船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題概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，進行船體結(jié)構(gòu)有限元分析時，各國船級社都有一些要求和規(guī)定。我國船級社（CCS）的下列標(biāo)準(zhǔn)可供參考：船體結(jié)構(gòu)直接計算指南（海船）鋼質(zhì)內(nèi)河船舶船體結(jié)構(gòu)直接計算指南（內(nèi)河）散貨船船體結(jié)構(gòu)強度直接計算指南油船船體結(jié)構(gòu)直接計算指南集裝箱船結(jié)構(gòu)強度直接計算指南雙舷側(cè)散貨船船體結(jié)構(gòu)強度直接計算指南應(yīng)用ANSYS程序進行船體結(jié)構(gòu)分析時應(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)。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題1.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）船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題(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)模型船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題2.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。骨架采用梁單元，板采用殼單元，對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)強度分析以上內(nèi)容，用ANSYS程序?qū)崿F(xiàn)船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題第一章板梁組合結(jié)構(gòu)計算§1概述

ANSYS中梁單元類型有多種，在船體結(jié)構(gòu)計算中主要應(yīng)用Beam44和Beam188單元。

Beam44是3D帶斜度的非對稱梁元，節(jié)點i，j，k（k為定位點），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/L≤1/15時才能給出合理的結(jié)果。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題Beam44采用3次形函數(shù)，單剛為精確解，所以劃分單元時，在梁的跨度范圍（即每個構(gòu)件）只用一個單元即可。所以在連續(xù)梁、剛架、板架以及空間剛架計算中多采用Beam44單元。Beam188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)長梁。當(dāng)梁的截面尺寸h與典型軸向尺寸L之比h/L≤1/10時可以給出合理的結(jié)果，因為它計及了剪切變形的影響。如果h/L＞1/10為高腹板梁，此時需將梁的腹版用shell63單元離散，面板用桿元link8離散（圖1-1）。圖1-1船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題Beam188單元可以直接輸剖面尺寸而不需輸入實常數(shù)，用/eshape,1命令顯示梁的實體形狀時，可顯示剖面真實形狀；而Bean44單元則只能顯示截面為矩形形狀，因為它是通過輸入的實數(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)，所以梁需要劃分足夠多的單元才能逼近真實解。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題·梁的定位點（方向點）（圖1-2）定位點k在x-Z平面（也可以在x-y平面）。例：如果給定一條線，指定了一個方向點(關(guān)鍵點KB)，則沿線按一定方向生成梁單元（圖1-3）圖1-2定位點

圖1-3船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§2交叉梁系（板架）計算通常采用Beam44單元（圖2-1）計算。(1).DX1=0,DY1=0,DZ1=0以CG點為節(jié)點。(2).如果忽略扭轉(zhuǎn)影響，IX1可填小值，如IX1=1.0e-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，它對結(jié)果有影響。實常數(shù)：R，1，Area1，,IZ1，IY1，TKZB1，TKYB1，IX1，Rmore，Area2，,IZ2，IY2，TKZB2，TKYB2，,IX2，如果J點剖面與I點相同Area2，IZ2，填0或空白Rmore，DX1，DY1，DZ1，DX2，DY2，DZ2，Rmore，SHEARZ，SHEARY，TKZT1，TKYT1，TKZT2，TKYT2剖面特性可以用ANSYS的SECTIONS計算得到。圖2-1

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題例：計算圖2-2所示交叉梁系用ANSYS中SECTION計算，剖面特性如下：A=0.0112m2Iy=0.319*e-3m4TKZB1=0.13679mTKZT1=0.2832mh/L=1/15,可用Beam44計算,以CG為節(jié)點(DZ1=0)圖2-2叉梁系（用kN-m單位）

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題計算要點：(1)忽略IZ,IX,取IZ=1.e-10,IX=1.e-10(2)全部板架梁都用一個定位點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=2.06e8kN/m2,MU=0.3圖2-3船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題本例命令流文件：Gird44.dat

fini/clear/title,gird2002/9/22/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*1000L,1,5$L,6,9$L,7,10$L,8,11FLST,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,1EPLOTFINI船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題/SOLUDK,1,ALL$DK,5,ALLNSEL,S,LOC,X,3NSEL,A,loc,x,-3D,ALL,ALLALLSELFK,3,FZ,-300SAVESOLVEFINI/EOF/post1LSEL,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,-0.3,0船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題etable,SMAXi,NMISC,1etable,SMAXj,NMISC,3plls,SMAXi,SMAXJ,-0.3,0etable,SMINi,NMISC,2etable,SMINj,NMISC,4etable,SMINi,SMINj,-0.3,0fini

