補(bǔ)充1船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算法

1、 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(jié)構(gòu)、新材料不斷出現(xiàn)，船舶結(jié)構(gòu)的化以及新結(jié)構(gòu)、新材料不斷出現(xiàn)，船舶結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方法已難以勝任傳統(tǒng)的船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方法已難以勝任 尋找新的、有效的船體結(jié)構(gòu)分析方法勢在必行尋找新的、有效的船體結(jié)構(gòu)分析方法勢在必行 Ship Structural Strength, Structural

2、 Direct Calculation3 基于變分原理的把連續(xù)體離散化的數(shù)值解基于變分原理的把連續(xù)體離散化的數(shù)值解法，適應(yīng)性強(qiáng)，效能較高。法，適應(yīng)性強(qiáng)，效能較高。 實(shí)質(zhì)是把求解區(qū)域分為有限個單元，這些實(shí)質(zhì)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(diǎn)處和單元的邊界單元只在求解區(qū)域的節(jié)點(diǎn)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 有限元分析用于船舶結(jié)構(gòu)：將船體結(jié)構(gòu)離有限元分析用于船舶結(jié)構(gòu)

3、：將船體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的有限個單元，詳盡地表述船體結(jié)構(gòu)的微觀微觀細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)，真實(shí)地表達(dá)出各個構(gòu)件間的協(xié)調(diào)關(guān)，真實(shí)地表達(dá)出各個構(gòu)件間的協(xié)調(diào)關(guān)系與變化，可以求出各個關(guān)心構(gòu)件或區(qū)域系與變化，可以求出各個關(guān)心構(gòu)件或區(qū)域的的實(shí)際變形與應(yīng)力實(shí)際變形與應(yīng)力。 評價(jià)：是目前船體強(qiáng)度分析評價(jià)：是目前船體強(qiáng)度分析最準(zhǔn)確、最完最準(zhǔn)確、最完善善的方法，也是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最能精確的方法，也是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最能精確預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)對載荷響應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析方法。預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)對載荷響應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析方法。 Ship Structural Strength

4、, Structural Direct Calculation5 自自 20 世紀(jì)世紀(jì)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) 美國船級社的美國船級社的 SAFEHULL 系統(tǒng)系統(tǒng) 挪威船

5、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(yīng)力和變形的整體情況，整船分析：獲得船體應(yīng)力和變形的整體情況，如總縱彎曲應(yīng)力和變形如總縱彎曲應(yīng)力和變形 Ship Structural Strength, Structural Direc

6、t Calculation9艙段分析：艙段分析： 用于分析用于分析甲板、舷側(cè)、船底和艙壁甲板、舷側(cè)、船底和艙壁等結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)在局部載荷作用下的強(qiáng)度在局部載荷作用下的強(qiáng)度 再再疊加船體梁疊加船體梁的載荷后，同樣能夠進(jìn)行的載荷后，同樣能夠進(jìn)行船船體總強(qiáng)度體總強(qiáng)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(xì)化的局部結(jié)構(gòu)分等需要細(xì)化的局部結(jié)構(gòu)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(jìn)行艙段分析的基礎(chǔ)上，為了更在對船體進(jìn)行艙段分析的基礎(chǔ)上，為了更精確地獲

7、知精確地獲知主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件或關(guān)鍵部位主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件或關(guān)鍵部位的應(yīng)的應(yīng)力水平和應(yīng)力分布時采用，可用于計(jì)算局力水平和應(yīng)力分布時采用，可用于計(jì)算局部應(yīng)力以確定應(yīng)力集中系數(shù)部應(yīng)力以確定應(yīng)力集中系數(shù) 分析受集中力作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如系泊裝分析受集中力作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如系泊裝置、錨機(jī)、克令吊基座的船體支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)置、錨機(jī)、克令吊基座的船體支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)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)布的散貨船共同規(guī)范（簡稱散貨船共同規(guī)范（簡稱CSR），）， 規(guī)定船長大

