補充1 船舶結構強度直接計算法

1、Structural Direct Calculation Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2 近年來，近年來， 由于新型船舶的建造、船舶的大型由于新型船舶的建造、船舶的大型化以及新結構、新材料不斷出現，船舶結構的化以及新結構、新材料不斷出現，船舶結構的屈曲、彈塑性破壞、疲勞和斷裂等問題日趨受屈曲、彈塑性破壞、疲勞和斷裂等問題日趨受到重視到重視 傳統(tǒng)的船舶結構設計和分析方法已難以勝任傳統(tǒng)的船舶結構設計和分析方法已難以勝任 尋找新的、有效的船體結構分析方法勢在必行尋找新的、有效的船體結構分析方法勢在必行 Ship St

2、ructural Strength, Structural Direct Calculation3 基于變分原理的把連續(xù)體離散化的數值解基于變分原理的把連續(xù)體離散化的數值解法，適應性強，效能較高。法，適應性強，效能較高。 實質是把求解區(qū)域分為有限個單元，這些實質是把求解區(qū)域分為有限個單元，這些單元只在求解區(qū)域的節(jié)點處和單元的邊界單元只在求解區(qū)域的節(jié)點處和單元的邊界上互相連接上互相連接 求解區(qū)域被離散了，并且表示為有限個單求解區(qū)域被離散了，并且表示為有限個單元的組合體。元的組合體。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation4

3、有限元分析用于船舶結構：將船體結構離有限元分析用于船舶結構：將船體結構離散為能精確模擬其散為能精確模擬其承載模式和變形情況承載模式和變形情況的的有限個單元，詳盡地表述船體結構的有限個單元，詳盡地表述船體結構的微觀微觀細節(jié)細節(jié)，真實地表達出各個構件間的協(xié)調關，真實地表達出各個構件間的協(xié)調關系與變化，可以求出各個關心構件或區(qū)域系與變化，可以求出各個關心構件或區(qū)域的的實際變形與應力實際變形與應力。 評價：是目前船體強度分析評價：是目前船體強度分析最準確、最完最準確、最完善善的方法，也是在結構設計中，最能精確的方法，也是在結構設計中，最能精確預報結構對載荷響應的結構分析方法。預報結構對載荷響應的結構分

4、析方法。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation5 自自 20 世紀世紀70 年代后期，引入我國的各種大、年代后期，引入我國的各種大、中型專用和通用有限元著名軟件有中型專用和通用有限元著名軟件有ABAQUS ANSYS ADINA, SAP, MARC, NASTRAN等。等。 船舶行業(yè)主流的有限元軟件是船舶行業(yè)主流的有限元軟件是NASTRAN Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation6 英國勞氏船級社的英國勞氏船級社的 SHIPRIGHT 系統(tǒng)系統(tǒng) 美

5、國船級社的美國船級社的 SAFEHULL 系統(tǒng)系統(tǒng) 挪威船級社的挪威船級社的 NAUTICUS 系統(tǒng)系統(tǒng) 法國船級社的法國船級社的 VERISTAR 系統(tǒng)系統(tǒng) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation7 整船分析整船分析 艙段分析艙段分析 局部有限元分析局部有限元分析 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation8整船分析：獲得船體應力和變形的整體情況，整船分析：獲得船體應力和變形的整體情況，如總縱彎曲應力和變形如總縱彎曲應力和變形 Ship Structur

6、al Strength, Structural Direct Calculation9艙段分析：艙段分析： 用于分析用于分析甲板、舷側、船底和艙壁甲板、舷側、船底和艙壁等結構等結構在局部載荷作用下的強度在局部載荷作用下的強度 再再疊加船體梁疊加船體梁的載荷后，同樣能夠進行的載荷后，同樣能夠進行船船體總強度體總強度的評估的評估 還可為還可為艙口角隅艙口角隅等需要細化的局部結構分等需要細化的局部結構分析提供邊界條件析提供邊界條件 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation10局部有限元分析：局部有限元分析： 在對船體進行艙段分析的

