船体结构有限元分析专题
船体有限元分析指南
船体有限元分析指南英文回答：Finite Element Analysis (FEA) is a powerful tool usedin engineering to analyze the behavior of structures under various loading conditions. When it comes to ship structures, FEA can be particularly useful in evaluatingthe strength and stability of the hull and other components.One important aspect of ship FEA is the modeling of the ship's hull. The hull is typically divided into smaller elements, called finite elements, which are then connectedto each other to form a mesh. Each finite elementrepresents a small portion of the hull and is assigned certain properties, such as material properties and thickness.Once the hull is modeled, various loads and boundary conditions can be applied to the structure to simulatereal-world scenarios. These loads can include wave loads,wind loads, and hydrostatic loads. By analyzing the response of the hull under these loads, engineers can determine whether the structure is strong enough to withstand the forces it will experience during operation.In addition to evaluating the strength of the hull, FEA can also be used to assess the stability of the ship. Stability is a critical factor in ship design, as itaffects the ship's ability to remain upright and resist capsizing. By analyzing the distribution of buoyancy forces and the position of the ship's center of gravity, engineers can determine the ship's stability characteristics and make necessary design modifications if needed.Another important aspect of ship FEA is the analysis of structural components, such as bulkheads, decks, and frames. These components play a crucial role in maintaining the structural integrity of the ship. By subjecting these components to various loads and boundary conditions, engineers can assess their strength and determine whether they meet the required safety standards.In conclusion, ship FEA is a valuable tool in the design and analysis of ship structures. It