Automatic FE modeler using stiffener-based mesh generation algorithm for ship structural analysis

Shipbuilding industries have started to employ 3D CAD systems to integrate all design and production processes by achieving seamless data transfer and data sharing. The emerging 3D CAD system brings a considerable change in FE analysis field. The availability of 3D geometry increased the recognition of the need for developing automatic FE modeling system consequently.

However, general automatic mesh algorithms developed by academic research field have a limitation. The difficulty in satisfying lots of line constraints and the absence of proper idealization of 3D geometry entities defined in CAD system hinders directly employing the general mesh algorithms.

In this research, an automatic FE modeling system has been developed for cargo hold FE modeling and whole ship FE modeling. The basic concept of the algorithm is to decompose surfaces using stiffener lines into subregions and generate mesh using a rule established based on FE modeling practice of ship structure. Since the decomposed subregions take simple polygon, they can be easily transformed into elements by decomposing the polygon according to the rule defined considering the shape of the polygon and mesh seed on its perimeter. The algorithm is also designed to treat appropriate geometry idealizations for bracket-type surface and stiffener connections. The idealization process is also completely customized based on FE modeling practice. The validity of the developed system is verified through illustrative examples.     

基于CATIA V6的船舶结构有限元网格方法

CATIA作为一款通用的工业设计软件,在许多制造行业得到了广泛的应用。随着V6版本较之V5版本进一步的提升了结构模型转换FEM平面单元的能力,CATIA目前已能够实现船体结构模型直接生成有限元网格。通过深入应用CATIA V6,依靠软件强大的三维建模功能,能够极大的减少船体结构划分有限元网格工作的工时。同时利用关联设计复用以往模型,进一步提高FEM模型的生成效率。甚至能够为实现船舶结构设计CAD/CAE一体化的目标提供了具有可行性的研究路径。因而本文通过分析CATIA软件生成有限元网格机制,结合船舶结构有限元分析对生成网格的要求特点,确定了具有实践性的结构建模与网格划分方法。最后通过实践案例予以验证,结合网格质量检查与优劣势分析,基于CATIA平台为船舶结构快速生成有限元网格提供了一种较为高效的方法。     

轴向荷载作用下K型管节点焊缝周围应力分布的参数公式

应用分区产生网格的方法产生了K型节点的有限元模型,计算了在轴向荷载作用下K型节点焊缝周围的热点应力分布情况,并与相关试验结果进行对比分析,验证了所提出的有限元模型的可行性和准确性。通过对1152个K节点模型分析,研究了几何参数对K型节点焊缝周围热点应力分布的影响,发现在几何参数取不同值时热点应力的分布随几何参数的变化发生改变,而且热点应力的位置也随着几何参数的变化在冠点和鞍点之间移动。并在此几何参数分析的基础上,提出了K型节点焊缝周围应力集中系数分布的参数公式,并对参数公式进行了误差分析。对于绝大多数K节点模型,拟合得到的参数公式所计算的焊缝周围应力分布结果是精确可靠的,所以提出的参数公式为工程中K节点疲劳设计和分析提供了参考方法。     

一种两维区域三角剖分算法的改进及其应用

经过对文献[1]S.H.LO方法的改进,考虑到海岸河口海区、河道等水域的特点,提出了一个在水动力数学模型中十分适用的三角形网格的自动生成方法,编制了三角形网格自动生成通用程序。该方法通过引入区域内节点间距函数,人为给定某一定值或渐变数值可在任一局部水域进行网格加密。应用该方法成功对胜利油田海域的数学模型计算域进行了三角自动剖分。     

基于过渡单元的有限元细化法在舱口角隅处的研究

针对集装箱船舱口角隅处的应力计算,提出一种针对舱口角隅处网格的自动有限元精细划分算法。在进行完整船有限元分析后,截取出局部舱口角隅模型进行网格细化,将粗网格计算结果作为细网格模型边界条件,再次进行有限元分析。结果表明细化网格分析能反映出应力梯度比较大的区域的应力变化情况,其分析结果好于整体分析结果。     

Use of 3D compartment model for simplified full ship FE model. Part I: construction of FE model

