船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題ppt課件

1、1概概 述述船體是由板梁組成的三維空間結(jié)構(gòu)，是在水中漂浮的自由體，在重力和浮力作用下處于自平衡狀態(tài)。根據(jù)這些特點(diǎn)，進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)有限元分析時(shí)，各國(guó)船級(jí)社都有一些要求和規(guī)定。我國(guó)船級(jí)社（CCS）的下列標(biāo)準(zhǔn)可供參考：船體結(jié)構(gòu)直接計(jì)算指南（海船）鋼質(zhì)內(nèi)河船舶船體結(jié)構(gòu)直接計(jì)算指南（內(nèi)河）散貨船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南油船船體結(jié)構(gòu)直接計(jì)算指南集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南雙舷側(cè)散貨船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南ANSYS程序進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)遵照這些指南或標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，比如單元選取，網(wǎng)格劃分要求，邊界條件，載荷等。然后才能選用它們規(guī)定的許用應(yīng)力衡準(zhǔn)。21.船體結(jié)構(gòu)模型通?？梢詣澐殖上铝蓄愋停?a) 船體梁整體模

2、型（圖1）圖1船體梁整體模型圖2 艙段模型(b) 艙段模型（圖2）3(c) 交叉梁系模型（板架）（圖3）(d) 肋骨框架模型（圖4）(e) 局部結(jié)構(gòu)模型（圖5）圖3交叉梁系模型 圖4肋骨框架模型 圖5局部結(jié)構(gòu)模型42.單元類型選取艙段及整船分析主要應(yīng)用板梁組合結(jié)構(gòu)模型。骨架采用梁?jiǎn)卧?，板采用殼單元，?duì)于高腹板梁的腹板用殼單元離散，面板用桿單元，支柱及撐材等用桿單元。此外為處理特殊邊界條件可能還需要應(yīng)用一些特殊單元。3.本專題我們將重點(diǎn)介紹艙段和整船有限元分析方法，包括下列內(nèi)容：板梁組合結(jié)構(gòu)計(jì)算艙段有限元分析建模、施加邊界條件、施加波浪載荷方法全船有限元分析局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析以上內(nèi)容，用ANSYS

3、程序?qū)崿F(xiàn)5第一章 板梁組合結(jié)構(gòu)計(jì)算1 概述 ANSYS中梁?jiǎn)卧愋陀卸喾N，在船體結(jié)構(gòu)計(jì)算中主要應(yīng)用Beam44和Beam188單元。 Beam44是3D帶斜度的非對(duì)稱梁元，節(jié)點(diǎn)i，j，k （ k為定位點(diǎn)），它的理論模型是:Euler-Bernolli梁包括軸向、彎曲、扭轉(zhuǎn)變形，橫向剪切變形不包括在單元公式中，即假設(shè)梁的剪切變形被忽略。這只有當(dāng)梁的截面尺寸h與典型軸向尺寸L之比 h/L1/15時(shí)才能給出合理的結(jié)果。6Beam44采用3次形函數(shù)，單剛為精確解，所以劃分單元時(shí)，在梁的跨度范圍（即每個(gè)構(gòu)件）只用一個(gè)單元即可。所以在連續(xù)梁、剛架、板架以及空間剛架計(jì)算中多采用Beam44單元。Beam18

4、8單元為Timoshenko梁包括彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)和橫向剪切變形，適合于剪切變形為主的深梁和剪切變形為次的細(xì)長(zhǎng)梁。當(dāng)梁的截面尺寸h與典型軸向尺寸L之比h/L1/10 時(shí)可以給出合理的結(jié)果，因?yàn)樗?jì)及了剪切變形的影響。如果h/L1/10為高腹板梁，此時(shí)需將梁的腹版用shell63單元離散，面板用桿元link8離散（圖1-1）。圖圖1-17Beam188單元可以直接輸剖面尺寸而不需輸入實(shí)常數(shù)，用/eshape,1命令顯示梁的實(shí)體形狀時(shí)，可顯示剖面真實(shí)形狀；而Bean44單元?jiǎng)t只能顯示截面為矩形形狀，因?yàn)樗峭ㄟ^輸入的實(shí)數(shù)顯示剖面形狀的。此外在后處理中，Beam188單元非常方便，像shell63單