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§3板梁組合結(jié)構(gòu)計算示例板梁組合結(jié)構(gòu)計算需考慮梁的偏置。當(dāng)梁單元作為殼單元的加強部件時，梁單元與殼單元應(yīng)共享一個節(jié)點。殼單元節(jié)點位于殼中面上，而梁單元的節(jié)點位于梁橫截面形心處，因此，如果殼和梁共享節(jié)點，加強梁與殼將重疊（圖3-1a），這與實際結(jié)構(gòu)不符，所以必須將梁截面從節(jié)點位置處偏置（圖3-1b）圖3-1a圖3-1b船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題圖3-2為一板梁組合結(jié)構(gòu)（板架）?？紤]梁的偏置應(yīng)用Beam188單元和Shell63單元計算板架的變形與應(yīng)力。圖3-2船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題板架承受均布載荷q=0.01N/mm2本例：h/L=1/20所以可用梁來模擬。計算要點：（1）Beam188為線性2節(jié)點單元與Shell63（無中間節(jié)點）相匹配

(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：取遠點定位K,1000,4000,8e10,0船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題文件:Shell_B188.dat

fini/clear/title,shell63+beam188/prep7et,1,shell63r,1,10et,2,beam188!T8*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$k,2,8000,0,0L,1,2!L1k,3,0,0,-3000$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,,,18船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題FLST,2,16,4,ORDE,16FITEM,2,1FITEM,2,21FITEM,2,23FITEM,2,25FITEM,2,27FITEM,2,29FITEM,2,31FITEM,2,34FITEM,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,all船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題Lsel,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,5,66FITEM,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,_YI船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題Lsel,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,-3000nsel,a,loc,z,3000d,all,uy,0nsel,allESEL,S,TYPE,,1/REPLOTsf,all,pres,0.01allsel,allsolve船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題/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VonMises云圖縱桁的X方向云圖

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題橫梁的X方向云圖船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題第二章艙段有限元分析各國船級社現(xiàn)行直接計算法都要求進行艙段有限元分析，并要求在艙段兩端施加總縱彎矩與切力，這種模型實質(zhì)上是一種簡化的整船分析模型（圖1），它相當(dāng)于梁的初參數(shù)法。圖1艙段計算模型船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題在艙段兩端施加總縱彎矩與切力船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§1CCS散貨船、油船直接計算指南有關(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單元·沿船體縱向以肋位間距（或參照縱骨間距）為一個單元·沿主要構(gòu)件（如橫向框架、雙層底縱桁、實肋板、橫艙壁的垂向和橫向桁材等）的腹板高度方向劃分為三個單元。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單元，對一般貨船沿腹版高度方向劃分的單元數(shù)由實際情況來定。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題網(wǎng)格盡量接近正方形，少用三角形單元。殼板、強框架、縱桁、艙壁桁材、肋板等的高腹板用4節(jié)點殼單元模擬。強框架、桁材、肋板等構(gòu)件的面板用桿單元模擬縱骨、艙壁扶強材等用梁元模擬并考慮梁的偏置。肋板上的加強筋、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時可用梁元。強框架、強肋骨以及桁材等構(gòu)件視其腹板高度h與跨度L之比來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<=1/15時也可用Euler-Bernolli梁離散。如不能滿足梁的條件則采用板元（腹板）＋桿元（面板）離散。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題主要構(gòu)件上的減輕孔、人孔等可以用等效板厚的殼元來代替這些開孔的影響。CCS集裝箱船計算指南規(guī)定：“一般強框架腹板及雙層底肋板上的開孔可用刪除對應(yīng)位置的單元來表示”（圖1-1）。這一規(guī)定更合理一些。對梁腹板上的開孔，可在梁剖面特性計算中扣除。圖1-1船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題2.邊界條件（圖1-2）·縱中剖面上節(jié)點－施加對稱邊界條件(坐標(biāo)系見圖1-2)：Uy＝０Rotx＝０Rotz＝０·端面約束：在端面形心處建立－剛性點（主節(jié)點）在端面Ａ的剛性點約束：Ux，Uy，Uz，Rotx，Rotz（不能約束Roty，因為Roty上施加總縱彎矩ML）在端面B的剛性點約束：Uy，Uz，Rotx，Rotz（不約束Roty，因施加彎矩MR）圖1-2船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題邊界條件施加表 約束位置 線位移約束 角位移約束