allows engineers to evaluate the strength, stability, and integrity of the hull and other components, ensuring that the ship can withstand the forces it will encounter during operation. By utilizing FEA, engineers can make informed design decisions and optimize the performance and safety of the ship.中文回答：有限元分析（FEA）是一种在工程领域中用来分析结构在不同载荷条件下行为的强大工具。
80000DWT油船三舱段结构有限元分析
设 计 吃水 １ ．０ ２２ ｍ 规 范船 长 ２ ５３ ｍ １ ．６ 方 形 系数 ０８ ．２ 船 级 １ ， ａｋｒｏＯｌ Ｓ Ａ１Ｔ ｎ ｅ ｆｒ ｉＥ Ｐ
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图２ 配载模 型
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游 晓 琴 ：８ ０ ＷＴ ］ 三 舱 段 结 构 有 限元 分 析 ０ ０Ｄ ￣船 ０
（） 船 减 小 顶 边舱 ，且 在全 船 范 围 内 ３该 减 小 上 壁 墩 ，增 加 了舱 容 。在 双 层 底 的 实 肋 板 开 孔 尽 量 避 开 大 约 Ｙ ３５ｍ ｌ ＝ ２ ０ ｍ￣ Ｊ
Ｙ ４ ５ ｍｍ的 区间 ，以减 少 在船 台下水 时 滑 ＝４０ 道 的顶部 实肋 板加强 。
ＳＬＳ Ｏ Ａ 的要求 ，要 求 设置 永久 检验 通道 ，因 此 在 底部 和舷 侧布 置检 验通 道 。
广船科技 ２ １年 第 ３期 （ 第 １７ ） ０２ 总 １期
板 、 内 底 板 ， 中 纵 舱 壁 、 横 舱 壁 、强 肋 框 、纵 骨及其 横舱 壁上 的桁材 和 扶强材 。 在 建 立 有 限元 模 型 时 ，对 模 型 做 如 下 简 化 和 假 设 ，仅 考 虑 材料 的线 弹性 物 理 特 性 ，不 计 算 结 构 由 于 大 变 形产 生 的 几何 非 线 性 效 应 ，所 有 的计 算 都 按 线性 理 论 。对 模 型 中 的所 有 板 采用 ４ 点 板 壳 单元 模 拟 。 节 为 了避 免 在 高 应 力 区 产 生 应 力 突 变 ， 因此 尽 可 能 避 免 三 角单 元 。 对 于 板 上 的 加 强 筋 采 用２ 点 的 梁单 元 模 拟 。 三维 有 限元 模 型 节
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。
600t起重船结构强度有限元分析
吊臂结构 ，采用 的是高强度钢 ，整个结构成Ａ 字形，共分
作 者简 介 ：张 润宏 （ ９ ４ ），男 。 硕士 研 究生 。 １８一
收 稿 日期 ：２ １ 年２ ４Ｅ ０ Ｏ 月２ ． ］
龃ｌ 暖 量 ｉ ｊ
Ｄｅ ｇｎ ＆ Ｄｅｖ ｌ ｐｍ ｅｎ ｓｉ ｅｏ ｔ
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Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｂ ｉｄ ｏ ｅ ｏ ｈ ｔｕ ｔｒ ｆａｆｏ ｔ ｇ ｃ ａ ｅｂ ｈ ｉｉｅｅ ｅ ｎ ｅｈ ｄ Ｔｈ ｅｕｌ ｒ ｓｒ ｃ： ｉ ａ ｅ ｕ ｌ ｓａｍ ｄ ｌｆ ｒｔｅ ｓｒ ｃｕ ｅｏ ａｉ ｒ ｎ ｙ ｔ ｅ ｆｎｔ ｌｍｅ ｔｍ ｔ ｏ ． ｅｒ ｓ ｔ ａｅ ｌ ｎ ｓ ｃ ｌｕａｅ ｏ ｃ ｅ ｋ ｔ ｅｓｒ ｎ ｔ ｒｓ ｖ ｒｌｄ ｆｅｅ ｔｋ ｎ ｓｏ ａ ， ｉｈ ｗｉｌ ｅ ｇｖ ｎ ｔ ｈ ｎ ｉ ｅ ｒ ｏ ｔｕ ｔ ｒｌｄ ｓｇ ａｃ ｌｔｄ ｔ ｈ ｃ ｈ ｔｅ ｇｈ ｆ ｅ ｅａ ｉ ｒ ｎ ｉ ｄ ｆｌ ｄｓ ｗｈ ｃ ｌ ｂ ｉｅ ｏ ｔｅ ｅ ｇｎ ｅ ｓｆｒｓｒ ｃｕ ａ ｅ ｉｎ ｏ ｏ
Ｄｅｓ ｇｎ ＆ Ｄｅ ｉ ｖｅｌ ｏｐｍｅｎｔ
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６ 起重船结构强度有限元分析 ０ｔ ０
张润宏