5、元一樣顯示應(yīng)力云圖；而Beam44單元只能通過定義單元表顯示梁的彎矩，應(yīng)力等。Timoshenko梁（Beam188/ Beam189）采用一次/二次形函數(shù)，所以梁需要?jiǎng)澐肿銐蚨嗟膯卧拍鼙平鎸?shí)解。 8梁的定位點(diǎn)（方向點(diǎn)）（圖1-2）定位點(diǎn)k在x-Z平面（也可以在x-y平面）。例：如果給定一條線，指定了一個(gè)方向點(diǎn)(關(guān)鍵點(diǎn)KB)， 則沿線按一定方向生成梁?jiǎn)卧▓D1-3）圖1-2 定位點(diǎn) 圖1-392 交叉梁系（板架）計(jì)算通常采用Beam44單元（圖2-1）計(jì)算。(1).DX1 = 0,DY1 = 0,DZ1 = 0以CG點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。(2).如果忽略扭轉(zhuǎn)影響，IX1可填小值，如IX1 = 1.0e

6、-10；如果忽略IZ1影響，IZ1可填小值，如 IZ1 = 1.0e-10。注意：IX1,IZ1不能填任意值，它對(duì)結(jié)果有影響。實(shí)常數(shù)：R，1，Area1，,IZ1，IY1，TKZB1，TKYB1，IX1，Rmore，Area2，,IZ2，IY2，TKZB2，TKYB2，,IX2，如果J點(diǎn)剖面與I點(diǎn)相同Area2，IZ2，填0或空白R(shí)more，DX1，DY1，DZ1，DX2，DY2，DZ2，Rmore，SHEARZ，SHEARY，TKZT1，TKYT1，TKZT2，TKYT2剖面特性可以用ANSYS的SECTIONS計(jì)算得到。圖2-1 10例：計(jì)算圖2-2所示交叉梁系用ANSYS中SECTION

7、計(jì)算，剖面特性如下：A=0.0112 m2 Iy=0.319*e-3 m4TKZB1=0.13679 mTKZT1=0.2832 mh/L=1/15 ,可用Beam44計(jì)算,以CG為節(jié)點(diǎn)(DZ1=0)圖2-2 叉梁系 （用kN-m 單位） 11計(jì)算要點(diǎn)：(1) 忽略IZ,IX,取IZ = 1.e-10, IX = 1.e-10(2) 全部板架梁都用一個(gè)定位點(diǎn) K,100,0,4,3*1000(3) 繪縱梁彎矩圖(4) 顯示面板、帶板應(yīng)力 材料：E=2.06e8 kN/m2,MU=0.3圖2-3bSMAX0maxbSMIN0min12本例命令流文件：Gird44.datfini/clear/ti

8、tle,gird 2002/9/22 /prep7/view,1,0.75,0.54,0.38/ang,1,-101et,1,beam44mp,ex,1,2.06e8R,1,0.0112,1.0e-10,0.319e-3,0.13679,0.1,1.0e-10,rmore, , , , , , ,rmore, , , , , , ,rmore, , ,0.2832,0.1, ,k,1,0,0,0 $k,5,0,8,0kfill,1,5,3K,6,3,2,0k,7,3,4,0 $k,8,3,6,0kgen,2,6,8,1,-6,K,100,0,4,3*1000 L,1,5 $L,6,9 $L,7

9、,10 $L,8,11 FLST,2,4,4,ORDE,2FITEM,2,4,4,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-4LOWLAP,P51XNUMMRG,KP, , , ,LOWLPLOTLSEL,ALLLATT,1,1,1, ,100,Lesize,all, , ,1 LMESH,ALL /view,1,0.75,0.54,0.38/ang,1,-101/ESHAPE,1EPLOTFINI13/SOLUDK,1,ALL $DK,5,ALLNSEL,S,LOC,X,3NSEL,A,loc,x,-3D,ALL,ALLALLSELFK,3,FZ,-300SAVESOLVEFINI/E

