船舶结构强度直接计算分析中应力的选取
惯性释放在直接计算船体结构强度中的应用分析
惯性释放在直接计算船体结构强度中的应用分析作者：李冠华来源：《科学与信息化》2019年第12期摘要文章在阐述惯性释放内涵的基础上，以某大型海洋平台组块全船模型直接计算为例，在有限元分析模型的依托下就惯性释放在船体结构强度计算中的应用问题进行分析，旨在能够更好地确保船体的运行安全。
关键词船体结构；强度；惯性释放；计算应用航行中的船舶结构一般处于一种全自由的状态，变形状态十分复杂，且如果结构是弯曲的，需要在两端和轴周围地区增加类似简支的约束比较合理，但是结构如果是扭转变形，则是需要在端面的剪力周围采取措施进行约束处理。
但是自由航行的船舶不能够应用有限元静力方法进行分析，也无法为相关人员评估船舶的航行情况提供重要参考支持。
在船舶结构直接计算中，外载荷、货物压力、摇晃荷载、波浪弯矩、扭矩、剪力的计算都依赖相关经验公式，在具体计算操作中往往无法得到一个平衡的外载荷力系。
针对这个问题需要相关人员结合船体结构类型，应用一种不受约束限制的静力分析方法（惯性释放）来计算船体结构强度，进而为船舶的稳定运行提供重要支持。
1 惯性释放概述惯性释放概括的说是借助结构的惯性（质量）力来平衡外力，采用惯性释放功能进行静力分析时，需要对一个或多个节点进行6个自由度的约束（虚支座）。
从实际使用情况来看，惯性释放是MSC的一种高级选项设置，在具体使用的过程中能够模拟非约束系统静态响应操作。
在设计这道程序的时候需要在外力作用下对每一个节点进行加速度处理，之后将加速度之后的力量转变为一种惯性力量，施加到对应的节点上，打造一个平衡力学体系，之后通过应用相应的计算方法会获得描述点相对于支座来将运动的范围[1]。
在船体结构计算中引入惯性释放的方式能够在一定程度上减少支座、约束点反作用力对变形和应力基本形态的影响，并使得端面剪力被计算到相应的模型中，从而帮助相关人员更好的评估和分析船舶结构。
零部件的内部结构设计复杂，惯性释放以其直观的界面能够让人们更好地了解零部件的内部结构，具体操作表现如下：在应有惯性释放方法的时候能够充分明确SUPORT的位置，并在相应的参数中设置INREL-1；第二种方法比较适合应用在软件供应商，能够让MSC和NASTRAM自动旋转SUPORT的位置。
分析船体结构强度直接计算中惯性释放的应用
分析船体结构强度直接计算中惯性释放的应用2身份证号：32060219931016****3身份证号：12022219781102****摘要：为了探索船体结构强度计算的可行方法，针对强度直接计算中惯性释放的应用展开分析。
首先对惯性释放进行介绍，了解该计算方法用于船体结构强度直接计算的优势与注意要点。
其次分别从直接计算和惯性释放计算两个方面分析，掌握不同工况下运用惯性释放进行计算应注意的要点，保证船体结构稳定性，旨在提高船舶航行的安全性。
关键词：船体结构；强度；直接计算；惯性释放船舶航行时船体结构即为全自由状态，不仅变形状态具有复杂性，一旦结构弯曲，必须在两端、轴附近位置添加简支一类的约束。
若结构发生了扭转变形，要在端面剪力附近进行约束处理。
自由航行状态下的船舶无法采用有限元静力法，船舶航行状态评估也很难获得有价值的参考数据。
针对船体结构强度进行直接计算，把控外载荷、摇晃荷载、波浪弯矩等在内的各项参数均需要参考经验公式，实际在计算中也不能得到平衡外载荷力系，这就需要结合船体结构形式，采取惯性释放进行船体结构强度计算，该方法的优势可以免受约束限制进行静力分析。
一、惯性释放介绍惯性释放（MSC），属于NASTRAN、ANSYS领域的高级应用，支持完全无约束结构的静力分析处理。
在船舶结构强度直接计算中应用，可以针对有限元展开直接计算。
若结构作用存在自平衡力系，全自由结构及时处在不受约束的条件下也会有应力形成。
但是结构任意一点的约束，可得到反力为O[1]。
船体结构比较复杂，设计载荷计算法存在限制，加上计算数据产生的累计误差，得到绝对自平衡力系面临难度。
此时便可应用静、动力平衡法，搭建自平衡力系。
将假设为全部节点(，，，，，）分量组成节点外荷载向量，是全部节点接速度分量(，，，，，）构成节点的加速度向量，此时应用有限元法得到静动力平衡方程，如下：。
公式中的，属于质量矩阵。
解出该公式便可获得所有节点中为了达到平衡需要的节点加速度，并且获取节点惯性力，将其当作外力，并且添加到有限元单元节点，可搭建自平衡力系，一般在计算过程中无需过于关注是否施加边界条件，此方法即为惯性释放。
散货船结构强度直接计算分析指南
散货船结构强度直接计算分析指南下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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中国船级社 船舶强度直接计算指南
中国船级社船舶强度直接计算指南1.船舶强度计算是船级社评定船舶结构强度的重要依据。
The calculation of ship strength is an important basisfor the classification society to evaluate the structural strength of ships.2.船舶结构强度直接计算是基于船舶的结构特征和材料性能进行的计算。
Direct calculation of ship structural strength is based on the structural characteristics of the ship and the performance of materials.3.直接计算方法可以准确地评估船舶的强度和稳定性。
The direct calculation method can accurately evaluate the strength and stability of the ship.4.船舶强度直接计算需要考虑船舶在不同载荷和海况下的应力和变形情况。
stress and deformation of the ship under different loads and sea conditions.5.船舶强度直接计算主要包括静力计算和动力计算两种方法。