8、于規(guī)定船長大于150m的散貨船需要進(jìn)行有限的散貨船需要進(jìn)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(jié)構(gòu)的承全船的有限元模型化必須建立在對船體結(jié)構(gòu)的承載模式、載荷傳遞和相應(yīng)的變形特征正確分析的載模式、載荷傳遞和相應(yīng)的變形特征正確分析的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)上， 合理地布置單元網(wǎng)格線和簡化縱骨等小構(gòu)件，運(yùn)合理地布置單元網(wǎng)格線和簡化縱骨等小構(gòu)件，運(yùn)用

9、桿元、梁元、膜元和板殼元等結(jié)構(gòu)單元的恰當(dāng)用桿元、梁元、膜元和板殼元等結(jié)構(gòu)單元的恰當(dāng)組合，組合， 做到既要保證計(jì)算結(jié)構(gòu)的真實(shí)、有效、可信，又做到既要保證計(jì)算結(jié)構(gòu)的真實(shí)、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 兩艙段模型兩艙段模型，如，如DNV, LR, GL及及CCS采

10、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(jié)構(gòu)構(gòu)件，如肋板、舷側(cè)肋骨、甲板橫梁、主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如肋板、舷側(cè)肋骨、甲板橫梁、縱骨、縱桁、底部縱桁及其他相當(dāng)構(gòu)件等要合理縱骨、縱桁、底部縱桁及其他相當(dāng)構(gòu)件等要合理的模

11、型化。的模型化。 3) 有限元網(wǎng)格的劃分應(yīng)根據(jù)計(jì)算目標(biāo)和精度的要求。有限元網(wǎng)格的劃分應(yīng)根據(jù)計(jì)算目標(biāo)和精度的要求。 兩種做法兩種做法: 粗網(wǎng)格粗網(wǎng)格(如如ABS)，即根據(jù)主要結(jié)構(gòu)件來布置單元格子線；，即根據(jù)主要結(jié)構(gòu)件來布置單元格子線； 細(xì)網(wǎng)格，即根據(jù)骨材的間距來劃分單元，細(xì)網(wǎng)格，即根據(jù)骨材的間距來劃分單元，DNV, LR, BV和和CCS等都采用細(xì)網(wǎng)格模型等都采用細(xì)網(wǎng)格模型 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation174) 粗網(wǎng)格的有限元模型在表達(dá)船體結(jié)構(gòu)的粗網(wǎng)格的有限元模型在表達(dá)船體結(jié)構(gòu)的總縱彎曲總縱彎曲和局部板架彎曲和局部

12、板架彎曲時是恰當(dāng)?shù)?，但是它關(guān)于時是恰當(dāng)?shù)?，但是它關(guān)于加強(qiáng)筋加強(qiáng)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(wǎng)格模型通常采用粗網(wǎng)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(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)具有面外剛度，梁單在有些情況下，為了使結(jié)構(gòu)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

13、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(xì)模型的板構(gòu)件細(xì)模型的板構(gòu)件(主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件)選用選用板殼板殼單元，加強(qiáng)筋選用單元，加強(qiáng)筋選用梁單元梁單元。在主要構(gòu)件之。在主要構(gòu)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(gòu)件。對于僅在板的一側(cè)布們傳遞給主要構(gòu)件。對于僅在板的一側(cè)布置的加強(qiáng)筋應(yīng)采用置的加強(qiáng)筋應(yīng)采用偏心梁元偏心梁元。否則梁的彎。否則梁的彎曲剛度應(yīng)該計(jì)入有效帶板的影響。另外對曲剛

14、度應(yīng)該計(jì)入有效帶板的影響。另外對于較薄的板構(gòu)件，考慮到它的承載能力，于較薄的板構(gòu)件，考慮到它的承載能力，可以用平面應(yīng)力單元來代替板殼元?？梢杂闷矫鎽?yīng)力單元來代替板殼元。 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(diǎn)處并且通常只采用簡單單元，即僅在角點(diǎn)處布置節(jié)點(diǎn)布置節(jié)點(diǎn) 對于膜元和殼元，應(yīng)僅采用線性對于膜元和殼元，應(yīng)僅采用線性四邊形單四邊形單元元或或三角形單元三角形單元。 Ship Stru