7、基礎上，為了更在對船體進行艙段分析的基礎上，為了更精確地獲知精確地獲知主要結構構件或關鍵部位主要結構構件或關鍵部位的應的應力水平和應力分布時采用，可用于計算局力水平和應力分布時采用，可用于計算局部應力以確定應力集中系數部應力以確定應力集中系數 分析受集中力作用的結構強度，如系泊裝分析受集中力作用的結構強度，如系泊裝置、錨機、克令吊基座的船體支撐結構強置、錨機、克令吊基座的船體支撐結構強度分析度分析 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation11 國際船級社協(xié)會國際船級社協(xié)會(IACS)于于2006年年4月發(fā)布的月發(fā)布的散貨船共

8、同規(guī)范（簡稱散貨船共同規(guī)范（簡稱CSR），）， 規(guī)定船長大于規(guī)定船長大于150m的散貨船需要進行有限的散貨船需要進行有限元分析元分析 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation12 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation13建模原則：建模原則： 全船的有限元模型化必須建立在對船體結構的承全船的有限元模型化必須建立在對船體結構的承載模式、載荷傳遞和相應的變形特征正確分析的載模式、載荷傳遞和相應的變形特征正確分析的基礎上，基礎上， 合理地布置單元網格線和簡化縱

9、骨等小構件，運合理地布置單元網格線和簡化縱骨等小構件，運用桿元、梁元、膜元和板殼元等結構單元的恰當用桿元、梁元、膜元和板殼元等結構單元的恰當組合，組合， 做到既要保證計算結構的真實、有效、可信，又做到既要保證計算結構的真實、有效、可信，又要控制模型的規(guī)模要控制模型的規(guī)模 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation141）若采用艙段分析，則僅對船體的某些艙段）若采用艙段分析，則僅對船體的某些艙段建立有限元模型建立有限元模型 主要包括兩種模型：主要包括兩種模型： 三艙段模型三艙段模型，如，如CSR、ABS和和IACS采用采用 兩艙

10、段模型兩艙段模型，如，如DNV, LR, GL及及CCS采用采用 無論是三艙段模型還是兩艙段模型，模型無論是三艙段模型還是兩艙段模型，模型的的垂向范圍都為船體型深垂向范圍都為船體型深。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation15有限元模型的縱向范圍（三艙段）有限元模型的縱向范圍（三艙段） Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation162) 主要的結構構件，如肋板、舷側肋骨、甲板橫梁、主要的結構構件，如肋板、舷側肋骨、甲板橫梁、縱骨、縱桁、底部縱桁及其他相當

11、構件等要合理縱骨、縱桁、底部縱桁及其他相當構件等要合理的模型化。的模型化。 3) 有限元網格的劃分應根據計算目標和精度的要求。有限元網格的劃分應根據計算目標和精度的要求。 兩種做法兩種做法: 粗網格粗網格(如如ABS)，即根據主要結構件來布置單元格子線；，即根據主要結構件來布置單元格子線； 細網格，即根據骨材的間距來劃分單元，細網格，即根據骨材的間距來劃分單元，DNV, LR, BV和和CCS等都采用細網格模型等都采用細網格模型 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation174) 粗網格的有限元模型在表達船體結構的粗網格的有限

12、元模型在表達船體結構的總縱彎曲總縱彎曲和局部板架彎曲和局部板架彎曲時是恰當的，但是它關于時是恰當的，但是它關于加強筋加強筋和和板格的彎曲板格的彎曲的描述卻是不完備的。的描述卻是不完備的。 粗網格模型通常采用粗網格模型通常采用膜單元膜單元和和桿單元桿單元來模擬船體來模擬船體結構。由于結構。由于梁單元梁單元與與膜單元的膜單元的貼和連接存在單元貼和連接存在單元間變形的不相容，所以一般不采用間變形的不相容，所以一般不采用梁單元梁單元。但是。但是在有些情況下，為了使結構具有面外剛度，梁單在有些情況下，為了使結構具有面外剛度，梁單元被用來支撐膜單元，以便承受橫向載荷。如雙元被用來支撐膜單元，以便承受橫向載

13、荷。如雙層底上的縱骨通常采用桿單元，但在橫艙壁的支層底上的縱骨通常采用桿單元，但在橫艙壁的支凳附近則處理為梁單元。凳附近則處理為梁單元。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation185) 細模型的板構件細模型的板構件(主要結構構件主要結構構件)選用選用板殼板殼單元，加強筋選用單元，加強筋選用梁單元梁單元。在主要構件之。在主要構件之間布置這種單元，以承受壓力載荷并把它間布置這種單元，以承受壓力載荷并把它們傳遞給主要構件。對于僅在板的一側布們傳遞給主要構件。對于僅在板的一側布置的加強筋應采用置的加強筋應采用偏心梁元偏心梁元。否則