Ship strength direct calculation mainly includes two methods: static calculation and dynamic calculation.6.通过静力计算可以评估船舶在静止状态下的结构强度情况。
Static calculation can be used to evaluate the structural strength of the ship in a static state.7.动力计算则是评估船舶在航行和发生船舶运动时的强度情况。
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。
船舶维修中的船体结构与强度计算考核试卷
C.疲劳累积损伤模型
D.静力分析
18.在船体结构强度计算中，以下哪个因素对船体梁的弯曲影响较小？()
A.船体材料
B.船体截面
C.船舶长度
D.船舶宽度
19.以下哪个不是船体结构维修中常用的焊接方法？()
A.气体保护焊
B.银焊
C.钨极氩弧焊
D.碳弧气刨
20.在船体结构强度计算中，以下哪个因素与船舶的整体稳定性关系较小？()
答案：
标准答案
一、单项选择题
1. A
2. D
3. D
4. D
5. B
6. B
7. A
8. D
9. D
10. D
11. C
12. D
13. D
14. D
15. D
16. D
17. D
18. D
19. D
20. D
二、多选题
1. ABCD
2. AD
3. ABCD
4. ABC
5. ABC
6. ABC
7. ABC
A.欧拉屈曲公式
B.莫尔-库仑准则
C.最大应力准则
D.最大应变准则
6.在船体结构设计中，以下哪个概念用于描述船体在波浪中的弯曲？()
A.静水弯矩
B.动力弯矩
C.静力剪力
D.动力剪力
7.以下哪种材料在船舶维修中常用于增强船体结构？()
A.钢材
B.铝合金
C.玻璃钢
D.塑料
8.在船体结构强度计算中，以下哪个参数不是基本的设计参数？()
D.板屈曲
12.在船体结构维修中，以下哪种方法不适用于检测船体结构的缺陷？()
A.目视检测
B.超声波检测
船体梁剪应力计算公式
船体梁剪应力计算公式
船体梁剪应力是指作用在船体梁上的剪切力所引起的应力。
船体梁剪应力的计算公式可以用来评估船体梁的强度和稳定性，以确保船舶在航行过程中不会发生结构破坏。
船体梁剪应力计算公式可以根据船舶设计参数和船体梁的几何形状来确定。
一般而言，船体梁剪应力可以通过以下公式进行计算：
τ = V / (b * h)
其中，τ是船体梁的剪应力，V是作用在船体梁上的剪切力，b是船体梁的宽度，h是船体梁的高度。
船体梁剪应力的计算公式可以帮助船舶设计师评估船体梁的强度和稳定性。
通过计算船体梁剪应力，设计师可以确定船体梁是否能够承受在航行过程中产生的剪切力，从而确保船舶的结构安全。
船体梁剪应力的计算公式在船舶设计和结构分析中具有重要的作用。
通过合理地选择船体梁的几何形状和尺寸，设计师可以减小船体梁剪应力，提高船舶的结构强度和稳定性。
船体梁剪应力计算公式的应用可以帮助船舶设计师更好地评估船舶的结构强度和稳定性。
通过合理地选择船体梁的几何形状和尺寸，设计师可以减小船体梁剪应力，提高船舶的结构安全性。
船体梁剪应力计算公式是船舶设计和结构分析中的重要工具。
通过
合理地选择船体梁的几何形状和尺寸，设计师可以评估船体梁的强度和稳定性，并确保船舶在航行过程中不会发生结构破坏。
这项工作对于船舶的安全性和可靠性具有重要意义，是船舶设计师必须掌握的关键知识之一。
船舶纵向构件疲劳评估的热点应力方法
１ 热 点 应 力 的 计 算 方 法
１ １ 热点 应力 的定 义 ．
Ｏ一 一热点 应力 ， 由于 结 构 的非 连续 性 引 ＇ ｓ 指
起 的应 力 ， 不 考 虑 焊 接 的影 响 ， 但 可
热 点应 力 （ 称几 何应 力 ） 也 指结 构节 点几 何 突 变处 的应力 ， 点处 结构 的裂纹 最 可能发 生 ， 热 通常
ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ｉ ｕ ｓ ｅ ｓ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ｍｉ ａ ｔｅ ｓ ｓ ｉ ｕ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＣＣＳ Ｇｕ ｄ ｌ ｅ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｌＦ — ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｔ ｅａ ｓ ｓ ｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｏ ｏ ｎ ｌｓ ｒ ｓ ｔ ｌ ｔ ｄ ｉ ｈ ｇ ｐ ｉ ｅ ｉ ｓ ｆ ｒ Ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ａ ｎ ｔｇ ｅ Ｓ ｒ ｎ ｔ ｆＳ ｉ ｓ（ ０ １ ．Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｉ ｕ ｔｅ ｇ ｈ ｏ ｈ ｐ ２ ０ ） ｉ ａ ｅ ｅ ｃ ｉ ｅ ｈ ｒｎ ｉ ｌ ｆＦＥＡ ｏ ｅｉ ｇ，ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｍ ｄｌ ｎ ａｃ ｌｔ ｔ ｏ ｎ ｎ
Ｉ 应力分布
至 至
本 文在《 指南 》 的基 础 上继续 充 实 了船 体 纵 向 构 件疲 劳强计 算 的热 点 应 力 方 法 ， 对 《 南 》 是 指 第 五章 内容 的细化 和补充 。
图 １ 焊 接 接 头应 力 分 布 示 意 图
图中： —— 名 义应 力 ， 按照 梁理 论 模 型或 有 限元
算方法和对应 的 Ｓ 曲线选取 的要求 。 Ｎ 关键词 ： 劳评估 ； 疲 热点应力 ； 纵向构件
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。