15、ctural Strength, Structural Direct Calculation207) 船體的外板結(jié)構(gòu)，強(qiáng)框架、縱析、平面艙船體的外板結(jié)構(gòu)，強(qiáng)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(diǎn)板殼單元模擬四節(jié)點(diǎn)板殼單元模擬 在高應(yīng)力區(qū)和高應(yīng)力變化區(qū)盡可能在高應(yīng)力區(qū)和高應(yīng)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(jié)構(gòu)不連續(xù)處，凳連接處，鄰近肘板或結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，盡盡量少用三角形單元量少用三角形單元。 單元長寬比應(yīng)不大于單元長寬比應(yīng)不大于4:1。 S

16、hip 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(qiáng)材對于承受水壓力和貨物壓力的各類板上的扶強(qiáng)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(qiáng)筋、肋骨和肘板等主要構(gòu)件縱桁、肋板上的加強(qiáng)筋、肋骨和肘板等主要構(gòu)件的面板和加強(qiáng)筋可用桿單元模擬。的面板和加強(qiáng)筋可用桿單元模擬。 若考慮到網(wǎng)格的布置和大小劃分的困難，部分區(qū)若考慮到網(wǎng)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

17、在垂直方向布置應(yīng)不少于船底縱桁和肋板在垂直方向布置應(yīng)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(yīng)盡量劃分為正方艙壁最底部的單元一般情況下應(yīng)盡量劃分為正方形單元，形單元， Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation22一個強(qiáng)框架的典型網(wǎng)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(yīng)每一個翼板和腹板至少應(yīng)劃分一個板單元；在槽型艙壁下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

18、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(shù)接近比系數(shù)接近1。主要構(gòu)件的減輕孔、人孔，。主要構(gòu)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(yīng)作為單元的邊界。在板厚有突變的地方應(yīng)作為單元的邊界。如果單元跨越板厚突變，則應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整如果單元跨越板厚突變，則應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整單元數(shù)據(jù)

19、以得到等效剛度。板單元應(yīng)位于單元數(shù)據(jù)以得到等效剛度。板單元應(yīng)位于相應(yīng)板構(gòu)件的中面上，但對于在整體強(qiáng)度相應(yīng)板構(gòu)件的中面上，但對于在整體強(qiáng)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(nèi)。平面內(nèi)。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2511) 加筋板可用能恰當(dāng)表示板格剛度的二維（加筋板可用能恰當(dāng)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(dāng)有限元模型中加筋板用建模。當(dāng)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：表示時： a) 對于雙層底縱桁或肋板構(gòu)件，單元高度應(yīng)為雙層底高

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

21、建模。 e) 如設(shè)置雙殼，主要支撐構(gòu)件的腹板沿高度應(yīng)以一個單元建模。如設(shè)置雙殼，主要支撐構(gòu)件的腹板沿高度應(yīng)以一個單元建模。 f) 如沒有設(shè)置雙殼，至少三檔肋骨應(yīng)有一根建模，肋骨與其相連的如沒有設(shè)置雙殼，至少三檔肋骨應(yīng)有一根建模，肋骨與其相連的端部肘板的腹板應(yīng)以殼單元建模，面板應(yīng)以殼端部肘板的腹板應(yīng)以殼單元建模，面板應(yīng)以殼/ 梁元建模。梁元建模。 g) 單元長寬比應(yīng)不大于單元長寬比應(yīng)不大于2:1。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2612) 結(jié)構(gòu)有限元分析的構(gòu)建尺寸大都采用建造結(jié)構(gòu)有限元分析的構(gòu)建尺寸大都采用建造厚度，

