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1 有限元方法 1

1.1 有限元方法概述 1

1.1.1 有限元方法的基本思想 1

1.1.2 有限元方法的历史 2

1.1.3 有限元方法的现状和发展趋势 2

1.2 有限元方法在船舶强度分析的发展和应用现状 3

1.3 有限元方法的分析过程与解法 4

1.3.1 有限元法的分析过程 4

1.3.2 有限元法解法 4

1.3.3 收敛性 5

1.3.4 有限元求解船舶结构问题 6

1.3.5 船体结构有限元建模分析 7

1.4 等参单元 10

1.4.1 平面四节点等参单元 11

1.4.2 坐标变换 12

1.4.3 单位刚度矩阵计算 12

1.4.4 平面8节点曲边四边形等参元 13

1.4.5 等参变换的条件 13

1.5 平面问题的有限元方法 14

1.5.1 平面问题用有限元法解题的基本步骤 14

1.5.2 三角形常应变单元 15

1.5.3 形函数的性质 17

1.5.4 刚度矩阵 18

1.5.5 等效节点力载荷列阵 18

1.6 薄板弯曲问题 19

1.6.1 薄板弯曲问题的基本方程 19

1.6.2 弹性薄板的几点简化 20

1.6.3 矩形薄板单元 20

1.7 有限元分析的优缺点 23

1.7.1 优点 23

1.7.2 缺点 24

2 船舶结构的有限元建模方法 25

2.1 概述 25

2.2 有限元网格划分的基本原则 25

2.2.1 网格数目 26

2.2.2 网格疏密 26

2.2.3 单元阶次 27

2.2.4 网格质量 27

2.2.5 网格分界面和分界点 28

2.2.6 位移协调性 28

2.2.7 网格布局 28

2.2.8 节点和单元编号 29

2.3 结构的模型化 29

2.3.1 船体结构模型的简化处理 29

2.3.2 加筋板格的模型化 31

2.3.3 桁架的模型化 33

2.3.4 载荷模型化 34

2.3.5 边界条件的处理 36

2.4 入级规范对船体结构建模的有关要求 38

2.4.1 《CCS散货船、油船直接计算指南》的有关规定 38

2.4.2 《IACS散货船结构共同规范直接强度分析》的有关规定 39

3 典型船体结构的有限元分析 42

3.1 船用起重机的支撑结构 42

3.1.1 概述 42

3.1.2 船用起重机支撑结构的有限元建模 42

3.1.3 工况与载荷施加 44

3.1.4 结果校核与分析 45

3.2 锚机基座及掣链器的支撑结构 46

3.2.1 概述 46

3.2.2 锚机基座及掣链器支撑结构的有限元建模 47

3.2.3 工况 48

3.2.4 结果校核与分析 51

3.3 系泊的支撑结构有限元建模与分析 54

3.3.1 概述 54

3.3.2 绞盘及基座示意图 54

3.3.3 有限元模型 55

3.3.4 载荷工况及应力标准 56

3.3.5 应力标准 56

3.3.6 应力校核与提交 57

3.4 船体横向强度有限元建模与分析 58

3.4.1 浮船坞横向强度计算的载荷说明 58

3.4.2 浮船坞横向强度计算的工况说明 60

3.4.3 浮船坞横向强度的强度说明和校核标准 60

3.4.4 浮船坞横向强度的强度计算方法说明 62

3.5 散货船“三舱段”模型建模与分析 63

3.5.1 舱段计算模型 63

3.5.2 有限元模型的建立 63

3.5.3 计算工况 65

3.5.4 结果校核和显示 68

3.6 全船有限元建模 69

3.6.1 全船有限元模型的应用 69

3.6.2 全船有限元计算模型 70

3.6.3 惯性释放技术 72

4 船体结构振动的有限元分析 74

4.1 概述 74

4.2 船体振动的基础知识 74

4.2.1 船体振动的分类 74

4.2.2 船体振动的形式 75

4.2.3 船体振动的频率 75

4.2.4 舷外水对船体振动的影响 78

4.2.5 船体总振动 79

4.2.6 船体局部振动 79

4.3 振动分析的模型质量调整 84

4.4 48000DWT教学实习船振动分析 85

4.4.1 船舶基本参数的计算说明 85

4.4.2 有限元计算分析 87

4.4.3 全船自由振动结果分析 89

4.4.4 结论 92

5 船体结构疲劳及噪声有限元分析 93

5.1 概述 93

5.2 结构疲劳及其有限元分析流程 94

5.2.1 常用的疲劳寿命估算方法简介 94

5.2.2 疲劳累计损伤理论及有限元疲劳分析流程 95

5.3 船舶噪声有限元分析 97

5.3.1 船舶噪声基础知识 97

5.3.2 船舶噪声的控制 98

5.3.3 船舶噪声有限元分析 98

5.4 噪声分析的实例——某油船噪声的有限元计算分析 100

5.4.1 概述 100

5.4.2 计算说明 101

5.4.3 船体主要振动噪声激励源 101

5.4.4 计算工况 102

5.4.5 有限元模型 103

5.4.6 附连水 105

5.4.7 船舶舱室噪声规范 105

5.4.8 全船全频域噪声计算模型 106

5.4.9 舱室振动噪声计算分析 109

5.4.10 舱室振动噪声传播路径分析 109

5.4.11 噪声预报结果分析 110

5.4.12 结果判断 112

6 通用有限元软件及其在船舶结构中的应用 113

6.1 有限元分析软件及发展趋势介绍 113

6.1.1 有限元分析软件简介 113

6.1.2 有限元分析软件发展趋势 115

6.1.3 MSC.PatranNastran软件的基础知识 116

6.2 Patran软件的基本操作 118

6.2.1 Patran的启动和文件的建立 118

6.2.2 Patran软件的界面 118

6.2.3 与MSC.Patran和MSC.Nastran相关的主要文件 123

6.3 建立结构分析模型 124

6.3.1 几何模型的建立 124

6.3.2 几何模型的编辑、修改和删除 131

6.3.3 有限元模型的建立 131

6.3.4 材料属性和物理属性设置 133

6.3.5 载荷和工况 135

6.3.6 进行分析 135

6.3.7 后处理 135

6.4 工程实例 137

6.4.1 说明 137

6.4.2 有限元建模分析 137

6.4.3 应力许用值标准 141

6.4.4 分析结果 141

6.4.5 结论 141

6.4.6 附录：有限元模型图及计算结果的云图显示 142

参考文献 149