船舶总纵强度计算方法
一、引言
*
问题提出：
船舶在运营过程中，船体结构的受力颇为复杂。尤其是船体所受重力和浮力沿船长方向分布的不一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯曲应力。 (这时弯曲应力大小如何衡准？)
解决思路：
将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形. 已成为研究船舶总纵强度(Longitudinal strength of ship)的标准方法。
x
Mx
o
总强度计算的标准计算方法： （1）将船舶静置在波浪上，即假定船舶以波速在波浪的传播方向上航行，船舶与波浪处于相对静止的状态； （2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长，计算波高按有关规范或强度标准选取。 （3）取波峰位于船中和波谷位于船中两种状态分别进行计算。
计算方法：
*
ห้องสมุดไป่ตู้
总纵弯曲;板架弯曲;纵骨弯曲;板的弯曲
1
2
3
4
5
由以上分析可知，船体纵向连续构件在总弯曲中所受到的正应力，可以称为总合正应力。 它包括总弯曲正应力及局部弯曲正应力。 对于不同的构件，其局部弯曲正应力所包含的应力数目是不同的，所以为： 船体总纵强度的校核内容，包括： 按许用应力校核 总合正应力校核 剪应力校核 按剖面最大承载力校核
概述 在求得船体的总纵弯曲和剪力之后，我们就可以计算船体的弯曲正应力，进行强度校核。
实验现象：
中性轴： 中性层与横截面的交线称为中性轴。
MZ:横截面上的弯矩
IZ :截面对中性轴的惯性矩
y :到中性轴的距离
z
y
船体结构是由许多部件组成的，这些部件各自承担着一定的作用。其中一些是直接承受外力的构件，另一些则承受别的构件传来的力。现以两种典型结构形式的船底板架为例，进行船体结构的受力和传力过程分析。
船舶结构强度直接计算分析中应力的选取
船舶结构强度直接计算分析中应力的选取发表时间：2019-11-26T09:28:36.007Z 来源：《中国西部科技》2019年第24期作者：沈琪凡[导读] 船舶结构强度进行计算的过程中如何选择更加适合的应力一直以来都是十分重要的问题，文章分析了计算过程中常见的应力选取情况。
摘要：船舶结构强度进行计算的过程中如何选择更加适合的应力一直以来都是十分重要的问题，文章分析了计算过程中常见的应力选取情况。
1、前言船舶进行结构强度计算的过程中应力从不同的角度可以分别分为中面应力表面应力，和节点应力单元节心应力两个方面，文章分析了如何选择应力。
2、中面应力与表面应力2.1分析船体是由许多构件组成的复杂结构,每一构件各自承担着一定的作用,其受力和变形极其复杂。
但它们具有的共同特点是,在承受外部载荷后,将顺序地传递所受到的力,并发生相应的变形。
构件在受力和传力的过程中会受到多种作用,产生多种应力。
在传统的船体结构强度分析方法中,对于纵向强力构件,习惯上把应力人为地区分为4种,即总纵弯曲应力( 1)、板架弯曲应力( 2)、由纵骨弯曲引起的应力( 3)和由板格局部弯曲引起的应力( 4),根据各种构件在传递载荷过程中所产生的应力种类和数目,用合成应力来校核其总纵强度。
这种方法是近似的和不合理的[3]。
用有限元方法对船体结构进行计算分析时,无所谓总强度、横强度和局部强度之分,而且,只要网格足够细,上述纵向构件的4种弯曲应力是一起算出的,消除了上述对各种应力的合成过程中的近似性和不合理性,因此比常规的方法更有效和可靠。
原则上说,用线弹性计算理论和基于屈服强度的强度准则对承受面外压力的板进行强度校核时,应采用板的上下表面应力进行校核,因为板的局部弯曲使得板的上(或下)表面的应力较其中面应力有所增加。
但是,由于下面的原因,我们认为取板单元的中面应力作为工作应力是合理的:1)受到骨架支持的板格,只要骨架有足够的刚度而不失稳,板格表面小的局部屈服并不会引起其承载力的明显减小和正常使用;2)根据3种常规船型结构强度直接计算分析指南中规定的建模准则,有限元网格沿横向按纵骨间距或类似的间距划分,纵向按肋骨间距或类似的间距划分,而板壳单元采用线性位移模式的4节点四边形单元或3节点三角形单元,也就是说按照这样的网格模型,由板的局部弯曲引起的弯曲应力是算不出来的;3)正常载荷作用下,由板的局部弯曲引起的应力与板的薄膜应力相比并不大。
ccs船体结构强度直接计算指南
ccs船体结构强度直接计算指南English answer:Direct Calculation of Hull Structural Strength for CCS Ships.The direct calculation method is a deterministic method for calculating the hull structural strength of ships, which is based on the principle of limit state design. Itis a widely used method in the design of CCS ships. The main steps of the direct calculation method are as follows:1. Determine the design loads and boundary conditions.2. Establish the calculation model of the hull structure.3. Calculate the stress and strain of the hull structure.4. Check the strength of the hull structure.The direct calculation method is a relatively simple and straightforward method, and it can be used to calculate the hull structural strength of ships with different types and sizes. However, it is also a conservative method, and it may lead to over-design of the hull structure.Chinese answer:CCS船体结构强度直接计算指南。