中縱剖面－ 約束 — 約束 — 約束 端面A 連接 — 連接 — 連接 連接 端面B 連接 — 連接 — 連接 連接 剛性點A 約束 約束 約束 約束 約束 剛性點B — 約束 約束 約束 約束 連接－面內(nèi)相關(guān)點位移與獨立點（主節(jié)點）連接。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題此邊界條件利用端面建立的剛性區(qū)能方便的施加總縱彎曲力矩。由于對端面上的剛性點施加了上述約束，排除了剛體位移。這個邊界條件存在的問題是不能施加切力NL和NR，因為它被剛性點在Z方向的約束平衡了，切力加不到結(jié)構(gòu)上去。通過實船計算證明切力不能忽略。利用慣性釋放方法在剛性點上不加約束，則可施加切力，而且能夠像無剛體位移一樣進行靜力求解。

3.計算載荷·艙內(nèi)貨物壓力·舷外水壓力·端面彎矩（加在兩端剛性點上），因計算模型取半邊，彎矩取一半。計算載荷中還應(yīng)包括空船艙段重量（即不計自重是不合理的）。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§2CCS集裝箱船艙段直接計算指南的有關(guān)規(guī)定模型化要求與散裝貨船規(guī)定基本一致，但計算方法和邊界條件規(guī)定不一致。集裝箱船艙段計算目的主要校核局部強度，但對雙層底縱桁、內(nèi)底板和外底板還要考慮船體梁受到總縱彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力，與局部載荷產(chǎn)生的沿船長方向的應(yīng)力合成的強度校核。這種做法相當(dāng)于σ1+σ2的強度校核而散貨船、油船的做法是一次將總縱彎曲與局部彎曲應(yīng)力一起求出，構(gòu)件中的應(yīng)力已經(jīng)是總縱應(yīng)力與局部的合成應(yīng)力，而不再做了?；诩b箱船的上述算法，其艙段計算分兩種情況：船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題局部強度計算模型(a)邊界條件（圖2-1）·中縱剖面約束條件－計算半個剖面取對稱邊界條件：坐標(biāo)系見圖2-1

圖2-1船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題·模型端面A和B內(nèi)所有節(jié)點的約束：端面A:Ux=0,Roty=0,Rotz=0

端面B:Roty=0,Rotz=0

·為消除剛體位移，在端面A、B的頂點K、L處施加垂向線位移邊界條件：·在交線LH、KG上的其余節(jié)點施加兩組垂向力，以減少支點處由約束產(chǎn)生的應(yīng)力集中，此垂向力的總和等于整個模型受到貨載與舷外水壓力之和，方向相反（矢量和）。(b)計算載荷·空船重量·貨物載荷·舷外水壓力船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題2．船體梁總縱彎曲應(yīng)力計算模型計算總縱彎矩引起的艙段縱向構(gòu)件的縱向應(yīng)力，仍然用上述艙段的有限元模型，但邊界條件與上述局部強度計算模型的邊界條件不同。(a)邊界條件與散貨船艙段計算類似：·在中縱剖面（對稱面）各節(jié)點上施加對稱邊界條件·在端面A和B的形心（全剖面的形心點）上建立剛性點D（主節(jié)點）A、B面上的其它節(jié)點為從節(jié)點。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題·在A、B面的剛性點D上施加如下約束：端面A上D點端面B上D點Ux=0,Uy=0,uz=0Uy=0,Uz=0Rotx=0,Rotz=0Rotx=0,Rotz=0

注意：兩端面的剛性點D都不約束Roty，以便施加總縱彎矩（取一半）。端面A、B的從節(jié)點與剛性點D的連接約束條件是：

Ux連接

Roty連接

Rotz連接但Uz未規(guī)定連接（這與散貨船的邊界條件不同），為消除剛體位移規(guī)定：在端面內(nèi)中和軸與舷側(cè)外板相交F點，沿垂向施加Uz=0約束實際上船體梁總縱彎矩應(yīng)力計算模型的邊界條件可與散貨船的邊界條件完全一樣，不需要在F點上再加約束，只要使從節(jié)點與主節(jié)點Uz連接即可，并規(guī)定主節(jié)點Uz=0。