14、梁的彎。否則梁的彎曲剛度應該計入有效帶板的影響。另外對曲剛度應該計入有效帶板的影響。另外對于較薄的板構件，考慮到它的承載能力，于較薄的板構件，考慮到它的承載能力，可以用平面應力單元來代替板殼元?？梢杂闷矫鎽卧獊泶姘鍤ぴ?。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation196) 單元單元 主要采用四種類型主要采用四種類型:桿單元桿單元、梁單元梁單元、膜元膜元和和板殼元板殼元 并且通常只采用簡單單元，即僅在角點處并且通常只采用簡單單元，即僅在角點處布置節(jié)點布置節(jié)點 對于膜元和殼元，應僅采用線性對于膜元和殼元，應僅采用線性四邊形單

15、四邊形單元元或或三角形單元三角形單元。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation207) 船體的外板結構，強框架、縱析、平面艙船體的外板結構，強框架、縱析、平面艙壁的析材、肋骨等的高腹板，以及槽型艙壁的析材、肋骨等的高腹板，以及槽型艙壁采用壁采用四節(jié)點板殼單元模擬四節(jié)點板殼單元模擬 在高應力區(qū)和高應力變化區(qū)盡可能在高應力區(qū)和高應力變化區(qū)盡可能避免使用避免使用三角形單元三角形單元，如減輕孔、人孔，艙壁與壁，如減輕孔、人孔，艙壁與壁凳連接處，鄰近肘板或結構不連續(xù)處，凳連接處，鄰近肘板或結構不連續(xù)處，盡盡量少用三角形單元量少用三角

16、形單元。 單元長寬比應不大于單元長寬比應不大于4:1。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation218) 對于承受水壓力和貨物壓力的各類板上的扶強材對于承受水壓力和貨物壓力的各類板上的扶強材用用梁單元模擬梁單元模擬，并考慮，并考慮偏心的影響偏心的影響。 縱桁、肋板上的加強筋、肋骨和肘板等主要構件縱桁、肋板上的加強筋、肋骨和肘板等主要構件的面板和加強筋可用桿單元模擬。的面板和加強筋可用桿單元模擬。 若考慮到網格的布置和大小劃分的困難，部分區(qū)若考慮到網格的布置和大小劃分的困難，部分區(qū)域一個線單元可以用來模擬一根或多根梁域一個線單

17、元可以用來模擬一根或多根梁/桿單元。桿單元。船底縱桁和肋板在垂直方向布置應不少于船底縱桁和肋板在垂直方向布置應不少于3個板單個板單元。元。 艙壁最底部的單元一般情況下應盡量劃分為正方艙壁最底部的單元一般情況下應盡量劃分為正方形單元，形單元， Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation22一個強框架的典型網格 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation239) 槽型艙壁和壁凳槽型艙壁和壁凳:每一個翼板和腹板至少應每一個翼板和腹板至少應劃分一個板單元；在槽型艙壁下

18、端接近底劃分一個板單元；在槽型艙壁下端接近底凳處的板單元和凳板的鄰近單元，其長寬凳處的板單元和凳板的鄰近單元，其長寬比系數接近比系數接近1。主要構件的減輕孔、人孔，。主要構件的減輕孔、人孔，特別是雙層底鄰近艙壁處桁材和鄰近底凳特別是雙層底鄰近艙壁處桁材和鄰近底凳肘板肋板的開孔，可以采用等效板厚的板肘板肋板的開孔，可以采用等效板厚的板元來替代這些開孔的影響。元來替代這些開孔的影響。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2410) 在板厚有突變的地方應作為單元的邊界。在板厚有突變的地方應作為單元的邊界。如果單元跨越板厚突變，

19、則應相應地調整如果單元跨越板厚突變，則應相應地調整單元數據以得到等效剛度。板單元應位于單元數據以得到等效剛度。板單元應位于相應板構件的中面上，但對于在整體強度相應板構件的中面上，但對于在整體強度分析中，板單元可以近似置于外部輪廓的分析中，板單元可以近似置于外部輪廓的平面內。平面內。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2511) 加筋板可用能恰當表示板格剛度的二維（加筋板可用能恰當表示板格剛度的二維（2D）正交異性正交異性單元單元建模。當有限元模型中加筋板用建模。當有限元模型中加筋板用正交異性單元正交異性單元表示時：表示