船体应力计算公式是什么
船体应力计算公式是什么船舶作为海上运输的主要工具之一，其结构设计和安全运行一直是航海领域的重要研究方向。
船体应力是指船体在航行和受外部力作用下所受到的力的分布情况，是评估船舶结构安全性的重要指标。
在船体设计和运行过程中，对船体应力的计算和分析是至关重要的。
船体应力的计算公式是指用来计算船体在受力作用下的应力分布情况的数学表达式。
船体应力的计算公式通常由船舶工程师和结构设计师根据船舶结构特点和受力情况进行推导和建立。
船体应力的计算公式可以帮助工程师和设计师预测船体在不同条件下的应力分布情况，从而指导船体结构设计和运行管理。
船体应力的计算公式通常涉及到材料力学、结构力学和流体力学等多个学科的知识，是一个复杂的数学模型。
根据船舶结构的不同特点和受力情况，船体应力的计算公式也会有所不同。
一般来说，船体应力的计算公式可以分为静力计算和动力计算两种情况。
静力计算是指在船舶静止或恒定速度下受外部力作用时的应力计算。
在静力计算中，船体应力的计算公式通常包括船体受力分析、材料性能参数、结构形状参数等多个方面的内容。
静力计算的目的是确定船体在静止或恒定速度下受力情况，为船体结构设计和材料选择提供参考依据。
动力计算是指在船舶航行或受外部动力作用时的应力计算。
在动力计算中，船体应力的计算公式通常包括船体在航行过程中的受力分析、流体动力学参数、船体振动和疲劳等多个方面的内容。
动力计算的目的是确定船体在航行或受外部动力作用时的应力分布情况，为船体结构设计和运行管理提供参考依据。
船体应力的计算公式是船舶工程中的重要内容，其准确性和可靠性直接影响船体结构的安全性和航行性能。
在船体应力的计算过程中，船舶工程师和设计师需要充分考虑船舶结构的特点、受力情况、材料性能、流体环境等多个因素，建立合理的数学模型和计算方法。
同时，船体应力的计算公式也需要根据船舶结构和运行条件的变化进行不断修正和完善，以确保其在实际应用中的准确性和可靠性。
总之，船体应力的计算公式是船舶工程中的重要内容，其建立和应用对于船体结构设计和运行管理具有重要意义。
双体船结构的直接计算分析
双体船结构的直接计算分析双体船是一种特殊的船舶结构，它由两个平行排列的船体组成，这两个船体之间通过横向的连接结构相互连接。
相比传统的单体船，双体船具有较大的稳定性和抗风浪能力，能够在恶劣的海况下进行航行。
然而，双体船的结构设计较为复杂，需要进行直接计算分析来确定其结构的强度和稳定性。
双体船的结构设计通常需要考虑以下几个方面：船体的构建材料、连接结构的强度、船体的水动力特性和破坏模式等。
直接计算分析是通过数值计算和工程力学原理来评估这些方面的设计要求和性能。
下面将从强度和稳定性两个方面介绍双体船结构的直接计算分析。
首先是强度方面的直接计算分析。
在强度分析中，需要确定双体船结构的承载能力和局部的应力分布。
强度分析可以通过有限元方法进行，其中将船体划分为有限数量的小单元，然后进行数值计算得到各个单元的应力和变形。
通过这些计算结果，可以评估双体船结构在各种工况下的稳定性和强度，为结构设计提供参考。
另外，强度分析还需要考虑各个组件之间的连接方式和强度，以及材料的强度参数等。
其次是稳定性方面的直接计算分析。
在稳定性分析中，需要考虑双体船在静态和动态条件下的稳定性。
静态稳定性指的是船舶在平静水面上的倾覆能力，需要评估双体船的重心位置和浮心位置等参数。
动态稳定性指的是船舶在遇到外部力矩时的倾覆能力，需要考虑船体和船体之间的连接结构对外部力矩的响应，并评估双体船的回复能力。
这些稳定性参数可以通过计算和模拟得到，可以帮助设计者优化双体船的结构和减小倾覆风险。
除了这些方面，直接计算分析还可以应用于双体船的水动力分析和破坏模式分析等。
水动力分析主要是评估双体船在水下行驶时的性能和航行稳定性，可以通过CFD（计算流体力学）分析方法进行，得到水流对船体的作用力和阻力等信息。
破坏模式分析主要是评估双体船在遭受外部冲击时的破坏程度和结构的可靠性，可以通过数值模拟和实验来得到破坏模式和破坏过程。
在进行直接计算分析时，需要对双体船的结构进行精确的几何建模和材料建模，以及预先确定边界条件和加载情况。
集装箱船结构强度直接计算指南
表 !"#"%"$
, ! " + 处最大 扭矩 , -.,
注： （$） 表中各工况的波浪载荷 （弯矩） 均指以设计波方法模拟施加于全船模型的对应节点。 （!） 对于按无限航区设计的船舶， 预报在其生命周期内可能经受的最大波浪载荷主要包括在世界各海域内航行时经 受的海况， 用出现各种周期与波高的波浪出现的概率来表达。建议采用 /0.1 推荐的波浪散布图谱。二维或三 维波浪理论计算出在波浪谱各概率水平下的长期预报值。直接计算的概率水平取最大垂向波浪弯矩预报值量 级与按规范计算值相对应的概率水平。将船体置于确定的规则波上， 波浪外载荷对船体的作用可采用设计波来 模拟， 而该设计波所具有的波长、 相位和波高产生的载荷响应相当于长期预报值。
（!"） 显示满足或不满足强度标准的结果表格输出； （!#） 必要时， 对结构的建议修改方案， 包括修改后的应力评估和屈曲特性。 !$!$% 算方案。 !$!$( 计算程序如采用不同于本社 &)*+,-- 系统中所列的， 则送审单位还应提供所采用 对拟进行全船结构有限元分析的船， 设计部门应在设计周期的早期与 &&’ 研讨计
!! 1 2
首端节点 !： 沿纵向、 横向和垂向的线位移约束， 即：
!" # !! # !$ # 2
!"-"# 条件如下： 节点 -： 沿垂向的线位移约束， 即： 节点 #、 尾封板水平桁材距纵中剖面距离相等的左 （节点 #） 、 右 （节点 -） 各一节点处， 约束
!$ # 2
!"$ !"$". !"$"! 许用应力 板应力指的是板单元中点处的中面应力。 各板材 （包括桁材腹板） 的许用应力为： ［"% ］ 1 .32 第6页 4( ’ 55!
