图3可以看出，对接焊缝焊接对点影响最大。
4 应力场计算结果分析
通过图4、图5可以看出由于焊接的相互影响，焊接后结构的等效应力的分布较为复杂，主要表现的现象为：焊接产生的等效应力在焊缝区域数值最大，而距离焊缝较远的区域相对最小。
通过有限元计算的结果，在上述区域内最大残余拉应力达到了400Mpa，最大残余压应力达到了210Mpa，有限元计算的焊接后最大的残余等效应力值达到了240Mpa。
通过结算的结果清晰的表明，在焊接的焊缝处，单向焊接残余应力和等效残余应力均很高，通过模拟计算表在该结构的焊缝区的应力水平均最高。
通过三个方向的残余应力分布图，在三条焊缝的结合处，出现了结构的最大拉应力值，这说明在受到多重焊接影响的区域内，会产生大量的残余应力，在船舶结构焊接时避免出现这种焊接工况。
通过结果得到焊接后的最大压应力在X 方向出现在面板对接缝和外板对接缝的两端，Y，Z方向出现在腹板对接缝和外
板对接缝的交接处。
最大拉力和压力都出现在构件的中心剖面上。
在三个方向的应力分布图中，和焊缝方向一致的时，焊缝区域的应力较大。
5 结束语
（1）数值模拟构件焊接的整个过程，为焊接工艺的优化提出参考。
（2）焊接结构的焊缝处由于受到较高温度的影响，该区域内残存了较大的应变和应力，此处的残余应力较高。
对于焊接后的变形而言，残余应变的最大拉应力值在构件焊缝中心处。
参考文献
[1]陈楚，等.数值分析在焊接中的应用[M].上海：上海交通大学出版社，1985：80-82.
[2]王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出版社，1995.
[3]陈丙森.计算机辅助焊接技术[M].北京：机械工业出版社，1999：105-130.
[4]陈楚，等.数值分析在焊接中的应用[M].上海：上海交通大学出版社，1985.。