20、時： a) 對于雙層底縱桁或肋板構件，單元高度應為雙層底高度。對于雙層底縱桁或肋板構件，單元高度應為雙層底高度。 b) 如扶強材位于兩個正交異性單元間的邊緣，扶強材既可使用梁如扶強材位于兩個正交異性單元間的邊緣，扶強材既可使用梁/ 桿桿元建模，也可將扶強材剛度賦到兩個正交異性單元上來虛擬建模。元建模，也可將扶強材剛度賦到兩個正交異性單元上來虛擬建模。 c) 如果扶強材位于一個正交異性單元和一個膜如果扶強材位于一個正交異性單元和一個膜/ 殼單元間的邊緣，扶殼單元間的邊緣，扶強材應以梁強材應以梁/ 桿單元建模。桿單元建模。 d) 如果扶強材位于兩個膜如果扶強材位于兩個膜/ 殼單元間的邊緣，扶強材應

21、使用梁殼單元間的邊緣，扶強材應使用梁/ 桿單桿單元建模。元建模。 e) 如設置雙殼，主要支撐構件的腹板沿高度應以一個單元建模。如設置雙殼，主要支撐構件的腹板沿高度應以一個單元建模。 f) 如沒有設置雙殼，至少三檔肋骨應有一根建模，肋骨與其相連的如沒有設置雙殼，至少三檔肋骨應有一根建模，肋骨與其相連的端部肘板的腹板應以殼單元建模，面板應以殼端部肘板的腹板應以殼單元建模，面板應以殼/ 梁元建模。梁元建模。 g) 單元長寬比應不大于單元長寬比應不大于2:1。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2612) 結構有限元分析的構建

22、尺寸大都采用建造結構有限元分析的構建尺寸大都采用建造厚度，基于厚度，基于CSR規(guī)范的有限元模型的構件規(guī)范的有限元模型的構件的厚度應取作下列給出的厚度的厚度應取作下列給出的厚度: Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2713) 由于船體結構的復雜性，在模型化時要做由于船體結構的復雜性，在模型化時要做必要的簡化。必要的簡化。 在整體分析時，最通常的簡化就是將幾個在整體分析時，最通常的簡化就是將幾個次要構件合并次要構件合并(如加強筋等如加強筋等)，合并的構件應，合并的構件應位于相關構件的幾何中心，還要具有相同位于相關構件的幾何

23、中心，還要具有相同的剛度。的剛度。 甚至一些貢獻較小的次要構件可以不計入甚至一些貢獻較小的次要構件可以不計入模型，例如短的防止屈曲的加強筋和小的模型，例如短的防止屈曲的加強筋和小的開孔。對于大的開孔，則必須計入模型。開孔。對于大的開孔，則必須計入模型。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation28 作用在船體結構上的載荷，按其對結構的作用在船體結構上的載荷，按其對結構的影響，可分為影響，可分為:總體性載荷總體性載荷和和局部性載荷局部性載荷 總體性載荷：引起整個船體的變形或破壞總體性載荷：引起整個船體的變形或破壞的載荷和載荷效

24、應，例如，總縱彎曲的的載荷和載荷效應，例如，總縱彎曲的力力矩矩、剪力剪力、應力應力及及縱向扭矩縱向扭矩等等 局部性載荷：引起局部結構、構件的變形局部性載荷：引起局部結構、構件的變形或破壞的載荷，例如，水密試驗時的水壓或破壞的載荷，例如，水密試驗時的水壓力，機器的不平衡所造成的力，機器的不平衡所造成的慣性力慣性力、局部局部振動振動，海損時水的壓力海損時水的壓力等。等。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation291) 等效設計波方法等效設計波方法（EDW）用于設定設計載荷，包）用于設定設計載荷，包括在靜水中和波浪中的船體梁載荷