Classification societies cannot cover the torsional strength assessment with simple empirical formula as the size of a containership increases drastically over 10 000 TEU in recent years. Torsional strength of a container ship is very difficult to estimate with an analytical method due to its alternatively varying cross sections, i. e. an open and a closed section. This article proposes an approach to construct a simplified FE model using a 3D compartment model available from the beginning of ship design process. The model is cut to pieces of lots of small pieces of lines by a set of transverse, longitudinal and horizontal planes. Two algorithms are developed for mesh generation of internal structures; one for assembling the broken lines into closed loops and the other for automatically generating mesh from the loops. Another algorithm is proposed to generate mesh for outer hull using outermost nodes of the FE model built for internal members. The validity of the simplified model is discussed along with a beam theory based approach in J Mar Sci Technol (2008)     

船体分段吊装眼板有限元细网格快速生成方法

提出一种船体分段吊装眼板有限元细网格快速生成方法,在粗网格基础上对吊装眼板几何模型进行网格细化。建立吊装眼板有限元网格细化流程,确定细化区域,划分细化区域,控制节点间距,生成细网格,并进行实例分析。结果表明,该方法可较大地提高船体分段吊装眼板的建模效率。     

螺旋桨自动化几何建模和网格划分技术

为了快速实现船用螺旋桨有限元建模,为极限强度分析和疲劳校核做准备,针对船用螺旋桨的结构特点,利用MSC.Patran前后处理器的二次开发技术,开发了1套螺旋桨自动化建模软件,定义了螺旋桨建模的型值表标准格式,实现了螺旋桨几何建模和网格划分的自动化.对某冰区加强螺旋桨进行了建模和计算,结果表明,系统建立的螺旋桨模型能保持良好的光顺效果和网格质量,满足计算要求.本文提出了基于MSC.Patran的螺旋桨自动建模方法,避免了传统手工建模中复杂和重复的工作,大幅提高了螺旋桨设计分析效率,具有重要的参考价值.     

有限元方法在30万吨级超大型浮船坞设计中的应用

在30万吨级超大型浮船坞的结构设计中应用有限元计算方法来评估坞体结构强度并讨论了超大型浮船坞的结构规范适用性问题。采用的有限元计算分为两大类:一类是坞体总纵强度的有限元计算分析,包括全坞粗网格有限元计算以及进一步的局部结构细化分析;另一类是坞体局部强度的有限元计算分析,包括首尾浮箱平台强度、坞墙稳定性和锚泊设备支撑结构的强度计算。通过一系列完整的有限元计算,说明现行的浮船坞规范仍然适用于超大型浮船坞,并最终得出了一些具有实用价值的结论。     

New method for ship finite element method preprocessing based on a 3D parametric technique

A new method for ship finite element method (FEM) preprocessing is presented as well as its program development. The method is applicable for all kinds of ships at different levels, such as a whole ship, cargo hold parts or detailed structures. The 3D parametric technique is used when creating ship structures, which improves the modeling efficiency greatly and makes the model easy to modify. A 3D geometric constraint solver is developed to solve the constraint system of the parametric model. A meshing procedure is presented to automatically convert the parametric structure model into a finite element model, by which high quality mesh is generated in the stress concentrated area. It also becomes possible to create finite element models for different levels from the same structure model. Using this method, the engineers avoid much of the complex and laborious work of FEM preprocessing, which consumes a very significant amount of time in finite element analysis, and can pay more attention to post-processing. This method has proved to be practical and highly efficient by several engineering trials. This work is sponsored by “Liaoning BaiQianWan Talents Program”.     

极区船舶冰带构件极限载荷评估

弹性设计准则下,极区船舶通常需要过度的结构加强以确保航行安全。若采用极限载荷设计准则,考虑结构的塑性承载能力,利用一部分屈服点之后的强度储备,则能大大减轻结构重量。本文以中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）研发的某20000吨级PC5级极地多用途运输船为目标船型,基于IACS URI规范关于冰载荷及相应计算工况的要求,进行了非线性有限元分析。基于计算结果,工程计算推荐100mm×100mm的网格尺寸,材料定义推荐使用理想弹塑性材料。通过对比不同极限载荷准则,认为两倍弹性斜率准则相对更适用于船舶构件。研究成果可为极区船舶结构的设计与强度验证提供参考。     

某型导弹快艇装备器材保障管理系统的设计与实现

对系统的总体结构进行了设计,并基于此结构,根据器材管理信息和业务流程,选择了合理的硬件和软件平台,运用软件工程原理和面向对象的设计思想,采用网络技术、Oracle数据库和容错技术,实现了对系统的功能模块、软界面和数据库的设计。系统的研究严格遵循军用软件开发规范,整个软件开发过程规范化、系统化、工程化,保证了系统的实用性、先进性、可靠性和安全性。测试结果也充分表明,该系统基本能满足系统的功能要求和设计要求。     