22、基于厚度，基于CSR規(guī)范的有限元模型的構(gòu)件規(guī)范的有限元模型的構(gòu)件的厚度應(yīng)取作下列給出的厚度的厚度應(yīng)取作下列給出的厚度: Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation2713) 由于船體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在模型化時要做由于船體結(jié)構(gòu)的復(fù)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(gòu)件合并次要構(gòu)件合并(如加強(qiáng)筋等如加強(qiáng)筋等)，合并的構(gòu)件應(yīng)，合并的構(gòu)件應(yīng)位于相關(guān)構(gòu)件的幾何中心，還要具有相同位于相關(guān)構(gòu)件的幾何中心，還要具有相同的剛度。的剛度。 甚至一些貢獻(xiàn)較小的次要

23、構(gòu)件可以不計(jì)入甚至一些貢獻(xiàn)較小的次要構(gòu)件可以不計(jì)入模型，例如短的防止屈曲的加強(qiáng)筋和小的模型，例如短的防止屈曲的加強(qiáng)筋和小的開孔。對于大的開孔，則必須計(jì)入模型。開孔。對于大的開孔，則必須計(jì)入模型。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation28 作用在船體結(jié)構(gòu)上的載荷，按其對結(jié)構(gòu)的作用在船體結(jié)構(gòu)上的載荷，按其對結(jié)構(gòu)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應(yīng)，例如，總縱彎曲的的載荷和載荷效應(yīng)，例如，總縱彎曲的力力

24、矩矩、剪力剪力、應(yīng)力應(yīng)力及及縱向扭矩縱向扭矩等等 局部性載荷：引起局部結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的變形局部性載荷：引起局部結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的變形或破壞的載荷，例如，水密試驗(yàn)時的水壓或破壞的載荷，例如，水密試驗(yàn)時的水壓力，機(jī)器的不平衡所造成的力，機(jī)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(shè)計(jì)波方法等效設(shè)計(jì)波方法（EDW）用于設(shè)定設(shè)計(jì)載荷，包）用于設(shè)定設(shè)計(jì)載荷，包括在靜水中和波浪中的船體梁載荷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(cè)

25、向載荷。的側(cè)向載荷。2) 外部靜水壓力及貨物和壓載引起的內(nèi)部靜壓力視外部靜水壓力及貨物和壓載引起的內(nèi)部靜壓力視為為靜水中的側(cè)向載荷靜水中的側(cè)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(nèi)部慣性壓力視為波浪中的側(cè)向載荷。壓載引起的內(nèi)部慣性壓力視為波浪中的側(cè)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(cè)向載荷和船體梁載荷引起的應(yīng)力應(yīng)使用波浪中側(cè)向載荷和船體梁載荷引起的應(yīng)力應(yīng)使用對每一等效設(shè)計(jì)波確定的載荷組合因子組合起來。對每一等效設(shè)計(jì)

26、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(jì)算靜水彎矩計(jì)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(jì)算正或負(fù)剪力。工況下的最大計(jì)算正或負(fù)剪力。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation311) 等效設(shè)計(jì)波等效設(shè)計(jì)波 所產(chǎn)生響應(yīng)值與構(gòu)件主要載荷分量長期響應(yīng)

27、值相所產(chǎn)生響應(yīng)值與構(gòu)件主要載荷分量長期響應(yīng)值相當(dāng)?shù)囊?guī)則波，叫做等效設(shè)計(jì)波當(dāng)?shù)囊?guī)則波，叫做等效設(shè)計(jì)波(EDWs)，其組成部，其組成部分為分為: 當(dāng)垂直波浪彎矩在迎浪中達(dá)到最大時的規(guī)則波當(dāng)垂直波浪彎矩在迎浪中達(dá)到最大時的規(guī)則波(EDW H) 當(dāng)垂直波浪彎矩在隨浪中達(dá)到最大時的規(guī)則波當(dāng)垂直波浪彎矩在隨浪中達(dá)到最大時的規(guī)則波(EDW F) 當(dāng)橫搖運(yùn)動達(dá)到最大時的規(guī)則波當(dāng)橫搖運(yùn)動達(dá)到最大時的規(guī)則波(EDW R) 當(dāng)水線處水動壓力達(dá)到最大時的規(guī)則波當(dāng)水線處水動壓力達(dá)到最大時的規(guī)則波(EDW P) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation

