船体结构应力集中数值计算

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1、2003年MSC.Software中国用户论文集船体结构应力集中数值计算王甲畏何祖平王德禹上海交通大学船舶与海洋工程学院结构力学研究所-1-2003年MSC.Software中国用户论文集船体结构应力集中数值计算FEMComputationfortheStressConcentrationofshipstructures王甲畏何祖平王德禹上海交通大学船舶与海洋工程学院结构力学研究所200030摘要：结构在不连续及开口处容易产生应力集中，进而会产生结构的局部破坏，危害到整船的安全性。本文通过有限元数值计算，对某

2、船体进行了整体有限元计算，并选取部分构件进行了应力集中分析。针对该船体的结构特点，模型主要采用板梁单元，采用大型通用有限元软件MSC.Nastran进行了数值模拟分析。计算结果显示，在开口的部位应力集中现象很明显，通过与利用光弹性试验得到的结果比较，发现两种方法的结果中应力集中的位置基本吻合，大小也比较接近，证明了有限元计算的可靠性。关键词：有限元应力集中船体结构MSC.Nastran1前言根据有关资料，某型船分别在甲板，侧壁和内底上有较大的开口。由于几何形状的突变，当船体在波浪上行驶时，大开口角隅处会产生较

3、大的应力集中，这种现象将是造成角隅处低周疲劳破坏或脆性断裂的主要因素，从而导致对船体总强度安全的严重威胁。为了保证船体强度，必须对这种应力集中现象做细致的分析，并对应力集中系数比较大的区域采取必要的加强措施。2力学模型限于篇幅的大小，本文主要选择该船的机舱段来研究。该机舱段主要由内底、外板、舱壁、纵桁和肋板等结构组成。本机舱段位于总船的中部。其结构相对比较简单，同时在内底上有若干的开孔，这些地方都可能产生应力集中。针对机舱段的结构特点，忽略内底上的一些小的开孔，只保留两处比较大的且重要的开口（此处取为开口1，

4、开口2，见图1）。针对船体的结构特点，模型建立时主要采用板梁单元对船体结构进行模拟，为了分析的精确性及方便性，采用梁单元模拟纵骨、舱壁和围壁的扶强材，强横梁，纵桁以及强肋骨等T型材的腹板用板单元来模拟，翼缘板用矩形梁单元模拟。本模型节点数6495个，单元数13859个。3载荷工况和边界条件计算中考虑机舱受一沿船体长度方向的拉力作用，由于我们只关心应力集中现象，而不考虑应力的实际大小，为了便于数据分析，取拉力的值的大小为1牛顿。实际在有限元模型中施加载荷时，考虑结构的受一总体拉力的作用，在前端面前部首先定义一个

5、节点，把前端面上的所有节点都定义成一个MPC，然后把作用力加在这个节点上。边界条件的选取为：把后端面刚性固定，即完全限制这些点的线位移和转动。-2-2003年MSC.Software中国用户论文集4材料参数计算中取材料特性如下32弹性模量：E=210×10Nmm泊松比：ν=0.3−63质量密度：ρ=7.8×10Kgmm长度单位：mm图1机舱段整体有限元模型5计算结果5.1内底开口1处图2和表1分别是内底开口1处的应力分布云纹图和应力值。图2开口1处的应力云纹图图3开口1处的节点标号表1开口1处的各节点应力值（

6、Mpa）节点标号MISES应力节点标号MISES应力14.285E-007141.106E-00723.609E-007151.472E-00733.230E-007162.614E-00747.412E-007174.153E-00751.562E-006189.721E-00761.981E-006191.469E-006-3-2003年MSC.Software中国用户论文集71.444E-006201.628E-00681.432E-006212.071E-00699.352E-007221.549E-

7、006104.072E-007237.529E-007112.292E-007243.585E-007121.427E-007253.389E-007131.172E-007263.833E-0075.2内底开口2处图4和表2分别是内底开口2处的应力分布云纹图和应力值。图4开口2处的应力云纹图图5开口2处的节点标号表2开口2处的应力值（Mpa）节点标号MISES应力节点标号MISES应力15.008E-007144.468E-00724.181E-007154.143E-00734.493E-007164.2

8、14E-00746.616E-007176.196E-00751.349E-006181.355E-00661.974E-006191.972E-00671.772E-006201.907E-00682.092E-006212.093E-00691.469E-006221.440E-006106.800E-007236.724E-007114.419E-007244.258E-007124.035E