基于abaqus软件的舰船总纵弯曲研究

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1、基于ABAQUS软件的舰船总纵弯曲研究李克杰，姚熊亮，张阿漫，刘庆杰（哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001）摘要：船舶总纵巧曲计算的传统的7/法是将船体看作船体梁，再根裾梁的芎曲现论求解船体垴危险剖面的圾人应力，在木文屮，基于ABAQL’S软件将各站所受外力转化成节点力施加到船体上，通过比较有限元的计算结果和理论解，表明只要施加合理的边界条件，本文所采用的方法在.T程领域屮是叫川的，对相关研究和工程计算具有一定参考价值。关键词：总纵弯曲；船体梁；节点力；引言在船体总纵强度计算中，通常将船体理想为一变截而的空心薄壁梁

2、，简称船体梁。并从整体上进行研究。船体梁在外力作川下沿其纵向铅锤面所发生的弯曲，称为总纵弯曲。船体梁抵抗总纵弯曲的能力，称为总纵强度（简称纵强度）。的就是确定引起船体梁总纵弯曲的载荷、剪力和弯矩，进而利用简单梁理论冇关计算原理校核其总纵弯曲应力：M—计算剖ifti的总纵弯曲应力，中拱时为正；/一计算剖曲*对水平中和轴的惯性矩；z—所求应力点至水平中和轴的■直距离，向上为正。木文所采取的有限元的计算方法是按照一定的方法将船舶每一站所受的合外力计算出來，再将每站的合外力换算成节点力，输入到ABAQUS奋限元的模型屮即可得解。1.1计

3、算状态的选取由于船型多由船舶性能和使用要求决定，W此，对给定船型的静波浪弯矩，其人小主要取决于波浪要素以及波浪与船舶的相对位S。波浪耍素包括波形、波长与波高。FI前得到最广泛应用的是坦谷波理论。根据这一理论，二维波的剖iftf足ft谷曲线形状。图1所示的波沏是从二维波中截取的一段，粗黑线为波浪剖面形状，两相邻波峰或波谷之间的水T•距离是波长，记为；L波高是凼波芥底到峰顶的垂直距离，记为力。坦谷波曲线形状的特点是，波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴线上下的剖逝积不相等，故称为坦谷波。波峰/波峰/船舶在航行中所遇到的波浪足随机的、不断变化的

4、。计算的波浪要素及船舶在波浪上的危险位置的选择则主要是考虑可能引起较大的静波浪弯矩。当船舶静置在波浪上的位置发生变化时，船体剖囬上的弯矩也将发生变化。当波峰和波谷在船屮吋，浮力相对于静水线的变化最为明显，因此在船屮剖面会产生最人的波浪弯矩,这是讨以判断岀来的（严格说来，仅首尾对称船舶的最大弯矫冰发生迕船中剖而）。但是计算表明，在艽他剖面中的蝻大弯矩并不发生在波峰或波谷在船中时。怎样的波长方使弯矩为最人呢？若波长远小于船长，在船长范M内将有几个波峰和波谷出现（图2h）,此外波高也较小，因此相对于静水面的浮力分布并未产牛明显的变化；

5、反之，苦波长远大于船长，此时虽然波高很大，但由于船舶只位于部分波浪讼度上，在船长范的波浪表面实际上和静水而相差不多（阁2（/7））,故相对于静水而的浮力分布也无明.显变化。所以，这两种情况都不会引起过人的波浪弯矩。计算分析表明，当船舶静置在波浪-1时，在波长稍大于船长时才得到最大的波浪弯矩，但此时的弯矩与波长等于船长时的弯矩相差不大。所以，在实际计算吋，取计算波长等于船长，并且规定按波峰在船中和波谷在船中两种典型状态进行计算。若船舶所航行的区域（例如，内河、湖泊船舶）没存等于船长的波浪，计算波长也总是取等于船长，因为船舶可能斜对

6、着波浪航行。波长/I和波高A间没有固定的关系。所以，在W:界的造船实践屮采用以波长的分数确定计算波高的各种公式。⑻A»l⑻图2波长变化对浮力分布的影响在军船设计中，波高//按下列公式确定：2当义2120m时，h=——202当60m

7、强度标准选取。（3）取波峰位于船屮及波谷位于船屮两种状态分别进行计算。由于在确定计算波高时带有很人的主观性，故传统的船舶总纵强度计算带有假定性，因此计算过于精确也足没有意义的m。本舰船计算状态取波长等于舰船设计水线忪L，波形为圯谷波，计算波高//按卜*式计算:h=1.75+3.94（L/100）-0.3（L/100）2式中：A一计算波髙（zn）；/一设计水线长（AZ2）；理论上，对于各级海况来说，其波越接近/,对于舰船来说就越危险，因此，对于六级海况，其计算波长取为/,波窈取为/?。2.坦谷波形的绘制方法若以半径为的圆盘（称为滚

8、圆），沿直线滚动吋，圆内一距圆心为〃的定点P所描绘的轨迹，即为一坦谷波曲线。坦谷波曲线可按图3所示的方法绘制。将直线（即波长义）及滚關關周各分为数量相同的〃等分（通常为八等分），分别以各等分点O。，，…，0。为中心，顺次将滚圆逆吋针旋转360°“，记卜P点的不同