28、322) 載荷工況載荷工況 等效設(shè)計(jì)波等效設(shè)計(jì)波(EDWs)的相應(yīng)載荷工況定義的相應(yīng)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(yùn)動參考船體梁載荷和船舶運(yùn)動 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation341) 對舷側(cè)外板和船底板的外部海水壓力對舷側(cè)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(diǎn)對應(yīng)于靜對各裝載工況，外板上任何一點(diǎn)對應(yīng)于靜水中吃水的靜水壓力水中吃水的靜水壓力 Shi

29、p Structural Strength, Structural Direct Calculation351) 對舷側(cè)外板和船底板的外部海水壓力對舷側(cè)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(cè)向壓力干散貨造成的側(cè)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 Direct Calculation371) 干散貨造成

30、的側(cè)向壓力干散貨造成的側(cè)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(cè)向壓力干散貨造成的側(cè)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(yīng)計(jì)及傾斜構(gòu)件為估算垂直方向總力，應(yīng)計(jì)及傾斜構(gòu)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) 干散貨造成的側(cè)向壓力干散貨造成的側(cè)向壓力c) 干散貨造成的剪切載荷干散

31、貨造成的剪切載荷 ii. 為估算縱向和水平方向總力，應(yīng)計(jì)及內(nèi)為估算縱向和水平方向總力，應(yīng)計(jì)及內(nèi)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 Calculation40液體造成的側(cè)向壓力液體造成的側(cè)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, Structural Direct Calculation412)

32、液體造成的側(cè)向壓力液體造成的側(cè)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(gòu)件節(jié)點(diǎn)應(yīng)與位于中心端部兩剖面的縱向構(gòu)件節(jié)點(diǎn)應(yīng)與位于中心線上中和軸處的獨(dú)立點(diǎn)剛性關(guān)聯(lián)線上中和軸處的獨(dú)立點(diǎn)剛性關(guān)聯(lián)兩端的剛性關(guān)聯(lián) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation43獨(dú)立點(diǎn)的支撐條件獨(dú)立點(diǎn)的支撐條件 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation4

33、4結(jié)構(gòu)分析結(jié)果應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)分析結(jié)果應(yīng)滿足 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 屈曲強(qiáng)度屈曲強(qiáng)度 主要構(gòu)件撓度主要構(gòu)件撓度 的衡準(zhǔn)的衡準(zhǔn) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation45參考應(yīng)力參考應(yīng)力參考應(yīng)力參考應(yīng)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(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力線單元（梁或桿）的線單元（梁或桿）的軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力有限元分析應(yīng)考慮船體梁載荷有限元分析應(yīng)考慮船體梁載荷 如果有限元模型中沒有考慮開孔效應(yīng)，開孔周如果有限元模型中沒有考慮開孔效應(yīng)，開孔周圍的參考應(yīng)力應(yīng)按照腹板高度和開孔高度之比圍的參考應(yīng)力應(yīng)按照腹板高度和開

34、孔高度之比調(diào)整剪切應(yīng)力的方法適當(dāng)修正調(diào)整剪切應(yīng)力的方法適當(dāng)修正。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation462) 相當(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力 von Mises 相當(dāng)應(yīng)力按照下式計(jì)算相當(dāng)應(yīng)力按照下式計(jì)算 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation473) 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 模型中無正交各向異性單元時，參考應(yīng)力模型中無正交各向異性單元時，參考應(yīng)力應(yīng)不超出應(yīng)不超出235/k MPa，k為材料系數(shù)為材料系數(shù) 模型中含正交異性單元時，參考應(yīng)力應(yīng)不模型中含正交異性單元時，參考