（ 华南理工大学土木与交通学院，广州 ５ ０４ ） １６ ０
摘 要 ：本 文建立 了某起 重船起重结构 的有 限元模型 。通过有 限元计算 ，在 其建造 和结构强度测试之前 ，初 步核算其 结构 的强度 能否满足作业 的要求 ，为结构 设计提供参考 。本文 介绍的计算 ，可供起重船 设计 人员在设计 起重船结构时参考使用 。
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析本文将针对一艘28000 t多用途船的首楼加强结构进行有限元强度分析。
首先，介绍该船的基本情况和首楼结构设计方案，然后，给出有限元模型和边界条件。
接着，进行计算，并分析其结果。
最后，提出一些建议和结论。
一、船舶基本情况该船为中国造船集团公司设计研究院设计，船长度为190.00m，船宽为32.26m，型深为18.10m，设计总吨位为28000t。
该船为多用途船，可用于散货运输、集装箱运输、油船等不同类型的货物运输。
首楼位于船头部分，是船体结构中较为重要的部分，需要进行加强以达到防护和支撑作用。
二、首楼结构设计方案为了提高首楼强度和稳定性，在船体设计中需要对首楼进行加强。
首先，在原有首楼结构基础上加装侧板，提高侧部强度；其次，加装绞刀柱和纵梁，提高纵向支撑能力；再次，加固首楼底板，增加底部强度。
三、有限元模型和边界条件在进行有限元分析前，需要建立一个精细的有限元模型。
首先，对整个船体进行数值化建模，包括船体的各个结构部分。
然后，按照首楼加强结构设计方案，对首楼部分进行加固，建立新的有限元模型。
接着，需要确定边界条件。
在进行有限元计算时，需要确定边界条件，以便进行一个完整的力学分析。
由于首楼位于船体的前部，处于海浪和风浪影响较大的区域，需要考虑风浪载荷的影响。
同时，还需要考虑船体的移动和弯曲等因素。
四、计算与分析在确定有限元模型和边界条件后，进行了有限元计算和强度分析。
在计算过程中，考虑了船体在不同风浪条件下的载荷，进行了强度分析和振动分析。
根据计算结果可以得出：首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
在不同风浪条件下，首楼结构都有足够的强度和稳定性，能够保证船舶在航行时的安全性和稳定性。
五、建议和结论针对以上计算和分析结果，提出如下建议和结论：(1) 首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
(2) 在进行船体设计时，需要综合考虑船舶的航行条件和使用要求，以便确定最佳的结构设计方案。
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＝１㊁２㊁３ ｎ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。
船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——建模过程中设备的模拟及重心的调整
8. 施加质量单元、调密度
8.2 施加质量单元
• 船上设备我们一般采用MASS21单元模拟，该质量单元是具有6 个自由度的点单元。
• 模拟设备的方式：MASS21单元 + 刚性梁
• 有必要说，刚性梁即属性设置中，刚度极大，密度极小的梁单 元（虚构件），从而保证了添加刚性梁不增加船体质量而又能 够使设备重量重心与实船上的布置一致！
8. 施加质量单元、调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
假定实船重量为M，重心位置为（X，0，Z）;模型重量为m， 重心位置为（x，0，z）。 ① 调整垂向坐标
调整垂向坐标，即z坐标，把整船分为上中下三部分，如上图 所示。
8. 施加质量单元、调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
③ 全船均匀分配质量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于之前在垂向和纵向质量分布比较均匀，此处可以采取如下处 理方式，得到结果：
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标 将上部分分为6部分，如下图所示。各个部分分得的质量如下表 所示。
左
中
右
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