船舶结构疲劳评估及其应力分析方法的思考
船舶结构疲劳评估及其应力分析方法的思考摘要：通过现代化的集成制造技术，能够有效减少造船生产成本和材料浪费，并且给造船行业带来更高的经济效益。
船舶结构疲劳评估的应用是提高船舶制造行业的关键，也是造船行业未来发展的重要方向。
笔者针对船舶结构设计建造的关键技术进行全面分析，从而为船舶制造行业的研究与应用提供理论依据。
关键词：船舶制造行业；结构设计；疲劳评估；分析方法引言：伴随着现代信息技术的快速发展，信息技术在工业中的广泛应用，极大的促进了工业水平。
船舶工业的生产过程非常复杂，通过利用信息技术，能够给造船行业带来更加深刻的技术变革。
一、船舶结构结构设计建造技术能够贯穿于船舶制造的始终，包括最开始的船舶设计、船舶建造以及船舶试航、船舶操作等环节。
船舶结构设计建造技术的关键就是结构设计。
通过船舶结构设计建造技术，能够为船舶制造产业的发展带来非常可观的经济收益，并且有效地降低设计成本，减少船舶制造周期[1]。
同时也能够加强船舶制造的个性化与系列化，更加有助于船舶的维护、更新、回收以及设计等。
但是，船舶结构设计建造技术依然停留在有序建造的生产与装配计划方面，关键的生产设计等环节依然按照传统的设计方式来进行。
这样就会造成在同一张图纸上却有着非常多的专业划分工作，无法充分考虑结构的建造概念。
之所以存在这方面的问题，主要的原因在于，目前针对船舶结构设计建造技术的理解还不够深入，无法将船舶设计作为统一的整体，对于船舶的设计缺乏结构意识。
船舶结构设计建造技术能够保证设计具有结构简单、功能齐全、目标多样、便于制造等优点，同时通过标准尺寸和标准件的批量生产，主要部件具有可选性的最终产品的预支单元，从而满足船舶结构功能或者系统功能。
因为这些模块具有可选性部件，所以针对船东的要求可以进行随时的更改与优化。
船舶结构设计建造技术模块优化包括两个方面，一方面是船体结构，另一方面是船舶舾装两方面同时进行。
并且还可以改变模块与船体之间的结构关系。
船舶结构与强度设计第5章应力集中
船舶结构与强度设计第5章应力集中应力集中是指应力在结构中的一些特定区域或位置较大，远远超过了结构中其他部位的应力水平。
应力集中可能导致结构的破坏或失效，因此在船舶结构的设计中需要对应力集中进行合理的分析和处理。
应力集中的原因主要有以下几点：1.几何形状：如悬臂结构、重点转移处、缺陷等。
2.荷载：如集中载荷、可变载荷、动载荷等。
3.连接方式：如焊缝、铆接、螺栓连接等。
4.材料性能：如材料硬度不均匀、材料断裂韧性不足等。
在船舶结构的设计中，需要对应力集中进行充分的分析和评估。
首先需要确定应力集中的位置和程度，可以使用应力计算公式或有限元分析方法。
然后，根据应力集中的程度以及结构的设计要求，选择合适的处理方式。
常见的应力集中处理方式包括：1.加强结构的几何形状：如在应力集中处增加圆角，减小应力集中的效果。
2.增加材料的厚度或宽度：通过增加结构的截面面积来分散应力，减小应力集中的效果。
3.使用合适的连接方式：选择适当的焊接、铆接或螺栓连接方式，使其在应力集中处的承载能力得到提高。
4.使用合适的材料：选择强度高、韧性好的材料，使其在应力集中处具有较好的抗破坏能力。
除了以上常见的处理方式外，还可以根据具体情况采取一些特殊的处理措施，如增加支撑或剪切刚度、采用特殊材料或涂层等。
在船舶结构的设计过程中，应力集中的分析和处理是一个重要的环节。
合理的应力集中处理可以有效地提高结构的安全性和可靠性，降低结构的失效风险。
因此，设计人员需要具备扎实的理论知识和实践经验，以便对应力集中进行准确的分析和处理。
同时，结构的制造和施工过程也需要严格控制，以保证应力集中处理的有效性和可靠性。
补充1船舶结构强度直接计算法
• 舱壁最底部的单元一般情况下应尽量划分为正方 形单元，
Ship Structural Strength,
Structural Direct Calculation
端部肘板的腹板应以壳单元建模，面板应以壳/ 梁元建模。 g) 单元长宽比应不大于2:1。
Ship Structural Strength,
Structural Direct Calculation
25
建模具体要求
12) 结构有限元分析的构建尺寸大都采用建造 厚度，基于CSR规范的有限元模型的构件 的厚度应取作下列给出的厚度:
Ship Structural Strength,
Structural Direct Calculation
10
IACS发布的有限元分析流程
• 国际船级社协会(IACS)于2006年4月发布的 散货船共同规范（简称CSR），
• 规定船长大于150m的散货船需要进行有限 元分析