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題(b)計算載荷·靜水彎矩·波浪彎矩，按《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》第2篇第2章規(guī)定計算。在端面A和B的剛性點D上施一半彎矩（因計算半邊模型）。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§3施加舷外水壓力的方法施加舷外水壓力是很費時的工作，因為需要在船體外表面的各單元上施加線性變化的水壓力載荷，如果手工作業(yè)需每個單元逐一加載，而且載荷大小是變化的。利用ANSYS的APDL語言編寫一個加載程序（命令流）則可自動加載。圖3-1所示船體表面上施加波浪載荷，波面高度為d。

圖3-1船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題首先選擇要加載的單元。為此，在建模時將船體外表面用一種單元類型來定義，以方便選取外表面單元et,1,shell63!船體外表面et,2,shell63!內(nèi)底板et,3,shell63!甲板板…Esel,S,Type,,1!選擇外表面單元（圖3-1）再用鼠標(biāo)拾取吃水d以下的所有單元：圖3-2UtilityMenu>Select>Entities…選ElementByNum/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3-2船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§4計算剖面形心為定義艙段兩端面的剛性點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-9t/mm3TotalMass=101.17tCenterofMassXc=0.44669e-13mmYc=2032.9mmZc=9603.7mmMon.ofInertiaaboutOriginIxx=0.1315e+11Iyy=0.1462e+11Izz=0.3057e+10Ixy=0.5885e-07Iyz=-0.1975e+10Izx=-0.7357e-07船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題應(yīng)該指出，上面介紹的CCS關(guān)于艙段計算的有限元模型規(guī)定適用于船長L>190m的大型貨船及B≥32.2m的大型集裝箱船。對于一般尺度的船舶艙段計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，符合實際情況即可。下面給出一個大開口船舶艙段計算示例，它的邊界條件按CCS散貨船的方法施加。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題7500DWT成品油輪

貨艙艙段結(jié)構(gòu)強度計算7500DWT成品油輪航行于遠洋無限航區(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。船舶主尺度如下：總長LOA 124.34m 結(jié)構(gòu)吃水ds 7.80m兩柱間長 LBP 115.20m 壓載吃水 db 5.154m型寬 B 16.80m 縱骨間距 S 0.65m型深 D 9.20m 肋距 0.65m船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題二、有限元計算模型1．取中部貨油艙#76－#96進行分析，為了減少邊界條件影響，計算范圍在貨油艙的前、后各加1/2艙段，即計算范圍從#66－#106。采用三維有限元模型進行分析。坐標(biāo)系：X正方向向左舷，Y向上，Z沿船長方向，右手法則。由于結(jié)構(gòu)和載荷不對稱于中縱剖面，故模型化左、右整個艙段結(jié)構(gòu)。按《計算指南》6.2.3規(guī)定進行有限元網(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。船底板、內(nèi)底板、船側(cè)板、內(nèi)舷板、甲板板、平臺板、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材等用Link8單元離散，縱骨、艙壁扶強材等用Beam188單元離散，共劃分成13121個節(jié)點，19328個單元，有78726個自由度。有限元離散圖見圖1。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題實肋上開孔按CCS《集裝箱船結(jié)構(gòu)直接計算指南》（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)交線頂點垂向位移UY=0，并沿橫艙壁與舷側(cè)板交線各節(jié)點上施加垂向力以減小支點處的應(yīng)力集中。邊界條件，見圖1。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題三、計算工況按《計算指南》6.4,有1道水密縱艙壁的油船取如下7種工況進行計算(圖2)。、計算載荷按《計算指南》6.5規(guī)定公式計算各工況的計算載荷。下面對工況2的載荷分布做詳細(xì)計算，其余各工況載荷計算同工況2。將計算結(jié)果匯總在表1中。四

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題工況2：載荷分布如圖3所示。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題1．.貨艙內(nèi)液貨壓力

kN/m2式中:：－液貨密度，不小于0.85t/m3,實取=0.85t/m3；h－艙頂?shù)接嬎泓c的垂直距離，對內(nèi)底板h=D－h(huán)b=9.2－1.2=8.0m。內(nèi)底處Pi=0.859.18×(8.0+2.5)=87.554kN/m2=87.55410－3N/mm2。2、舷外水壓力基線處：PB=10ds+1.5CwkN/m2式中:：Cw=10.75－()1.5當(dāng)90m≤L≤300m時