10、OF/post 1LSEL,S,LOC,X,0ESLL/VIEW,1,1.0/ANG,1,-90/REPLOTetable,Ni,smisc,3etable,Nj,smisc,9plls,Ni,Nj,-1,0etable,MI,smisc,5etable,Mj,smisc,11plls,Mi,Mj,-0.3,014etable,SMAXi,NMISC,1etable,SMAXj,NMISC,3plls,SMAXi,SMAXJ,-0.3,0etable,SMINi,NMISC,2etable,SMINj,NMISC,4etable,SMINi,SMINj,-0.3,0fini153 板梁組合結(jié)構(gòu)

11、計(jì)算示例板梁組合結(jié)構(gòu)計(jì)算需考慮梁的偏置。當(dāng)梁?jiǎn)卧鳛闅卧募訌?qiáng)部件時(shí)，梁?jiǎn)卧c殼單元應(yīng)共享一個(gè)節(jié)點(diǎn)。殼單元節(jié)點(diǎn)位于殼中面上，而梁?jiǎn)卧墓?jié)點(diǎn)位于梁橫截面形心處，因此，如果殼和梁共享節(jié)點(diǎn)，加強(qiáng)梁與殼將重疊（圖3-1a），這與實(shí)際結(jié)構(gòu)不符，所以必須將梁截面從節(jié)點(diǎn)位置處偏置（圖3-1b）圖3-1a圖3-1b16圖3-2為一板梁組合結(jié)構(gòu)（板架）。考慮梁的偏置應(yīng)用Beam188單元和Shell63單元計(jì)算板架的變形與應(yīng)力。圖3-217板架承受均布載荷 q = 0.01 N/mm2本例：h/L=1/20 所以可用梁來(lái)模擬。計(jì)算要點(diǎn)：（1）Beam188為線性2節(jié)點(diǎn)單元與Shell63（無(wú)中間節(jié)點(diǎn)）相匹配

12、(2 ) 考慮Beam188/189偏心影響用下面的方法（圖3-3 ）梁的偏置應(yīng)用下列命令：SECOFFST，USER，y，zSECTYPE，1，Beam，T，Beam188SECOFFST，USER，0，415SECDATA，100，415，10，8SECTYPE，2，Beam，L，Beam188SECOFFST，USER，0，130SECDATA，80，130，8，8圖3-3 （3）Beam188為一次形函數(shù)所以需劃分足夠多的單元，它與殼單元網(wǎng)格密度一致（4）定位點(diǎn)：取遠(yuǎn)點(diǎn)定位 K,1000,4000,8e10,018文件: Shell_B188.datfini/clear/title,s

13、hell 63 + beam188/prep7et,1,shell63r,1,10et,2,beam188 ! T 8*400/10*100sectype,1,beam,T, , 0secoffset,user, 0, 415secdata,100,415,10, 8, 0, 0, 0, 0, 0, 0et,3,beam188 ! L125 * 80 * 8sectype,2,beam,L, , 0secoffset,user, 0, 130secdata,80, 130, 8, 8, 0, 0, 0, 0, 0, 0mp,ex,1,2.1e5mp,nuxy,1,0.3k,1,0,0,0 $k

14、,2,8000,0,0L,1,2 ! L 1k,3,0,0,-3000 $k,4,500,0,-3000L,3,4 ! L2Lgen,16,2,500,0,0k,500,0,0,3000K,1000,4000,8e10,0NUMMRG,KP,LOWL,3,500adrag,2,3,4,5,6,7,18adrag,8,9,10,11,12,13,18adrag,14,15,16,17,1819FLST,2,16,4,ORDE,16FITEM,2,1FITEM,2,21FITEM,2,23FITEM,2,25FITEM,2,27FITEM,2,29FITEM,2,31FITEM,2,34FITEM