25、以及與板垂直括在靜水中和波浪中的船體梁載荷以及與板垂直的側向載荷。的側向載荷。2) 外部靜水壓力及貨物和壓載引起的內部靜壓力視外部靜水壓力及貨物和壓載引起的內部靜壓力視為為靜水中的側向載荷靜水中的側向載荷。外部水動壓力以及貨物和。外部水動壓力以及貨物和壓載引起的內部慣性壓力視為波浪中的側向載荷。壓載引起的內部慣性壓力視為波浪中的側向載荷。3) 垂向靜水剪力和彎矩、波浪引起的垂向剪力和彎垂向靜水剪力和彎矩、波浪引起的垂向剪力和彎矩以及波浪引起的水平彎矩視為船體梁載荷。矩以及波浪引起的水平彎矩視為船體梁載荷。4) 波浪中側向載荷和船體梁載荷引起的應力應使用波浪中側向載荷和船體梁載荷引起的應力應使用

26、對每一等效設計波確定的載荷組合因子組合起來。對每一等效設計波確定的載荷組合因子組合起來。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation301) 靜水彎矩靜水彎矩 為該船體橫剖面中拱和中垂工況下的為該船體橫剖面中拱和中垂工況下的最大最大計算靜水彎矩計算靜水彎矩2) 靜水剪力靜水剪力 為該船體橫剖面在裝載手冊中定義的裝載為該船體橫剖面在裝載手冊中定義的裝載工況下的最大計算正或負剪力。工況下的最大計算正或負剪力。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation311) 等

27、效設計波等效設計波 所產生響應值與構件主要載荷分量長期響應值相所產生響應值與構件主要載荷分量長期響應值相當的規(guī)則波，叫做等效設計波當的規(guī)則波，叫做等效設計波(EDWs)，其組成部，其組成部分為分為: 當垂直波浪彎矩在迎浪中達到最大時的規(guī)則波當垂直波浪彎矩在迎浪中達到最大時的規(guī)則波(EDW H) 當垂直波浪彎矩在隨浪中達到最大時的規(guī)則波當垂直波浪彎矩在隨浪中達到最大時的規(guī)則波(EDW F) 當橫搖運動達到最大時的規(guī)則波當橫搖運動達到最大時的規(guī)則波(EDW R) 當水線處水動壓力達到最大時的規(guī)則波當水線處水動壓力達到最大時的規(guī)則波(EDW P) Ship Structural Strength,

28、Structural Direct Calculation322) 載荷工況載荷工況 等效設計波等效設計波(EDWs)的相應載荷工況定義的相應載荷工況定義載荷工況定義 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation33參考船體梁載荷和船舶運動參考船體梁載荷和船舶運動 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation341) 對舷側外板和船底板的外部海水壓力對舷側外板和船底板的外部海水壓力 a) 靜水壓力靜水壓力 對各裝載工況，外板上任何一點對應于靜對各裝載工況，外板上任

29、何一點對應于靜水中吃水的靜水壓力水中吃水的靜水壓力 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation351) 對舷側外板和船底板的外部海水壓力對舷側外板和船底板的外部海水壓力b) 水動壓力水動壓力 載荷工況載荷工況H1、H2、F1和和F2的水動壓力的水動壓力 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation361) 干散貨造成的側向壓力干散貨造成的側向壓力 a) 靜水中的干散貨壓力靜水中的干散貨壓力 Ship Structural Strength, Structural

30、 Direct Calculation371) 干散貨造成的側向壓力干散貨造成的側向壓力b) 干散貨造成的慣性壓力干散貨造成的慣性壓力 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation381) 干散貨造成的側向壓力干散貨造成的側向壓力c) 干散貨造成的剪切載荷干散貨造成的剪切載荷 i. 為估算垂直方向總力，應計及傾斜構件為估算垂直方向總力，應計及傾斜構件處的干散貨造成的剪切載荷處的干散貨造成的剪切載荷 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation391) 干散貨造成的

31、側向壓力干散貨造成的側向壓力c) 干散貨造成的剪切載荷干散貨造成的剪切載荷 ii. 為估算縱向和水平方向總力，應計及內為估算縱向和水平方向總力，應計及內底板處的干散貨造成的剪切載荷。底板處的干散貨造成的剪切載荷。 波浪中干散貨引起的縱向剪切載荷波浪中干散貨引起的縱向剪切載荷 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation402) 液體造成的側向壓力液體造成的側向壓力a) 液體造成的靜水壓力液體造成的靜水壓力 靜水中液體壓力，取以下兩式之大者：靜水中液體壓力，取以下兩式之大者： Ship Structural Strength, S