Ship Structural Strength,
甚至一些贡献较小的次要构件可以不计入 模型，例如短的防止屈曲的加强筋和小的 开孔。对于大的开孔，则必须计入模型。
Ship Structural Strength,
Structural Direct Calculation
27
3 载荷计算
• 作用在船体结构上的载荷，按其对结构的 影响，可分为:总体性载荷和局部性载荷
28
载荷考虑的原则
1) 等效设计波方法（EDW）用于设定设计载荷，包 括在静水中和波浪中的船体梁载荷以及与板垂直 的侧向载荷。
船舶结构与货运计算公式总结
船舶结构与货运计算公式总结首先，船舶结构的设计对于货运能力至关重要。
一个合理的船舶结构设计可以提高船舶的强度和稳定性，从而增强其承载能力和抗风浪能力。
船舶的结构设计需要考虑到船体的材料、结构形式和结构件的尺寸等因素，以确保船舶在承受重载和恶劣环境条件下依然能保持稳定和牢固。
其次，货运能力直接影响船舶的经济效益和运输效率。
船舶的货运能力主要考虑到船舱容积和载重能力。
船舱容积是指船舶内部可用于装载货物的空间，而载重能力则是指船舶所能携带的货物重量。
合理设计船舶的货运能力可以最大程度地提高船舶的装载率和货物运输效率，从而减少货物运输的成本。
在船舶结构与货运中存在一些常用的计算公式，用于评估船舶的结构强度和货物运输能力。
下面列举几个常见的例子：1.船舶结构强度计算中常用的公式包括：结构应力分析公式、材料强度公式和安全裕度计算公式。
这些公式用于评估船舶结构在不同载荷和环境条件下的受力情况，以确定结构的安全性和可靠性。
2.船舶的载货能力计算中常用的公式包括：船舱容积计算公式、载重能力计算公式和装载率计算公式。
这些公式用于确定船舶可以承载的货物数量、重量和装载比例，以最大程度地利用船舶的运输潜力。
综上所述，船舶结构与货运是船舶工程中非常重要的因素。
合理的船舶结构设计可以提高船舶的强度和稳定性，增强其承载能力；而货运能力的合理设计可以提高船舶的载货能力和运输效率。
在船舶结构与货运中，计算公式则是评估船舶结构和货物运输能力的重要工具。
通过适当的结构设计和货运能力计算，可以提高船舶的经济效益和运输效率。
船舶结构的疲劳与强度分析
船舶结构的疲劳与强度分析在广阔的海洋上，船舶作为重要的交通工具和运输工具，承载着无数的货物和人员。
然而，在长期的航行和复杂的海洋环境中，船舶结构面临着诸多挑战，其中疲劳与强度问题尤为关键。
理解和解决这些问题对于保障船舶的安全、可靠性以及使用寿命具有至关重要的意义。
船舶结构的疲劳是指在循环载荷作用下，材料或结构出现裂纹萌生、扩展，直至最终失效的现象。
这就好比我们反复弯折一根铁丝，经过多次弯折后，铁丝会在某个薄弱点断裂。
对于船舶来说，海浪的起伏、机器的振动、货物的装卸等都会产生循环载荷。
这些载荷虽然在单次作用下可能不会对船舶结构造成明显破坏，但长期积累下来，就可能导致结构疲劳损伤。
船舶在航行中会经历各种复杂的海况，如风浪、流等。
海浪的冲击会使船舶产生周期性的弯曲和扭转，这种反复的变形会在船舶结构内部产生应力。
当应力超过一定限度时，材料就会出现微观的缺陷，如位错、滑移带等。
随着循环次数的增加，这些微观缺陷逐渐聚集、扩展，形成微小的裂纹。
一旦裂纹达到一定长度，就会快速扩展，导致结构的失效。
船舶结构的强度则是指结构抵抗外力作用而不发生破坏或过大变形的能力。
这就像一座桥梁需要足够的强度来承受车辆和行人的重量一样，船舶结构也必须具备足够的强度来应对各种载荷。
船舶结构的强度分析包括静强度分析和动强度分析。
静强度分析主要考虑船舶在静止或匀速航行时所受到的恒定载荷，如重力、浮力、货物重量等。
通过计算这些载荷作用下结构的应力和变形，来评估结构是否满足强度要求。
而动强度分析则考虑船舶在动态环境下，如遭遇风浪、碰撞等情况下的响应。
这需要考虑惯性力、冲击力等动态载荷的影响，通常需要借助更复杂的数值分析方法和实验手段。
在实际的船舶设计和运营中，疲劳和强度问题是相互关联的。
如果船舶结构的强度不足，那么在正常使用过程中就更容易出现疲劳损伤。
反之，如果没有充分考虑疲劳问题，即使结构在初始阶段具有足够的强度，也可能在长期使用后由于疲劳裂纹的扩展而失效。
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α 收稿日期: 2003 12 27 陈有芳: 男, 34 岁, 硕士, 高级工程师, 主要研究领域为船舶结构强度研究
第 2 期
陈有芳等: 船舶结构强度直接计算分析中应力的选取
·175·
图 1 一典型集装箱船全船有限元模型
图 2 一典型散货船舱段有限元模型
1) 模型范围一般取在船中货舱区域的舱段 部分.