② 调整纵向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
② 调整纵向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——局部结构细化分析解析
例题1 舱口角隅处结构细化
工程背景： 在实际工程中，为了便于建模和有限元计算，全船的肘板均不予
建立；在甲板，舱壁等处的开口采用方形口，与实船开口形状有一定 差别。
因此，当上述简化结构处出现较大应力集中，需要对此处结构 进行细化。网格大小参照入级船级社规范。
有限元模拟舱口角隅结构细化：
约束：一端固支 载荷：一端施加点载荷 最大等效应力：333.856MPa
约束：一端固支 载荷：一端施加点载荷 最大等效应力：300.066MPa
应力明显降低
例题2 有限元模型中不良网格的优化
工程背景： 在实际建模中，网格划分可以说是至关重要的一步，划分的好坏直接 影响到解算的精度和速度。由于建模思路不同，往往会剖分出不合格 网格。因此需要对网格进行优化。
船级社规范对于网格剖分的要求： • 模型中尽可能避免出现三角形单元，特别是在高应力区域和开孔
集中区域进行细化，想要得到更为精确的解。 根据全船有限元（粗网格）计算结果及经验，建立局部精细网格，
进行疲劳强度评估。
交叉区域疲劳精细网格
船舶与海洋工程ANSYS有限元分析
——局部结构细化分析
为什么需要进行局部结构细化？
• 在船舶有限元分析过程中，对某些结构进行简化，当简 化处结构出现较大应力集中，应对此处结构进行细化；
• 模型已经进行网格划分，用户想在指定区域得到更好 的网格。（划分的好坏直接影响到解算的精度和速度）
• 对于用户关心的区域（例如应力集中区域），需要更为 精确的解；
周围、肘板连接处和折角连接处等应力梯度大的区域； • 单元长宽比不超过4:1； • 三角形单元最小角不小于30°。
几何模型
原 始 结 构：
不 良 网 格：
船体梁结构强度的非线性有限元分析
船体梁结构强度的非线性有限元分析摘要：船体梁结构是现代海洋工程的重要组成部分，其自身性能直接影响船舶面临复杂海洋环境时的生存能力和安全稳定性。
在海上复杂环境中，船体梁结构受到的加载和破坏力往往是非常大的，例如海浪和风浪等外部环境因素，还有潮汐运动、压载等内部环境因素，以及事故导致的载荷和破坏力。
因此，对船体梁结构进行力学和环境影响的分析评估，是确保船舶安全运营的必要条件。
关键词：船体梁结构，结构强度，非线性有限元，探讨1引言当前我国的船体结构研究领域，非线性有限元分析技术因其数值灵活性和高精度性，在模拟和分析船体梁结构力学性能方面越来越受到关注。
非线性有限元分析方法具有强大的模拟和预测能力，可以实现复杂结构的准确分析。
尤其是对于高强度钢结构的分析，传统的线性有限元分析方法已经不再适用。
采用非线性有限元方法对船体梁结构进行分析，可以从基本材料性质、力学性能和结构特点几个方面来实现对结构强度、刚度和稳定性能的深入分析。
考虑到中国海洋强国发展战略的要求，海洋工程的发展势头不可阻挡。
因此，研究船体梁结构对推进船舶工业发展、增进国防安全、提高海事科研水平具有重大的战略意义。
同时，非线性有限元分析技术的应用，具有广泛的应用性和推广价值，为其在研究船体梁结构领域中的应用提供了基础和支撑。
因此，非线性有限元分析是研究船体梁结构的高效、可靠、经济且最为先进的方法之一，可以在模拟和分析船体梁结构的力学和环境影响方面提供较为宝贵的数据，为制定和实施合理的工程方案提供更多的参考和保障。
2船体梁结构分析基础船体梁结构是船只的主要承载结构，它负责承受船体的重量、船只的载荷以及海洋环境因素的影响。
下面介绍船体梁结构的力学基础，包括船体加载及其响应、船舶梁结构的力学性能和造船理论等等，希望可以为后续研究提供理论支持和依据。
2.1船体加载及其响应船体在实际航行中会受到多种不同载荷的影响，包括水动力载荷、重力载荷、风载荷、波浪载荷等等。
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
基于7.1m三体高速船总强度有限元分析
基于7.1m三体高速船总强度有限元分析在现代船舶造船技术中，有限元分析是一种基于数学模型的方法，可以有效地评估结构在设计阶段的可靠性，并具有精度高、可靠性强、计算速度快等优点。
本文将对7.1m三体高速船总强度有限元分析进行探讨。
一、分析背景7.1m三体高速船是一种应用于水上客运、海上巡逻、作业等多种用途的交通工具。