15、,2,36FITEM,2,38FITEM,2,40FITEM,2,42FITEM,2,44FITEM,2,47FITEM,2,49FITEM,2,51LOVLAP,P51XNUMCMP,LINE/PNUM,KP,1/REPLOTElementtype,1real,1esize,500amesh,all20Lsel,s,85,98Lsel,a,53,54Latt,1,2,0,1000,1Lmash,alllsel,allFLST,5,15,4,ORDE,15FITEM,5,55FITEM,5,-56FITEM,5,58FITEM,5,60FITEM,5,62FITEM,5,64FITEM,5,6

16、6FITEM,5,68FITEM,5,-69FITEM,5,71FITEM,5,73FITEM,5,75FITEM,5,77FITEM,5,79FITEM,5,81CM,_Y,LINELSEL,P51XCM,-Y1,LINECMSEL,S,_YCMDELE,_YLREVERSE,_Y1,0CMDELE,_YI21Lsel,s,55,84Latt,1,0,1000,2Lmesh,allallsel,allNUMMRG,NODE,LOWNUMCMP,NODEeplot/solunsel,s,loc,x,0nsel,a,loc,x,8000d,all,allnsel,s,loc,z,-3000nse

17、l,a,loc,z,3000d,all,uy,0nsel,allESEL,S,TYPE,1/REPLOTsf,all,pres,0.01allsel,allsolve22/ESHAPE,1.0/VIEW,1,1,1,1eplotfini/eof/post1PLDISP,1esel,s,type,1/replotPLNSOL,S,EQV,0,1ESEL,S,TYPE, ,2/replotPLNSOL,S,X,0,1ESEL,S,TYPE,3/REPLOTPLNSOL,S,X,0,1 板的Von Mises云圖 縱桁的X方向云圖 23橫梁的X方向云圖 24第二章 艙段有限元分析各國(guó)船級(jí)社現(xiàn)行直接計(jì)

18、算法都要求進(jìn)行艙段有限元分析，并要求在艙段兩端施加總縱彎矩與切力，這種模型實(shí)質(zhì)上是一種簡(jiǎn)化的整船分析模型（圖1），它相當(dāng)于梁的初參數(shù)法。圖1艙段計(jì)算模型25在艙段兩端施加總縱彎矩與切力 261 CCS散貨船、油船直接計(jì)算指南有關(guān)規(guī)定1.結(jié)構(gòu)模型化(1) 模型范圍取船中貨艙區(qū)的1/2貨艙1個(gè)貨艙1/2貨艙，以減少邊界條件的影響。橫向取船寬范圍，如果結(jié)構(gòu)和載荷對(duì)稱于縱中剖面，可僅模型化船體的右舷（或左舷），垂向取型深范圍。有限元網(wǎng)格沿船體橫向和垂向以縱骨間距為一個(gè)單元沿船體縱向以肋位間距（或參照縱骨間距）為一個(gè)單元沿主要構(gòu)件（如橫向框架、雙層底縱桁、實(shí)肋板、橫艙壁的垂向和橫向桁材等）的腹板高度方向

19、劃分為三個(gè)單元。這一規(guī)定主要適用于大型貨船，其構(gòu)件腹板較高劃分三個(gè)單元，對(duì)一般貨船沿腹版高度方向劃分的單元數(shù)由實(shí)際情況來(lái)定。27網(wǎng)格盡量接近正方形，少用三角形單元。殼板、強(qiáng)框架、縱桁、艙壁桁材、肋板等的高腹板用4節(jié)點(diǎn)殼單元模擬。強(qiáng)框架、 桁材、肋板等構(gòu)件的面板用桿單元模擬縱骨、艙壁扶強(qiáng)材等用梁元模擬并考慮梁的偏置。肋板上的加強(qiáng)筋、肘板的面板等用桿單元。肋骨可以用板元或梁元，當(dāng)肋骨腹板的高度與舷側(cè)網(wǎng)格尺寸之比小于1/3 時(shí)可用梁元。強(qiáng)框架、強(qiáng)肋骨以及桁材等構(gòu)件視其腹板高度h與跨度L之比來(lái)決定采用板元或梁元，當(dāng)h/L=1/10則可用Timoshenko梁元離散，當(dāng)h/L Select Entiti