32、tructural Direct Calculation412)液體造成的側向壓力液體造成的側向壓力b) 液體造成的慣性壓力液體造成的慣性壓力 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation42 端部兩剖面的縱向構件節(jié)點應與位于中心端部兩剖面的縱向構件節(jié)點應與位于中心線上中和軸處的獨立點剛性關聯線上中和軸處的獨立點剛性關聯兩端的剛性關聯 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation43獨立點的支撐條件獨立點的支撐條件 Ship Structural Strength

33、, Structural Direct Calculation44結構分析結果應滿足結構分析結果應滿足 屈服強度屈服強度 屈曲強度屈曲強度 主要構件撓度主要構件撓度 的衡準的衡準 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation451) 參考應力參考應力參考應力參考應力平面單元（殼或膜）中心的平面單元（殼或膜）中心的von Mises相當應力相當應力線單元（梁或桿）的線單元（梁或桿）的軸向應力軸向應力有限元分析應考慮船體梁載荷有限元分析應考慮船體梁載荷 如果有限元模型中沒有考慮開孔效應，開孔周如果有限元模型中沒有考慮開孔效應，開孔周

34、圍的參考應力應按照腹板高度和開孔高度之比圍的參考應力應按照腹板高度和開孔高度之比調整剪切應力的方法適當修正調整剪切應力的方法適當修正。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation462) 相當應力相當應力 von Mises 相當應力按照下式計算相當應力按照下式計算 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation473) 許用應力許用應力 模型中無正交各向異性單元時，參考應力模型中無正交各向異性單元時，參考應力應不超出應不超出235/k MPa，k為材料系數為材料

35、系數 模型中含正交異性單元時，參考應力應不模型中含正交異性單元時，參考應力應不超過超過205/k MPa ，k為材料系數為材料系數 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation48 雙層底和前部（或后部）橫艙壁之間的最雙層底和前部（或后部）橫艙壁之間的最大相對撓度應不超過以下衡準大相對撓度應不超過以下衡準 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation49(1)細化區(qū)域：主要支撐構件的高應力區(qū)域細化區(qū)域：主要支撐構件的高應力區(qū)域 Ship Structural St

36、rength, Structural Direct Calculation50 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation51 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation52 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation53(2)高應力區(qū)域的細化方法高應力區(qū)域的細化方法細化區(qū)域可直接細化區(qū)域可直接包含在整體艙段分析包含在整體艙段分析細化區(qū)域的詳細應力可用細化區(qū)域的詳細應力可用單獨的子模型單獨的子

37、模型分分析，模型邊界與支撐構件的位置相一致析，模型邊界與支撐構件的位置相一致 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation54 細化區(qū)域可直接包含在整體艙段分析細化區(qū)域可直接包含在整體艙段分析 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation55 單獨的子模型單獨的子模型 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation56(3)網格控制網格控制 細化區(qū)域的單元尺寸應為相應區(qū)域普通扶強材間細化區(qū)域的單元尺寸

38、應為相應區(qū)域普通扶強材間距的距的四分之一四分之一左右左右 例：對普通扶強材間距為例：對普通扶強材間距為800mm的結構，單元尺寸為的結構，單元尺寸為200mm200mm。 主要支撐構件腹板和單舷側散貨船舷側肋骨腹板主要支撐構件腹板和單舷側散貨船舷側肋骨腹板的高度方向至少應劃分的高度方向至少應劃分3個單元個單元 單元的長寬比不超過單元的長寬比不超過3 四邊形單元的角應盡可能為四邊形單元的角應盡可能為90，或，或應在應在45和和135之間之間 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation57(4)邊界條件邊界條件 細化區(qū)域直接包含在

39、整體艙段分析：邊界條件同細化區(qū)域直接包含在整體艙段分析：邊界條件同整體艙段有限元分析邊界條件相同整體艙段有限元分析邊界條件相同 子模型：子模型：將整體艙段分析得到的節(jié)點力或節(jié)點位將整體艙段分析得到的節(jié)點力或節(jié)點位移施加到子模型上移施加到子模型上 如給出節(jié)點力，位于子模型邊界上的支撐構件應包含如給出節(jié)點力，位于子模型邊界上的支撐構件應包含在子模型中在子模型中 如給出節(jié)點位移并且子模型中有附加節(jié)點，附加節(jié)點如給出節(jié)點位移并且子模型中有附加節(jié)點，附加節(jié)點的節(jié)點位移用合適的內插法求得的節(jié)點位移用合適的內插法求得 Ship Structural Strength, Structural Direct C

