大型集装箱船整船有限元分析计算技术研究

《大型集装箱船整船有限元分析计算技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第10卷第1期船舶力学Vol.10No.12006年2月JournalofShipMechanicsFeb.2006文章编号:1007-7294(2006)01-0080-12大型集装箱船整船有限元分析计算技术研究陈庆强,朱胜昌(中国船舶科学研究中心,上海200011)摘要:本文在研究大型集装箱船整船分析的基础上,总结研究和发展了二种集装箱船整船有限元分析时调整节点力和惯性平衡的处理方法。对于正确地进行大型集装箱船整船结构强度直接计算具有指导作用和实用价值。同时本文提出了对集装箱船整船结构强度分析的分工况计算和应力合成技术,可应用于集装箱船的整船结构有限元计算分析。关键

2、词:船舶;结构;强度;有限元中图分类号:U661.43文献标识码:AResearchonnumericaltechniqueofwholelargecontainershipbyFEMCHENGQing-qiang,ZHUSheng-chang(ChinaShipScientificResearchCenter,Shanghai200011,China)Abstract:TwomethodsbyadjustingnodalforcesandinertiaequilibriumforFEManalysisaredeveloped,whichcanbeapplieddire

3、ctlytocorrectlyanalyzetheglobalstrengthofwholelargecontainership.Thetechniqueofsub-caseevaluationandstresscompositionareinvolvedandcanbeusedintheFEManalysisofwholelargecontainership.Keywords:ship;structure;strength;FEM1引言集装箱船目前正向着大型化和高速化发展。集装箱船装载货物的舱口开口很大,由于集装箱船大开口的存在使船体梁的抗扭刚度下降,在波浪扭矩和货物

4、扭矩的共同作用下会产生较大的翘曲应力。为了保证船体的强度,需要对集装箱船进行整船的有限元分析,计算集装箱船在弯扭耦合作用下的船体应力,以保证船体结构的安全性。传统的船体结构规范设计的总强度判断是采用船体梁剖面模数理论[1],即把船体看作一船体梁,假定距离横剖面中和轴相等的构件应力值是相同的,即甲板或底部构件沿船宽方向的应力是一样的。而实际情况是沿船体宽度方向的应力是变化的,在有开孔部位和特殊结构连接部位的应力变化更大。沿船体纵向构件的分布变化也对船体应力分布产生影响,采用梁理论的判别方法是难以考虑到的,此外船壳线型变化较大部位也会引起构件剪力的变化和分布的变化。在计算集

5、装箱船的船体总强度时,传统的方法是用梁理论剖面模数方法来判别船体梁横剖面在垂向弯矩或水平弯矩作用时的应力状态,用薄壁梁扭转理论来计算船体梁在扭转作用下的扭转应力和翘曲应力。现代大型集装箱船的结构收稿日期:2005-08-02作者简介:陈庆强(1967-),男,中国船舶科学研究中心高级工程师。第1期陈庆强等:大型集装箱船整船有限元分析计算⋯81设计有其特殊性,为了存放更多的集装箱,争取更大的存放空间,集装箱船有甲板的大开口和舱口围板结构,在布置上争取在船首尾堆放更多的集装箱。同时又设计又高又窄的上层建筑,尽量缩小机舱的长度等。结构设计的更新和变动给船体的结构设计带来了新的

6、挑战,也促使结构分析采用更先进和更合理的方法分析船体结构的强度问题。大型集装箱船受到垂向弯矩、水平弯矩和扭矩的作用,由于船体采用甲板大开口设计,抗扭刚度下降,船体扭转所产生的纵向翘曲应力也成为判别集装箱船船体强度的一个重要指标。目前采用整船有限元模型对集装箱船进行船体结构强度直接计算的技术已日趋成熟,也已被各船级社所指定和采用[2-4],但是进行集装箱船整船的有限元强度分析时,除了正确进行三维有限元模型的建模外,还要进行正确的总强度弯矩和剪力的加载、调整和惯性平衡,这样才能获得正确的计算结果。本研究在总结集装箱船整船分析经验的基础上,总结研究和发展了二种集装箱船整船有限

7、元分析的方法,提出了采用分载荷计算后合成计算工况的处理技术,对正确地进行大型集装箱船整船结构强度直接计算具有指导性的作用和实用价值。2整船分析的力矩阵确定的有限元方程在按有限元方法求解强度问题时,可以归结为求解下列方程,记为[K]{u}={P}(1)其中:[K]—结构刚度矩阵;{u}—结构节点位置向量矩阵;{P}—结构节点集中力向量矩阵。从方程(1)可知,在有限元模型的加载过程中,不论载荷有多种形式,例如结构自重载荷,外部水压力载荷,舱内压力载荷等,最终都要归结为节点集中力阵{P}。一个具有作用在节点i上的节点集中力123456p有六个分