20、es 選 Element By Num/Pick Reselect【OK】將船體外表面單元用正視圖顯示（圖3-2），在拾取菜單中選 Box，用鼠標(biāo)拉出矩形，選擇舷外水壓力作用的所有單元。 圖圖3-2404 計(jì)算剖面形心為定義艙段兩端面的剛性點(diǎn)需找到剖面形心位置。例如下例大開口艙段的質(zhì)心坐標(biāo)如下：輸入 Dens = 7.85e-9 t/mm3Total Mass = 101.17 tCenter of Mass Xc = 0.44669e-13 mm Yc = 2032.9 mm Zc = 9603.7 mmMon.of Inertia about OriginIxx = 0.1315e+11

21、Iyy = 0.1462e+11 Izz = 0.3057e+10Ixy = 0.5885e-07 Iyz = -0.1975e+10 Izx = -0.7357e-0741應(yīng)該指出，上面介紹的CCS關(guān)于艙段計(jì)算的有限元模型規(guī)定適用于船長(zhǎng)L190 m 的大型貨船及 B32.2 m 的大型集裝箱船。對(duì)于一般尺度的船舶艙段計(jì)算模型可參照上述規(guī)定而不需要照搬規(guī)定。只要建模、分網(wǎng)、邊界條件、加載合理，符合實(shí)際情況即可。下面給出一個(gè)大開口船舶艙段計(jì)算示例，它的邊界條件按CCS散貨船的方法施加。427500DWT成品油輪航行于遠(yuǎn)洋無(wú)限航區(qū)，裝載燃油，采用雙底、雙殼、單甲板、縱骨架式結(jié)構(gòu)，設(shè)置一道縱艙壁。船

22、舶主尺度如下：總長(zhǎng) LOA 124.34 m結(jié)構(gòu)吃水 ds7.80 m兩柱間長(zhǎng)LBP115.20 m壓載吃水db5.154 m型寬B16.80 m 縱骨間距S0.65 m型深D9.20 m 肋距 0.65 m43二、有限元計(jì)算模型1 取中部貨油艙#76#96進(jìn)行分析，為了減少邊界條件影響，計(jì)算范圍在貨油艙的前、后各加1/2艙段，即計(jì)算范圍從#66#106。采用三維有限元模型進(jìn)行分析。坐標(biāo)系 ：X正方向向左舷，Y向上，Z沿船長(zhǎng)方向，右手法則。由于結(jié)構(gòu)和載荷不對(duì)稱于中縱剖面，故模型化左、右整個(gè)艙段結(jié)構(gòu)。按計(jì)算指南6.2.3規(guī)定進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分：沿船體縱向按肋距劃分，沿船體橫向按縱骨間距劃分。船底

23、板、內(nèi)底板、船側(cè)板、內(nèi)舷板、甲板板、平臺(tái)板、縱橫艙壁板及縱桁材等高腹板用Shell63單元離散，縱桁材面板及開口加強(qiáng)材等用Link8單元離散，縱骨、艙壁扶強(qiáng)材等用Beam188單元離散，共劃分成13121個(gè)節(jié)點(diǎn)，19328個(gè)單元，有78726個(gè)自由度。有限元離散圖見圖1。 4445實(shí)肋上開孔按CCS集裝箱船結(jié)構(gòu)直接計(jì)算指南（2004）的規(guī)定，用刪除開孔區(qū)單元的辦法處理。2、邊界條件按計(jì)算指南6.3規(guī)定,在模型端面#66和#106的縱中剖面各節(jié)點(diǎn)上施加UZ=0、UX=0、ROTX=0和 ROTY=0。為排除剛體位移，在橫艙壁與船側(cè)交線頂點(diǎn)垂向位移UY=0，并沿橫艙壁與舷側(cè)板交線各節(jié)點(diǎn)上施加垂向力