带偏舵航天飞机的网格生成及流场数值模拟

以OV-102航天飞机为对象，研究了有舵面偏角的全机单区结构网格的生成方法，模拟并分析了高超声速条件下全机及舵面气动特性。结果表明，带舵偏航天飞机单区结构网格生成方法及流场数值模拟方法，可正确模拟该复杂外形在中小舵偏条件下的气动特性。     

VLCC脱硫塔改装结构设计与优化

以某载重320 000tVLCC加装开式U形脱硫塔系统的改装结构设计为研究对象,结合原船结构图纸和LR规范,基于结构设计的基本原则,重点阐述该脱硫塔改装结构设计流程和设计要领,并运用有限元MPC法对改装结构强度进行分析计算,根据分析计算结果优化结构尺寸和规格。     

半潜式海洋平台与供应船尾部发生正碰分析

随着世界上海洋平台的增多,船舶与海洋平台的碰撞事故也随之变多,碰撞事故往往产生巨大损失.为了研究其碰撞规律,本文基于有限元软件Ansys/Ls-Dyna,研究分析不同速度下供应船尾部与半潜式海洋平台的碰撞,碰撞中的流体采用附加质量法处理.为确保计算结果精度,对碰撞的局部区域进行网格细化.计算结果表明,正碰时平台内部结构单元首先发生破坏(内部结构指水平强框处单元),外板失效所需能量比内部结构大;当撞击速度小于破坏速度时,单元没有破坏,但当船回弹时,外板上的板单元产生振动,应力和能量产生短时间波动.     

邮船餐厅顶部大空间结构立柱设计敏感性分析

为提高邮船空间感,减少大空间结构立柱数量,对某邮船项目餐厅顶部大空间结构进行剖析。对比规范计算、力学计算、梁系有限元计算、板梁结构有限元计算,分析有无立柱对分段质量、结构尺寸、净空高度、结构变形等方面的影响,分析大空间结构立柱设计敏感性,为邮船大空间结构立柱设计提供参考。     

基于FLUX软件的舰船磁场计算

本文以专用的电磁场有限元分析软件FLUX为仿真计算的平台,对舰船磁场的有限元仿真计算问题进行了研究和探索。通过对舰船实体几何模型的建模、模型的有限元剖分等进行的深入研究,实现了舰船磁场的有限元计算。仿真计算结果经磁性船模实测磁场值验证,其误差小于20％,可应用于工程实践。     

基于顶层设计的港口国监督检查智能辅助系统建设构想

文中以顶层设计为指导思想,通过整合中国PSC检查信息数据库构建一套港口国监督检查智能辅助系统该系统将实现PSC检查自动选船、PSC检查专家数据库构建、现场视频语音交流、实时公约查询以及自动生成和发送PSC检查报告、港口国监督捡查员质量管理以及安检数据自动分析等功能     

网格变形控制技术在带前置定子导管桨水动力优化设计中的应用

应用网格变形控制技术,对带前置定子导管桨进行了转动叶片水动力外形的优化设计研究,优化方案的敞水效率较原始方案提高了2％,并能显著减弱叶梢流动的分离现象.优化结果表明,基于网格变形控制技术的网格重构方法能在保证网格相似性的条件下,解决多方案网格自动生成的难题,便于进行组合式推进器的水动力性能优化设计.     

复杂舱室船舶节点结构疲劳强度评估方法研究

由于使命或功能要求的不同,有些船型具有复杂的舱室划分和结构,其节点的结构形式和数量众多,在设计分析过程中发现节点的应力集中和疲劳问题突出.因而,在对具有复杂舱室的船舶进行疲劳强度评估时,需要考虑的疲劳校核部位相应增多.针对疲劳校核部位选取的问题,本次研究提出基于全船有限元基本网格节点进行疲劳节点筛选的方法.另外,本文以由上述筛选方法筛选出的船舶强框架结构位置处的热点为例,给出了该结构处圆弧过渡位置的4种细化方式;并参照中国船级社2015版《船体结构疲劳指南》,给出了复杂舱室船舶节点结构疲劳强度评估的整套方法.