=10.75－（）1.5＝8.238

PB=107.8+1.58.238=90.36kN/m2=90.3610－3N/mm2水線處：PW=3CW=38.238=24.714kN/m2=24.71410－3N/mm2

P0=Cw－0.67(D-ds)=8.238－0.67×(9.2-7.8)=7.3kN/m2舷側(cè)頂端處：Ps=3P0=37.3=21.9kN/m2=21.910－3N/mm2甲板上水壓力:Pd=2.4P0=2.47.3=17.52kN/m2=17.5210－3N/mm2舷側(cè)、內(nèi)舷和縱艙壁、橫艙壁上的水壓力按線性分布。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題艙段載荷分布

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題許用應(yīng)力《計算指南》6.6.3：＝110N/mm2（船長方向正應(yīng)力）；

=175N/mm2（VonMises應(yīng)力）；＝145N/mm2（橫向正應(yīng)力）；[]=93N/mm2(剪應(yīng)力)。本船貨艙區(qū)主要構(gòu)件（縱向，橫向）的強度滿足《計算指南》規(guī)定的許用應(yīng)力。

船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題第三章全船有限元分析§1全船有限元分析的目的(1)評估船舶總體強度(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)格進行有限元二次解析，這是一種經(jīng)濟的分析技術(shù)。細(xì)化部分結(jié)構(gòu)的邊界條件為整體分析時得到的邊界上的節(jié)點位移。在ANSYS程序中利用子模型方法二次解析是非常方便的。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題·全船分析的計算結(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VonMises應(yīng)力云圖船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題§2有限元計算模型1.有限元模型范圍全船三維有限元模型包括整個船長、船寬范圍的船體結(jié)構(gòu)，包括左右舷結(jié)構(gòu)在內(nèi)船體舯段、首尾結(jié)構(gòu)、機艙、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。對局部的支撐構(gòu)件，如肘板等不計入模型中，桁材、肘板的開孔忽略不計。對于結(jié)構(gòu)及載荷為左右對稱時，整船模型可只計入左舷（或右舷），并在中縱剖面施加左右對稱條件。對于大開口船舶需要考慮扭轉(zhuǎn)時應(yīng)取整船模型計算。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題2.單元模型根據(jù)結(jié)構(gòu)實際受力狀態(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)點和三節(jié)點元）：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?！ち涸v桁、橫梁及水密艙壁扶強材等?！U元支柱、強構(gòu)件的面板等?？v桁、強框架等用殼元還是用梁元依據(jù)h/L≤1/10來決定。

h/L≤1/10可用Beam188單元離散，而不需用殼元離散，可減少節(jié)點數(shù)目。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題3.單元網(wǎng)格尺寸控制·縱向：雙層底肋板間距為一個單元?！M向：縱桁間距為一個單元?！ご瓜颍捍瓜蜩觳幕蚣装彘g距為一個單元。整船有限元分析時，網(wǎng)格尺寸取強構(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)域單元的長寬比大致可控制在1:3，其它部位大致可控制在1:2。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題4.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)計入等效梁與板連接的偏置。圖2-1給出一典型集裝箱船全船有限元模型。

圖2-1一典型集裝箱船全船結(jié)構(gòu)有限元模型船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題5.邊界條件見圖2-2CCS集裝箱船結(jié)構(gòu)強度直接計算指南（2003）規(guī)定整體分析的邊界條件如下：在尾端節(jié)點1:Uy=0

尾封板距中縱剖面距離相等的左（節(jié)點3）、右（節(jié)點4）約束：Uz=0首端節(jié)點2約束：Ux=Uy=Uz=0圖2-2船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題上述邊界條件約束了船舶在空間的6個自由度，即排除了剛體位移，所以可以進行總縱彎曲變形與應(yīng)力計算。對于大開口集裝箱船，在斜浪中同時發(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，所以對集裝箱船彎扭計算是不妥的。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，又可計算彎曲變形，比圖2-2所示邊界條件好。圖2-3船舶彎扭計算邊界條件船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題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。船體結(jié)構(gòu)有限元分析專題6.載荷可分為以下幾類：(1)空船重量，在有限元模型