Ρe 289. 6 296. 4 298. 8 305. 3 289. 6 296. 4
Ρx - 326. 4 - 333. 6 - 336. 7 - 343. 8 - 326. 4 - 333. 6
Ρy - 100. 2 - 101. 8 - 102. 8 - 104. 4 - 100. 2 - 11+ Ρ2 ]. 文中将对船舶结构有限元分 析评估中采用中面应力作为工作应力的原理、方 法作分析与探讨, 供船舶结构分析人员参考使用.
1 船舶结构有限元模型
1. 1 大开口型船舶 对于大开口型船舶如集装箱船, 整船的扭转
刚度远低于常规型船舶, 相对其他船型而言, 大开 口船的扭转变形与翘曲应力的校核显得比较重 要. 对于此类船的弯扭组合总纵强度计算, 常采用 整船有限元分析作为规范设计的一种补充手 段[2 ].
船舶结构强度直接计算α 分析中应力的选取
陈有芳1) 徐 立2)
(哈尔滨工程大学1) 哈尔滨 150001) (中国船级社2) 北京 100006)
摘要: 在对船舶结构进行有限元直接计算分析和评估中, 一般采用舱段板梁模型, 不可避免地要面 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, 是否选取上下 表面的应力作为强度评估的依据, 这与有限元网格和边界条件有关. 在船舶结构有限元分析评估 中一般采用中面应力作为工作应力, 它是上下表面应力的平均, 文中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、方法做了分析与探讨. 关键词: 船舶结构; 有限元; 强度; 中面应力; 边界条件 中图法分类号: U 661. 43
2) 船体结构有限元网格大小沿船体横向按 纵骨间距划分, 纵向按肋骨间距或参照纵骨间距 大小划分, 舷侧也参照该尺寸划分.
3) 一般来讲, 船体的各类板、壳结构, 强框 架、纵桁、平面舱壁的桁材、肋骨等的高腹板以及 槽型舱壁和壁凳用弯曲板壳单元模拟.
4) 对于承受水压力和货物压力的甲板、内外 壳板、内外底板、顶底边舱斜板上的纵骨、舱壁的 扶强材等用梁单元模拟, 并考虑偏心的影响. 目前这两种网格划分规则是各国船级社关于 船体结构强度直接计算所建议的原则, 其强度标 准也都是基于上述网格划分的规则而建立的. 根 据上述规定的建模准则, 船体板本身的弯曲应力 Ρ4 是不能计算出来的, 所以应采用板单元的中面 应力作为工作应力来校核船体结构强度, 而且单 元的中面应力比较稳定[5, 6 ].
第 28 卷 第 2 期 2004 年 4 月
武 汉 理 工 大 学 学 报 ( 交与通工科程学版) Jou rna l of W uhan U n iversity of T echno logy
(T ran spo rta tion Science & Engineering)
V o l. 28 N o. 2 A p r. 2004
2 应力测试
为了说明根据上述建模准则不能计算出来板
本身的弯曲应力 Ρ4, 文中采用两种网格模型和三 种载荷施加方式来分析研究. 2. 1 测试模型
模型采用如图 3 所示的加筋板, 板的尺寸: 17 200 mm ×17 200 mm , 纵横加强筋的间距为 860 mm , 粗 网 格 单 元 尺 寸 取 加 强 筋 的 间 距: 860 mm ×860 mm ; 细网格单元尺寸取加强筋的 间 距 的 1 4, 材 料: E = 210 000 N mm 2, Τ= 0. 33, ; 板厚22 mm ; 梁: 400×150×12. 边界采用 纵向两端简支.
3) 中面应力的稳定性 通过下述测试模型 来分析取中面应力具有一定的稳定性.
图 4 纵向加筋板模型
表 4 两种边界条件的结果比较
N mm 2
工况
类别
四
粗网格模型
周
中面应力 细网格模型
刚
粗网格模型 表面应力
固
细网格模型
四
粗网格模型
中面应力
周
细网格模型
简
粗网格模型 表面应力
支
细网格模型
Ρe
1 219. 0 1 173. 3 1 539. 2 1 353. 6
似为 44. 1 N mm 2.
上述分析表明, 根据上述网格划分原则, 即网
格大小按加强筋的间距划分, 是不能计算出板的
局部板弯曲应力的, 而其它的应力成分应该取中
面应力, 而对于工况 1 的粗细模型纵向应力 Ρx
(N mm 2) 的有限元结果如表 3 所列.
表 3 粗细模型 Ρx 结果
N mm 2
Ρx - 490. 4 - 498. 4 - 502. 5 - 510. 6 - 490. 4 - 498. 4
Ρy - 155. 9 - 158. 0 - 159. 2 - 161. 2 - 155. 9 - 158. 0
板本身的局部弯曲应力 Ρ4 而细网格能计算出的
结论.