针对该船舶的结构特点和设计要求，进行有限元分析，可以全面地评估该船舶的强度和稳定性，运用先进的数值计算方法，以减少船舶开发的成本和时间。
二、有限元分析方案有限元分析是一种基于局部结构和全局结构的计算方法，可以确定强度和刚度等物理量。
本次有限元分析的目的是在不改变原有结构设计的基础上，评估该船舶在遭受外部海况和载荷作用下的强度和安全性。
1.建立几何模型将该船舶的结构分为三体，分别为左、中、右侧，对其进行高精度三维建模，并考虑结构的复杂性和材料特性。
2.划分网格采用Tetra Element划分方法进行网格划分，具体划分方法为稳态分析方法，采用一般豌埔福采模型进行模拟分析。
3.选取材料属性采用正常材料和普通船用结构钢制造，选用合适的材料参数和实验数据，包括弹性模量、泊松比等。
4.载荷和约束通过确定合适的载荷条件和约束条件，模拟海洋复杂环境下的海况和潮汐作用。
同时，还考虑了船舶的运动、惯性、重心等因素。
三、分析结果及建议经过有限元分析，得到了7.1m三体高速船的强度和稳定性状况。
分析结果显示该船舶在航行中遭受海况和载荷作用，结构稳定，强度充足，同时还需要进行一些改进。
1.加强水密性在海况较为恶劣时，需要采取一些措施加强船舶的水密性，同时提高其抗浪能力，从而保证乘客和船员的安全。
2.增强船体的刚性考虑到船舶在长期使用过程中，会发生一定程度的松动和变形，需要加强船体的刚性，从而提高其运行性能和稳定性。
3.优化船舶的设计在保证强度和稳定性的前提下，可以对船舶的设计进行优化，如提高载货量、减小船舶阻力等，从而提升开发效益。
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
非金属船舶的船体结构有限元分析
13. ABCD
14. ABC
15. ABC
第三部分判断题
1. ×
2. √
3. ×
4. ×
5. √
6. ×
7. ×
8. ×
9. √
10.×
第四部分主观题（参考）
1.主要步骤包括模型建立、材料属性定义、网格划分、边界条件设置、载荷施加和结果分析。挑战包括模型简化、材料非线性和计算资源需求。解决策略涉及精确建模、合理网格划分和高效计算方法。
A.网格细化
B.子模型技术
C.简化模型
D.高性能计算
11.以下哪些材料可用于非金属船舶的船体结构制造？（）
A.玻璃钢
B.碳纤维复合材料
C.钢材
D.塑料
12.在非金属船舶船体结构分析中，以下哪些方法可用于处理非线性问题？（）
A.线性静态分析
B.非线性静态分析
C.非线性动态分析
D.小变形理论
13.以下哪些因素可能导致非金属船舶船体结构的屈曲失稳？（）
标准答案
第一部分单选题
1. A
2. D
3. D
4. D
5. D
6. D
7. A
8. C
9. A
10. C
11. B
12. B
13. D
14. A
15. B
第二部分多选题
1. ABC
2. ABCD
3. ABCD
4. ABC
5. ABC
6. ABC
7. ABCD
8. AB
9. ABCD
10. BCD
11. ABC
非金属船舶的船体结构有限元分析
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
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。
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35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
Байду номын сангаас
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
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31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
三体船结构优化设计及有限元分析的开题报告
三体船结构优化设计及有限元分析的开题报告一、研究背景和意义随着宇航技术的不断发展，三体船作为一种新型宇宙探测器，具有广阔的应用前景。
然而，目前三体船的设计和研究还处于较为初级阶段，特别是船体结构设计及有限元分析方面研究相对较少。
因此，本文将针对三体船的船体结构进行优化设计和有限元分析，旨在提高其空间探测相关性能和可靠性，为进一步推进三体船的应用和发展提供技术支持。