35、應(yīng)力應(yīng)不超過超過205/k MPa ，k為材料系數(shù)為材料系數(shù) 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(yīng)不超過以下衡準(zhǔn)大相對撓度應(yīng)不超過以下衡準(zhǔn) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation49(1)細(xì)化區(qū)域：主要支撐構(gòu)件的高應(yīng)力區(qū)域細(xì)化區(qū)域：主要支撐構(gòu)件的高應(yīng)力區(qū)域 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculati

36、on50 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation51 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation52 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation53(2)高應(yīng)力區(qū)域的細(xì)化方法高應(yīng)力區(qū)域的細(xì)化方法細(xì)化區(qū)域可直接細(xì)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(xì)化區(qū)域的詳細(xì)應(yīng)力可用細(xì)化區(qū)域的詳細(xì)應(yīng)力可用單獨(dú)的子模型單獨(dú)的子模型分分析，模型邊界與支撐構(gòu)件的位置相一致析，模型邊界與支撐構(gòu)件的位置

37、相一致 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation54 細(xì)化區(qū)域可直接包含在整體艙段分析細(xì)化區(qū)域可直接包含在整體艙段分析 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation55 單獨(dú)的子模型單獨(dú)的子模型 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation56(3)網(wǎng)格控制網(wǎng)格控制 細(xì)化區(qū)域的單元尺寸應(yīng)為相應(yīng)區(qū)域普通扶強(qiáng)材間細(xì)化區(qū)域的單元尺寸應(yīng)為相應(yīng)區(qū)域普通扶強(qiáng)材間距的距的四分之一四分之一左右左右 例：對普通扶

38、強(qiáng)材間距為例：對普通扶強(qiáng)材間距為800mm的結(jié)構(gòu)，單元尺寸為的結(jié)構(gòu)，單元尺寸為200mm200mm。 主要支撐構(gòu)件腹板和單舷側(cè)散貨船舷側(cè)肋骨腹板主要支撐構(gòu)件腹板和單舷側(cè)散貨船舷側(cè)肋骨腹板的高度方向至少應(yīng)劃分的高度方向至少應(yīng)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(yīng)盡可能為四邊形單元的角應(yīng)盡可能為90，或，或應(yīng)在應(yīng)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(xì)化區(qū)域直接包含在整體艙段分析：邊界條件同細(xì)化區(qū)域直接包含在整體艙段分析：邊界條件同整體

39、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(diǎn)力或節(jié)點(diǎn)位將整體艙段分析得到的節(jié)點(diǎn)力或節(jié)點(diǎn)位移施加到子模型上移施加到子模型上 如給出節(jié)點(diǎn)力，位于子模型邊界上的支撐構(gòu)件應(yīng)包含如給出節(jié)點(diǎn)力，位于子模型邊界上的支撐構(gòu)件應(yīng)包含在子模型中在子模型中 如給出節(jié)點(diǎn)位移并且子模型中有附加節(jié)點(diǎn)，附加節(jié)點(diǎn)如給出節(jié)點(diǎn)位移并且子模型中有附加節(jié)點(diǎn)，附加節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位移用合適的內(nèi)插法求得的節(jié)點(diǎn)位移用合適的內(nèi)插法求得 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation58(5)應(yīng)力衡準(zhǔn)應(yīng)力衡準(zhǔn) 細(xì)化區(qū)域內(nèi)細(xì)化區(qū)域內(nèi)

40、板單元的板單元的Von Mises 相當(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力 線單元的軸向應(yīng)力線單元的軸向應(yīng)力 不超過不超過 280/k MPa Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation59 中垂?fàn)顟B(tài)中垂?fàn)顟B(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(yuǎn)，甲板承受較大的總縱彎曲面內(nèi)壓力，因置最遠(yuǎn)，甲板承受較大的總縱彎曲面內(nèi)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(nèi)壓力，船底會承受較大的總縱彎曲面內(nèi)壓力，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(xiàn)的船體損壞便是

