集装箱船整船有限元结构分析

文章以一艘１７００箱集装箱船为例,阐述了整船有限元结构分析方法。先建立全船有限元模型和质量模型,再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报,并在此基础上导出设计波参数组,最后,在全船有限元模型上 计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果,所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析有一定的参考价值,对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义。     

单舱大开口重吊船弯扭强度有限元分析

针对10000t级单舱大开口重吊船的弯扭强度问题,运用水动力分析和全船有限元分析方法,通过挪威船级社的SESAM软件系统对波浪诱导载荷进行长期预报,推导出设计波参数组,在全船结构有限元模型上计算船体结构在各等效波上的变形和应力分布,从而获得全船结构强度的详细信息。对重吊船类大开口型船舶的结构设计和强度分析有一定的参考价值。     

大型滚装船弯扭强度整船有限元分析

以大型滚装船为研究对象,采用现代的三维全船有限元分析技术及DNV船级社的SESAM软件系统,为全面研究整船弯扭强度,建立了全船有限元结构模型、质量模型、水动力计算模型;应用三维辐射—绕射理论和有限元程序进行波浪载荷的长期预报,在此基础上确定设计波参数;对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构设计优化和强度分析有一定的参考价值,同时对其他类型船舶弯扭强度全船有限元分析有借鉴意义。     

45万吨级超大型矿砂船全船结构有限元分析

超大型矿砂船由于船体结构的特殊性和船体本身的超大型化,使船体强度校核很难用常规规范中的梁理论方法或舱段有限元计算确定.在研究超大型矿砂船全船分析的基础上,探讨了超大型矿砂船全船结构有限元模型和质量模型的建模方法、波浪载荷和舱内货物载荷计算方法及解决全船载荷动态平衡的惯性平衡处理技术.以一条45万吨级的超大型矿砂船为例,完整实现了全船有限元分析全过程,计算出各个工况下的船体变形和应力,对正确地进行超大型矿砂船全船结构强度直接计算具有指导作用.     

基于设计波法的舰船整船有限元强度分析

基于谱分析法对舰船剖面波浪载荷进行长期预报并确定设计波参数.利用有限元软件MSC.Patran 建立了全船有限元模型,通过PCL语言实现设计波波浪压力对船体湿表面有限元网格的自动加载.对2个设计波下的整船有限元进行分析,结果表明:整船分析不仅能真实表现舰船整体总纵变形和应力水平,还能充分考虑局部载荷对结构响应的影响.另外,基于三维水动力理论分析船体运动和剖面载荷进而确定设计波参数的过程,克服了传统经验公式估算载荷所导致的结果的不确定性和强度校核的不合理性.     

南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究

以一艘200方抓斗式疏浚船为例,阐述船舶波浪载荷长期预报和全船有限元直接计算方法。讨论不同波浪散布函数对船舶波浪载荷计算结果的影响。针对不同海域进行波浪载荷长期预报,通过对比分析得到南海海域波浪载荷水平,提出了南海工作船舶波浪载荷预报建议。在此基础上,对全船进行结构有限元分析,得到不同海域中全船结构应力水平,并对船体局部结构进行了优化,为在南海进行施工作业的疏浚船的设计提供参考。     

基于设计波法的FLNG整船强度评估

本文采用基于设计波法的直接计算法对270 000 m3的浮式液化天然气船FLNG进行整船结构强度评估。根据FLNG具体的结构形式和数值分析的最终目的将该装置的实际结构简化,选用适当类型的单元对该装置的结构进行离散而得到FLNG的整船有限元模型。基于三维势流理论并利用中国南海波浪散布图对FLNG进行水动力分析,得到了FLNG在典型装载工况下的波浪压力分布及设计波参数。通过把FLNG承受的波浪压力、惯性力、静水压力与重力等载荷分布到有限元模型上,得到FLNG在典型装载工况下全船的应力水平、应力分布和变形情况。该数值分析结果可在FLNG的初级设计阶段为船体结构强度分析提供有效分析依据,并为FLNG上部模块的设计开发提供船体变形参考。     

基于设计波法的FLNG整船强度评估

本文采用基于设计波法的直接计算法对270 000m3的浮式液化天然气船FLNG进行整船结构强度评估.根据FLNG具体的结构形式和数值分析的最终目的将该装置的实际结构简化,选用适当类型的单元对该装置的结构进行离散而得到FLNG的整船有限元模型.基于三维势流理论并利用中国南海波浪散布图对FLNG进行水动力分析,得到了FLNG在典型装载工况下的波浪压力分布及设计波参数.通过把FLNG承受的波浪压力、惯性力、静水压力与重力等载荷分布到有限元模型上,得到FLNG在典型装载工况下全船的应力水平、应力分布和变形情况.该数值分析结果可在FLNG的初级设计阶段为船体结构强度分析提供有效分析依据,并为FLNG上部模块的设计开发提供船体变形参考.     