二、研究内容和目标本文基于三体船的技术特点和应用需求，以优化设计和有限元分析为主要研究内容，具体包括以下几个方面：（1）分析三体船的技术特点和结构要求，提出船体优化设计目标和要求。
（2）通过数值模拟分析和试验验证相结合的方法，优化三体船船体结构设计，提高结构强度和刚度。
（3）利用有限元分析方法对优化后的船体进行力学性能评估和优化。
（4）对三体船船体的优化设计和有限元分析结果进行综合分析和评价，总结研究成果并提出进一步研究方向和建议。
三、研究方法和技术路线本文所采用的主要研究方法和技术路线为：（1）文献调研和分析，梳理三体船相关的技术资料和研究进展，明确研究背景和现状。
（2）结合三体船的特点和应用需求，提出船体优化设计的目标和要求，并制定相应的设计方案和程序。
（3）基于某国产三体船样机的实际数据和试验结果，建立三体船的数值模型，并利用有限元方法进行模拟分析，寻找结构优化方案。
（4）根据优化设计结果，对三体船进行有限元分析，评估设计方案的力学性能和可靠性。
（5）对优化设计和有限元分析结果进行综合分析和评价，总结研究成果和不足，提出进一步研究建议。
四、预期成果及意义本文的预期成果包括：（1）较为全面和深入地研究了三体船的船体结构优化设计和有限元分析等关键技术，提出相应的设计思路和方案。
（2）结合目前国内外的研究进展和实际需求，给出了一些新的设计理念和思路，有助于提高三体船的性能和可靠性。
（3）通过实验验证和仿真分析相结合的方法，对优化设计方案进行了全面的评估和验证，为进一步推进三体船相关技术和应用提供了技术支持。
9有限元法在船体结构设计中的应用
9有限元法在船体结构设计中的应用有限元法（Finite Element Method, FEM）是一种计算机辅助的工程分析方法，广泛应用于船体结构设计中。
它通过将连续物体分割成许多小的有限元素，再对每个元素进行分析计算，最后整合得到对整个结构的应力、应变和位移等分布情况。
本文将探讨有限元法在船体结构设计中的应用。
首先，有限元法在船体结构疲劳分析中的应用非常重要。
船体疲劳是指船舶在长时间航行或大风大浪环境下，由于受到交变载荷作用而累积的应力引起的结构破坏或失效。
通过有限元法进行疲劳分析可以准确预测结构的疲劳寿命，找到结构中可能出现疲劳破坏的位置和影响因素，从而合理设计结构以提高其疲劳寿命。
其次，有限元法在船体结构优化设计中也有广泛应用。
通过有限元法建立的结构模型，可以对不同设计方案进行模拟计算，从而比较各种方案在强度、刚度、稳定性和航行性能等方面的差异。
通过这种方法，船舶设计师可以在设计过程中尽早发现问题，改进和优化设计方案，以确保结构在满足强度和稳定性要求的同时，尽可能地减轻结构重量，提高航行性能。
此外，有限元法还可以在船体结构可靠性评估中发挥重要作用。
船舶作为一种运输工具，必须保证其在各种复杂环境下的可靠性和安全性。
通过有限元法，可以对船体结构进行应力、应变、位移等参数的分析计算，并考虑材料特性、负载、边界条件等因素，从而对结构的可靠性进行评估。
此外，当结构发生局部破坏或失效时，还可以通过有限元法进行损伤诊断，及时采取修复措施，延缓结构的失效进程。
最后，有限元法在船体结构振动分析中也有广泛应用。
船舶在航行时会受到各种激振载荷的作用，如引擎震动、波浪载荷等。
振动分析可以帮助设计师确定结构的固有频率和振动模态，以及结构在不同频率下的响应情况。
通过有限元法进行振动分析，可以预测结构在不同激振载荷下的振动响应，从而设计合适的结构降低振动幅值，提高舒适性和结构的可靠性。
综上所述，有限元法在船体结构设计中的应用非常广泛，包括疲劳分析、优化设计、可靠性评估和振动分析等方面。
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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) 忽略IZ,IX,取IZ = 1.e-10, IX = 1.e-10 (2) 全部板架梁都用一个定位点 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 kN/m2,MU=0.3
Rmore，DX1，DY1，DZ1，DX2，DY2 ，DZ2，
Rmore，SHEARZ，SHEARY，TKZT1， TKYT1，TKZT2，TKYT2
剖面特性可以用ANSYS的SECTIONS计算 得到。
图2-1
例：计算图2-2所示 交叉梁系
用ANSYS中SECTION计 算，剖面特性如下：
船体结构有限元分析专题
概 述