41、最先可能出現(xiàn)的船體損壞便是上甲板上甲板或或船底結(jié)構(gòu)船底結(jié)構(gòu)的受壓屈曲破壞的受壓屈曲破壞 其次是內(nèi)殼板、雙層底肋板和桁材系統(tǒng)、橫框架其次是內(nèi)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(jù)應(yīng)力分布選擇根據(jù)應(yīng)力分布選擇 對應(yīng)的屈曲工況對應(yīng)的屈曲工況 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation6

42、1 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(shù)基本板格的屈曲和折減系數(shù) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation65基本板格應(yīng)力基本板格應(yīng)力 從有限元計(jì)算得到基本板格（從有限元計(jì)算得到基本板格（EPP）

43、的屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)）的屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)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(wǎng)格一般不與屈曲板格相對應(yīng)，基本板格的節(jié)由于有限元網(wǎng)格一般不與屈曲板格相對應(yīng)，基本板格的節(jié)點(diǎn)可以映射到有限元網(wǎng)格對應(yīng)，這些節(jié)點(diǎn)的位移可從有限點(diǎn)可以映射到有限元網(wǎng)格對應(yīng)，這些節(jié)點(diǎn)的位移可從有限元計(jì)算中得到。元計(jì)算中得到。 可能有以下三種不同的節(jié)點(diǎn)位置：可能有以下三種不同的節(jié)點(diǎn)位置： （1）當(dāng)屈曲板格的節(jié)點(diǎn)位于有限元節(jié)點(diǎn)上時，位移可以）當(dāng)屈曲板格的節(jié)點(diǎn)位于有限元節(jié)點(diǎn)上時，位移可以直接轉(zhuǎn)換。直接轉(zhuǎn)換。 （2）當(dāng)屈曲板格的節(jié)點(diǎn)位于平面應(yīng)力單元的邊界上時，）當(dāng)屈曲板格的節(jié)點(diǎn)位于平面應(yīng)力單元的邊

44、界上時，位移可在邊界上的有限元節(jié)點(diǎn)之間采用線性內(nèi)插得到。位移可在邊界上的有限元節(jié)點(diǎn)之間采用線性內(nèi)插得到。 （3）當(dāng)屈曲板格的節(jié)點(diǎn)位于單元內(nèi)時，位移可以在單元）當(dāng)屈曲板格的節(jié)點(diǎn)位于單元內(nèi)時，位移可以在單元所有節(jié)點(diǎn)之間采用雙向線性內(nèi)插得到。所有節(jié)點(diǎn)之間采用雙向線性內(nèi)插得到。 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation66 將節(jié)點(diǎn)位移從總體有限元系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至屈曲將節(jié)點(diǎn)位移從總體有限元系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至屈曲板格局部系統(tǒng)板格局部系統(tǒng) Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation67

45、 對于屈曲評估，用有限元法求解的應(yīng)力應(yīng)對于屈曲評估，用有限元法求解的應(yīng)力應(yīng)予以折減，這是因?yàn)椴此尚?yīng)在兩個分析予以折減，這是因?yàn)椴此尚?yīng)在兩個分析方法中均被計(jì)入。方法中均被計(jì)入。 修正應(yīng)在局部和整體載荷引起的應(yīng)力累加修正應(yīng)在局部和整體載荷引起的應(yīng)力累加之后進(jìn)行應(yīng)力折減：之后進(jìn)行應(yīng)力折減： Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation68 相關(guān)屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)力比按下式相關(guān)屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)力比按下式 LC1：縱向受壓：縱向受壓 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation69 相關(guān)屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)力比按下式相關(guān)屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)力比按下式 LC2：橫向受壓：橫向受壓 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation70 相關(guān)屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)力比按下式相關(guān)屈曲應(yīng)力和邊緣應(yīng)力比按下式 LC3：剪切：剪切 Ship Structural Strength, Structural Direct Calculation711XYZ