集装箱船整船结构三维有限元强度分析方法研究

以3800TEU集装箱为例,用二维切片理论进行了波浪长期预报,并在此基础上导出等效波组,在整船结构有限元模型上计算船体结构在各等效波上的变形和应力分布。文中叙述的整船结构有限元分析方法,也可以用于其他类型船的整船结构分析。     

内河集装箱船弯扭强度分析

以内河集装箱船为研究对象,运用Patran/Nastran对整船建模、施加边界约束载荷及求解。对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构进行优选设计。     

基于设计波的载重3600t干货船结构强度直接计算分析

为准确评估超规范的载重3600t大通舱干货船的弯扭强度及变形水平,采取全船水动力分析及全船有限元直接计算的方法,对各工况下的主要载荷参数进行长期预报,推导出对应等效设计波各参数。根据等效设计波求出各工况全船所受的波浪诱导动载荷,施加到全船有限元模型上,进而对船体弯扭强度及变形水平进行评估。比较了单舱船及货舱中部设一道横舱壁的两舱船,得出单舱船屈曲强度不足的结论,并提出改善屈曲强度的方案。     

A practical method for torsional strength assessment of container ship structures

Container ship structures are characterized by large hatch openings. Due to this structural property, they are subject to large diagonal deformations of hatch openings and warping stresses under complex torsional moments in waves. This necessitates torsional strength assessment of hull girder of container ships in their structural design stage. In this paper, a practical method for torsional strength assessment of container ship structures with transparent and consistent background is discussed based on the results from up-to-date analyses. In order to estimate the torsional response characteristics as accurately as possible, three-dimensional Rankine source method, after being validated by tank tests, is employed for estimation of wave loads on a container ship, and FE analyses are conducted on the entire-ship model under the estimated loads. Then, a dominant regular wave condition under which the torsional response of the container ship becomes maximum is specified. Design loads for torsional strength assessment that give torsional response equivalent to the long-term predicted values of torsional response are investigated based on the torsional moments on several container ships under the specified dominant wave condition. An appropriate combination of stress components to estimate the total hull girder stress is also discussed.     

Use of a 3D compartment model for simplified full ship FE model. Part II: validation of the simplified FE model

This is Part II in a series of papers. Part I (J Mar Sci Technol 13:154–163) deals with an approach employed to construct a simplified FE model using a 3D compartment model available from the beginning of the ship design process. This paper begins by describing the limitations of an analytical approach based on shear warping beam theory for assessing torsional strength. Next, the structural parts of a container ship that have a negligible effect on hull girder bending strength and torsional strength are determined. This is verified by removing these parts from a conventional FE model and comparing the results obtained using this modified model with those yielded by the original model. The fore end part, the aft end part and the deck house are examined. Since these parts have complicated structures and relevant drawings for them are issued later than cargo structure drawings, modeling them exactly can result in a delay in the completion of the full ship FE model. This paper also verifies the validity of the simplified FE model built by applying the method proposed in Part I and comparing the results obtained with it with those given by a conventional full ship FE model. The stresses on hatch coaming top, the maximum diagonal elongations of the hatch coaming, and the maximum hatch corner movements are evaluated to check the validity of the simplified model.     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节.本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式.对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义.给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程.     

应用空间有限元模型进行船舶总振动特性的研究

本文以17500吨货船“海建”号为实例研究应用空间有限元模型计算船舶总振动的方法。对于实际船舶结构中的板,提出用平面应力元简化,以减少计算自由度数,由此产生的问题采用节点主从关系的方法解决。在编制的计算程序中,根据质量矩阵高度稀疏的特点,采用了稀疏存储技术,从而使船舶整体空间模型的振动分析能在国产中小型机器上实现。实例计算结果和测量结果的比较表明,这种计算模型合理、可靠。本文还对船舶总振动计算的梁模型、平面有限元模型、空间有限元模型作了比较和讨论。     

迁移矩阵法在船体弯扭耦合振动分析中的应用

本文讨论了迁移矩阵法计算大开口船舶弯扭耦合振动问题，导出了多种点迁移和场迁移矩阵，并作了集装箱船的弯扭耦合振动分析。计算表明：用迁移矩阵法分析大开口船舶的弯扭耦合振动具有占用内存少、数据准备简单等优点。     

薄膜型LNG船交变温度载荷下疲劳分析

海上环境引起的船体外板温度昼夜交替变化及装卸载会造成薄膜型LNG船温度应力交替变化。采用综合温度折算法确定船体外板典型昼夜温度,并针对薄膜型LNG船温度场分析建立三舱段有限元模型及底边舱折角区域精细模型,采用子模型法计算出各典型温度下的结构温度应力。研究结果表明底边舱折角处温度应力与船体外板水线面上下的温度差异呈良好的线性关系,船体外板温度的日周期性变化及装卸载引起的温度交变应力对船体结构疲劳强度影响不大。     

不对称船体结构动态特性研究

针对计算常规船舶结构动态特性的方法不适用于计算左右不对称横剖面船体梁动态特性的问题，本文将船体视为薄壁梁并离散成梁段，推导出迁移矩阵法迭代求解不对称船体结构固有及固有振型的公式系统，计算了左右不对称程度不同的梁结构及不对称船 梁的固有频率及振型。指出不对称梁 有振动为弯扭耦合振动，其固有频率与振动型的对应关系与对称梁不同。