40、alculation58(5)應力衡準應力衡準 細化區(qū)域內細化區(qū)域內 板單元的板單元的Von Mises 相當應力相當應力 線單元的軸向應力線單元的軸向應力 不超過不超過 280/k MPa Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation59 中垂狀態(tài)中垂狀態(tài)：由于甲板距離船中橫剖面的中和軸位：由于甲板距離船中橫剖面的中和軸位置最遠，甲板承受較大的總縱彎曲面內壓力，因置最遠，甲板承受較大的總縱彎曲面內壓力，因而可能喪失其穩(wěn)定性而可能喪失其穩(wěn)定性 中拱狀態(tài)：中拱狀態(tài)：船底會承受較大的總縱彎曲面內壓力，船底會承受較大的總縱彎曲面內壓力

41、，同樣可能喪失其穩(wěn)定性同樣可能喪失其穩(wěn)定性 最先可能出現的船體損壞便是最先可能出現的船體損壞便是上甲板上甲板或或船底結構船底結構的受壓屈曲破壞的受壓屈曲破壞 其次是內殼板、雙層底肋板和桁材系統(tǒng)、橫框架其次是內殼板、雙層底肋板和桁材系統(tǒng)、橫框架和垂直桁材、水平縱桁以及橫艙壁和縱艙壁等和垂直桁材、水平縱桁以及橫艙壁和縱艙壁等 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation60基本板格屈曲模型：基本板格屈曲模型： 邊界簡支邊界簡支 根據應力分布選擇根據應力分布選擇 對應的屈曲工況對應的屈曲工況 Ship Structural Stren

42、gth, Structural Direct Calculation61 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation62 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation63 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation64基本板格的屈曲和折減系數基本板格的屈曲和折減系數 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation65基本板格應力基本

43、板格應力 從有限元計算得到基本板格（從有限元計算得到基本板格（EPP）的屈曲應力和邊緣應）的屈曲應力和邊緣應力比的方法。該方法稱為力比的方法。該方法稱為“位移法位移法”。 由于有限元網格一般不與屈曲板格相對應，基本板格的節(jié)由于有限元網格一般不與屈曲板格相對應，基本板格的節(jié)點可以映射到有限元網格對應，這些節(jié)點的位移可從有限點可以映射到有限元網格對應，這些節(jié)點的位移可從有限元計算中得到。元計算中得到。 可能有以下三種不同的節(jié)點位置：可能有以下三種不同的節(jié)點位置： （1）當屈曲板格的節(jié)點位于有限元節(jié)點上時，位移可以）當屈曲板格的節(jié)點位于有限元節(jié)點上時，位移可以直接轉換。直接轉換。 （2）當屈曲板格的

44、節(jié)點位于平面應力單元的邊界上時，）當屈曲板格的節(jié)點位于平面應力單元的邊界上時，位移可在邊界上的有限元節(jié)點之間采用線性內插得到。位移可在邊界上的有限元節(jié)點之間采用線性內插得到。 （3）當屈曲板格的節(jié)點位于單元內時，位移可以在單元）當屈曲板格的節(jié)點位于單元內時，位移可以在單元所有節(jié)點之間采用雙向線性內插得到。所有節(jié)點之間采用雙向線性內插得到。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation66 將節(jié)點位移從總體有限元系統(tǒng)轉換至屈曲將節(jié)點位移從總體有限元系統(tǒng)轉換至屈曲板格局部系統(tǒng)板格局部系統(tǒng) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation67 對于屈曲評估，用有限元法求解的應力應對于屈曲評估，用有限元法求解的應力應予以折減，這是因為泊松效應在兩個分析予以折減，這是因為泊松效應在兩個分析方法中均被計入。方法中均被計入。 修正應在局部和整體載荷引起的應力累加修正應在局部和整體載荷引起的應力累加之后進行應力折減：之后進行應力折減： Ship Structura