24、以減小支點(diǎn)處的應(yīng)力集中。邊界條件，見圖1。46三、計(jì)算工況三、計(jì)算工況按計(jì)算指南6.4,有1道水密縱艙壁的油船取如下7種工況進(jìn)行計(jì)算(圖2)。、計(jì)算載荷、計(jì)算載荷按計(jì)算指南6.5規(guī)定公式計(jì)算各工況的計(jì)算載荷。下面對(duì)工況2的載荷分布做詳細(xì)計(jì)算，其余各工況載荷計(jì)算同工況2。將計(jì)算結(jié)果匯總在表1中。四四 4748工況2：載荷分布如圖3所示。491.貨艙內(nèi)液貨壓力 kN/m2式中:： 液貨密度，不小于0.85 t /m3, 實(shí)取 = 0.85 t /m3；h艙頂?shù)接?jì)算點(diǎn)的垂直距離，對(duì)內(nèi)底板h = D hb = 9.21.2 = 8.0 m。內(nèi)底處 Pi = 0.859.18(8.0+2.5) = 87

25、.554 kN/m2 = 87.554103 N/mm2。2、舷外水壓力基線處：PB=10 ds +1.5 Cw kN/m2式中:： Cw = 10.75()1.5 當(dāng)90 m L 300 m時(shí) =10.75（）1.5 8.238 PB =107.8 +1.58.238 = 90.36 kN/m2 = 90.36103 N/mm2水線處：PW = 3 CW = 38.238 = 24.714 kN/m2 = 24.714103 N/mm2 P0 = Cw0.67 (D-ds) = 8.2380.67(9.2-7.8) = 7.3 kN/m2舷側(cè)頂端處：Ps = 3 P0 = 37.3 = 21

26、.9 kN/m2 = 21.9103 N/mm2甲板上水壓力:Pd = 2.4 P0 = 2.47.3 = 17.52 kN/m2 = 17.52103 N/mm2舷側(cè)、內(nèi)舷和縱艙壁、橫艙壁上的水壓力按線性分布。)5.2(0hgP0050艙段載荷分布 51525354許用應(yīng)力計(jì)算指南6.6.3： 110 N/mm2（船長(zhǎng)方向正應(yīng)力）； =175 N/mm2 （Von Mises應(yīng)力）； 145 N/mm2（橫向正應(yīng)力）； = 93 N/mm2 (剪應(yīng)力)。本船貨艙區(qū)主要構(gòu)件（縱向，橫向）的強(qiáng)度滿足計(jì)算指南規(guī)定的許用應(yīng)力。 lew5556第三章 全船有限元分析1 全船有限元分析的目的 (1) 評(píng)

27、估船舶總體強(qiáng)度(2)為局部結(jié)構(gòu)細(xì)化應(yīng)力分析提供邊界條件，如機(jī)艙前端甲板開口角隅的詳細(xì)應(yīng)力分析包括艙口圍板的上甲板開口角隅的詳細(xì)應(yīng)力分析對(duì)局部結(jié)構(gòu)非常規(guī)布置區(qū)域的詳細(xì)分析提供邊界條件總體強(qiáng)度分析后，從整體結(jié)構(gòu)中取出需要細(xì)化部分的結(jié)構(gòu)，用細(xì)網(wǎng)格進(jìn)行有限元二次解析，這是一種經(jīng)濟(jì)的分析技術(shù)。細(xì)化部分結(jié)構(gòu)的邊界條件為整體分析時(shí)得到的邊界上的節(jié)點(diǎn)位移。在ANSYS程序中利用子模型方法二次解析是非常方便的。57全船分析的計(jì)算結(jié)果主要構(gòu)件應(yīng)力數(shù)值結(jié)果變形的數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)構(gòu)變形圖及縱向應(yīng)力與Von Mises應(yīng)力云圖 582 有限元計(jì)算模型1.有限元模型范圍全船三維有限元模型包括整個(gè)船長(zhǎng)、船寬范圍的船體結(jié)構(gòu)，包括左