该模型板的局部弯曲应力 Ρ4 理论计算值近
对于工作应力的选取与有限元模型的关系, 在传统的船体结构强度评估中, 往往将船体构件 按照其受力特点分为 4 类, 即总纵弯曲应力 Ρ1, 由 板架弯曲引起的应力 Ρ2, 由纵骨弯曲引起的应力 Ρ3, 以及由板的弯曲引起的应力 Ρ4. 在船舶结构强 度计算中, 由于 Ρ3, Ρ4 相对较小, 在各船级社的直 接计算体系中, 大部分只校核 Ρ1 ≤ [ Ρ1 ], Ρ2 ≤ [ Ρ2 ]
3. 89% 13. 71%
1 230. 8 1 168. 3 2 112. 5 1 617. 7
5. 35% 30. 59%
Ρx
- 1337. 1 - 1293. 7 - 1 702. 3 - 1516. 5
3. 35% 12. 25%
- 1 365. 8 - 1 306. 3 - 2 320. 4 - 1 843. 2
图 3 粗网格模型与细网格模型
·176·
武汉理工大学学报 (交通科学与工程版)
2004 年 第 28 卷
序号 1 2 3
节 点 号
粗网格 细网格 粗网格 细网格 粗网格 细网格
241 3 601 242 3 605 243 3 609
表 1 中面应力
N mm 2
工况 1 工况 2
0 引 言
国内外对于船舶结构直接计算的理论和方法 有很多, 目前常用的有三维板梁元模型、全船有限 元模型等. 由于船舶结构的复杂性和所受载荷的 不确定性, 所有的计算方法都是建立在相对假设 的基础上的, 即所谓的相对强度, 相应的强度标准 为相对强度标准, 不可避免存在应力的选取问题.
一般来讲, 对承受横向压力的板进行强度校 核时, 如果能够计算板格本身的弯曲应力, 则应对 板的上下表面应力进行校核, 相应的强度标准即 为对应的上下表面应力[1]. 如果所计算出的板格 应力仅能体现板的拉压能力, 譬如采用膜元来模 拟船体板, 则其计算应力仅为板的中面应力. 因此 在工程应用上, 所采用的工作应力和强度标准应 该根据所采用的强度理论和使用的有限元模型简 化程度来选取对应的应力.
模型
粗网格 细网格 粗细网格应力之差
最大中 面应力 - 336. 77 - 341. 97
7. 2
最大表 面应力 - 502. 42 - 541. 97 39. 55
板弯曲 应力 165. 65 200. 00 44. 35
采用如图 4 所示的纵向加筋板模型, 板的尺 寸: 34 400 mm ×34 400 mm , 纵向加强筋的间距 为 860 mm , 横向不设加强筋, 粗网格单元尺寸 860 mm ×860 mm , 细网格单元尺寸215 mm × 215 mm , 在整个平面加平均面压 0. 21 N mm 2. 边 界分别采用四周简支和四周刚固两种情况, 计算 结果见表 4 所列. 可以看出, 对于纵向加筋板在承受面压的作 用下, 其中面应力受网格大小的影响较小, 而表面 应力受网格大小的影响则很大, 也就是说, 中面应 力相对稳定.
4. 55% 25. 89%
Ρy
- 288. 5 - 299. 6 - 411. 9 - 430. 3
3. 7% 4. 28%
- 343. 8 - 362. 7 - 508. 7 - 581. 7
5. 21% 12. 55%
第 2 期
陈有芳等: 船舶结构强度直接计算分析中应力的选取
·177·
3 结 论
Ρe 289. 7 297. 5 298. 9 306. 5 289. 7 297. 5
Ρx - 326. 4 - 334. 6 - 336. 7 - 344. 9 - 326. 4 - 334. 6
Ρy - 100. 1 - 103. 8 - 102. 7 - 103. 8 - 100. 6 - 101. 2
Ρx - 490. 1 - 495. 6 - 502. 3 - 507. 8 - 490. 1 - 495. 7
Ρy - 155. 7 - 153. 6 - 159. 0 - 156. 9 - 155. 8 - 153. 6
Ρe 433. 9 441. 3 444. 8 452. 1 433. 9 441. 3
载荷工况: 工况 1 在整个平面上加平均面压, 压力大 小为 0. 21 N mm 2; 对于细网格, 板是受压的. 工况 2 在所有纵向梁上加均布线压, 压力 大小为 180. 6 N mm ; 对于细网格, 板不承受局部 载荷. 工况 3 在两端加弯矩, 弯矩大小为 6. 68× 108 N ·mm. 工况 1 和工况 2 在上述定义的粗网格模型中 计算的结果 (包括中面和上下表面应力) 应该相 当, 而在上述定义的细网格模型中计算的应力 (纵 向) 在中面处应该相当, 而在上下表面处应该相差 一个局部板弯曲的应力量级. 工况 3 是一个纯弯 曲的模型, 其在中面处的应力应该为 0. 2. 2 结果比较和分析 1) 节点的中面应力及表面应力比较 结果 见表 1, 表 2, 比较区域: 板中间四个粗网格大小区 域内粗、细网格同一位置对应节点. 从表 1, 表 2 可以看出, 对于这种纵横都布置 了均匀分布的梁的板格, 其对应网格点 (都分布在 梁元端) 的中面应力和表面应力由于网格划分的 粗细而引起的变化不大. 2) 单元的中面应力及表面应力分析比较 所选区域的单元应力却与网格划分的粗细有关, 且其差别验证了前面所述的粗网格不能计算