船体是由板梁组成的三维空间结构，是在水中漂浮的自由体，在重力 和浮力作用下处于自平衡状态。根据这些特点，进行船体结构有限元 分析时，各国船级社都有一些要求和规定。
我国船级社（CCS）的下列标准可供参考： 船体结构直接计算指南（海船） 钢质内河船舶船体结构直接计算指南（内河） 散货船船体结构强度直接计算指南 油船船体结构直接计算指南 集装箱船结构强度直接计算指南 双舷侧散货船船体结构强度直接计算指南 应用ANSYS程序进行船体结构分析时应遵照这些指南或标准的规定
Beam44是3D带斜度的非对称梁元，节点i，j， k （ k为定位点），它的理论模型是:
Euler-Bernolli梁－包括轴向、弯曲、扭转变形， 横向剪切变形不包括在单元公式中，即假设梁的剪 切变形被忽略。这只有当梁的截面尺寸h与典型轴 向尺寸L之比 h/L≤1/15时才能给出合理的结果。
·梁的定位点（方向点）（图1-2）
定位点k在x-Z平面（也可以在x-y平面）。例：如 果给定一条线，指定了一个方向点(关键点KB)， 则沿线按一定方向生成梁单元（图1-3）
图1-2 定位点
图1-3
§2 交叉梁系（板架）计算
通常采用Beam44单元（图2-ห้องสมุดไป่ตู้）计算。
(1).DX1 = 0,DY1 = 0,DZ1 = 0以CG点为节 点。
(e) 局部结构模型（图5）
图4肋骨框架模型
图5局部结构模型
2.单元类型选取 舱段及整船分析主要应用板梁组合结构模型。 骨架采用梁单元，板采用壳单元，对于高腹板梁的腹板用
壳单元离散，面板用杆单元，支柱及撑材等用杆单元。 此外为处理特殊边界条件可能还需要应用一些特殊单元。 3.本专题我们将重点介绍舱段和整船有限元分析方法，包
Beam44采用3次形函数，单刚为精确解，所以划 分单元时，在梁的跨度范围（即每个构件）只用 一个单元即可。所以在连续梁、刚架、板架以及 空间刚架计算中多采用Beam44单元。
Beam188单元为Timoshenko梁－包括弯曲、轴 向、扭转和横向剪切变形，适合于剪切变形为主 的深梁和剪切变形为次的细长梁。当梁的截面尺 寸h与典型轴向尺寸L之比h/L≤1/10 时可以给出合 理的结果，因为它计及了剪切变形的影响。如果 h/L＞1/10为高腹板梁，此时需将梁的腹版用 shell63单元离散，面板用杆元link8离散（图1-1 ）。
，比如单元选取，网格划分要求，边界条件，载荷等。然后才能选用 它们规定的许用应力衡准。
1.船体结构模型通常可以划分成下列类型： (a) 船体梁整体模型（图1）
(b) 舱段模型（图2）
图1船体梁整体模型
图2 舱段模型
(c) 交叉梁系模型（板架）（图 3）
(d) 肋骨框架模型（图4）
图3交叉梁系模型
SMAX max 0 b
SMIN min 0 b
图2-3
本例命令流文件：Gird44.dat
fini /clear /title,gird 2002/9/22 /prep7 /view,1,0.75,0.54,0.38 /ang,1,-101 et,1,beam44 mp,ex,1,2.06e8 R,1,0.0112,1.0e-10,0.319e-
(2).如果忽略扭转影响，IX1可填小值，如 IX1 = 1.0e-10；如果忽略IZ1影响，IZ1可 填小值，如 IZ1 = 1.0e-10。
注意：IX1,IZ1不能填任意值，它对结果有 影响。
实常数：
R，1，Area1，,IZ1，IY1，TKZB1， TKYB1，IX1，
Rmore，Area2，,IZ2，IY2，TKZB2， TKYB2，,IX2，如果J点剖面与I点相同 Area2，IZ2，填0或空白
括下列内容： 板梁组合结构计算 舱段有限元分析－建模、施加边界条件、施加波浪载荷方
法 全船有限元分析 局部结构强度分析
以上内容，用ANSYS程序实现
第一章 板梁组合结构计算
§1 概述
ANSYS中梁单元类型有多种，在船体结构计算 中主要应用Beam44和Beam188单元。
图1-1
Timoshenko梁（Beam188/ Beam189）采用一次/二次形 函数，所以梁需要划分足够多的单元才能逼近真实解。
Beam188单元可以直接输剖面尺寸而不需 输入实常数，用/eshape,1命令显示梁的实 体形状时，可显示剖面真实形状；而 Bean44单元则只能显示截面为矩形形状， 因为它是通过输入的实数显示剖面形状的 。此外在后处理中，Beam188单元非常方 便，像shell63单元一样显示应力云图；而 Beam44单元只能通过定义单元表显示梁的 弯矩，应力等。