28、右舷結(jié)構(gòu)在內(nèi)船體舯段、首尾結(jié)構(gòu)、機(jī)艙、上層建筑內(nèi)所有有效的縱向受力構(gòu)件：甲板結(jié)構(gòu)、舷側(cè)及縱艙壁結(jié)構(gòu)、雙層底結(jié)構(gòu)。模型中還包括橫向主要結(jié)構(gòu)，如橫艙壁、肋骨框架及橫向甲板條等。對(duì)局部的支撐構(gòu)件，如肘板等不計(jì)入模型中，桁材、肘板的開孔忽略不計(jì)。對(duì)于結(jié)構(gòu)及載荷為左右對(duì)稱時(shí)，整船模型可只計(jì)入左舷（或右舷），并在中縱剖面施加左右對(duì)稱條件。對(duì)于大開口船舶需要考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)取整船模型計(jì)算。592.單元模型根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)將模型中的各類結(jié)構(gòu)按建造厚度離散為下列幾種類型殼元（四節(jié)點(diǎn)和三節(jié)點(diǎn)元）：甲板、舷側(cè)外板及船底板、內(nèi)底板、船底縱桁、縱艙壁及橫艙壁、肋板、邊艙腹板、舷側(cè)縱桁等。梁元縱桁、橫梁及水密艙壁扶強(qiáng)材等

29、。桿元支柱、強(qiáng)構(gòu)件的面板等。縱桁、強(qiáng)框架等用殼元還是用梁元依據(jù)h/L1/10來(lái)決定。 h/L1/10可用Beam188單元離散，而不需用殼元離散，可減少節(jié)點(diǎn)數(shù)目。603.單元網(wǎng)格尺寸控制縱向：雙層底肋板間距為一個(gè)單元。橫向：縱桁間距為一個(gè)單元。垂向：垂向桁材或甲板間距為一個(gè)單元。整船有限元分析時(shí)，網(wǎng)格尺寸取強(qiáng)構(gòu)件間距，這比艙段分析取骨材間距要大，否則整船分析規(guī)模太大。在船中部區(qū)域單元的長(zhǎng)寬比大致可控制在1:3，其它部位大致可控制在1:2。614.板材上的小骨材可以合并歸入板單元網(wǎng)格邊界，化為等效梁元，其截面積為合并的骨材面積之和，其剖面特性應(yīng)計(jì)入等效梁與板連接的偏置。圖2-1給出一典型集裝箱船

30、全船有限元模型。 圖2-1一典型集裝箱船全船結(jié)構(gòu)有限元模型 625.邊界條件 見圖2-2CCS集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南（2003）規(guī)定整體分析的邊界條件如下：在尾端節(jié)點(diǎn)1: Uy=0 尾封板距中縱剖面距離相等的左（節(jié)點(diǎn)3）、右（節(jié)點(diǎn)4）約束：Uz=0首端節(jié)點(diǎn)2約束：Ux=Uy=Uz=0圖2-263上述邊界條件約束了船舶在空間的6個(gè)自由度，即排除了剛體位移，所以可以進(jìn)行總縱彎曲變形與應(yīng)力計(jì)算。對(duì)于大開口集裝箱船，在斜浪中同時(shí)發(fā)生彎曲與扭轉(zhuǎn)變形，并伴隨有水平位移，此邊界條件限制了船體扭轉(zhuǎn)與水平位移，所以對(duì)集裝箱船彎扭計(jì)算是不妥的。如果將邊界條件改為圖2-3所示約束，在首端艙壁剖面扭心處施加約束，則可不約束船體扭轉(zhuǎn)和伴隨的水平位移，又可計(jì)算彎曲變形，比圖2-2所示邊界條件好。圖2-3船舶彎扭計(jì)算邊界條件64船舶是漂浮在水中的自由體，在重力，浮力及慣性力作用下處于平衡狀態(tài)，施加任何約束都會(huì)影響其變形狀態(tài)，上述邊界條件是為排除剛體位移施加的。656.載荷可分為以下幾類：(1) 空船重量，在有限元模型中，可將全船有限元模型沿縱向按空船重量分布曲線分成一系列區(qū)域，用控制不同的材料密度系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器重量按其所處的區(qū)域以節(jié)點(diǎn)力的形式作用在對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)上。其它一些次要的設(shè)備也歸入到材料密度作用在不同的區(qū)域節(jié)點(diǎn)上。(2) 艙內(nèi)及甲板上的貨物重量，按其載荷布置區(qū)域，作用在相應(yīng)的