MenuStrand7: 应用实例: 双体船
依据挪威船级社标准对80米长的高速双体船的分析
背景资料 |
| Strand7 Pty Ltd 公司工程咨询部依据挪威船级社轻型高速船标准（HSLC），用Strand7对一条长80米的双体渡船进行了整体结构强度分析。 |
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工作内容
分析评价HSLC规定的七种荷载工况下的船的结构行为。
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| 这里先生成船右舷的有限元模型，然后用镜象法形成整个船体的有限元模型。
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分析中没有考虑用橡胶弹性连接的上部结构，但包括了上层结构作用在弹性框架降落角上的反力荷载。 |
使用四节点薄壳单元模拟船的层板结构(包括外壳、甲板、舷墙、横向舱壁、骨架、前舱等)，使用梁元用来模拟冠板、加强肋、支撑柱等。 |
| 仔细地选择单元的大小、类型和数目以保证在分析中能充分反映弯曲、剪切和扭转的影响。按骨架和纵向加强肋间距进行网格加密。 |
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| 单元的边线与所有船体和舷板中的脊线、加强肋的位置重合。使用惯性修正技术可以把加肋区折算到与板元相连的梁元中去。 |
| 在设计网格的分布时，就考虑到要把加强肋两侧的刚度方便地折算集中起来。这种惯性集中技术把加强肋相邻区域考虑到模拟加强肋的梁单元中去。 |
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单元数据统计 |
| 节点数 | : | 10179 |
| 梁单元数 | : | 8625 |
| 板单元数 | : | 12781 |
| 方程数目 | : | 60990 |
分析HSLC规定荷载引起平面内的纵向弯曲。线性静力求解器要求有足够的边界自由度约束以限制结构的刚体运动。因此，必须在此平面内限制模型的刚体平移和旋转。但是，这种人为的约束(需要很多假定)会影响船的自然弯曲行为。
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一种用来约束刚体运动并允许船体有一些自由度的常用技术是使用弹簧单元。这些单元足以防止刚体运动并且同时允许近似地模拟弯曲平面中的弯曲自由度。注意，弹簧单元必须经过检查以确保它们不致承受过大荷载。 |
另一方面，瞬态动力求解器不需要限制刚体运动的自由度约束（只要求力的平衡）。因此，此求解器不必对模型施加人为约束来阻止刚体运动就可模拟船的自然变形行为。 |
使用瑞利阻尼并用Newmark-β法进行求解。用固有频率求解器求解第一、第二和第三阶频率，并把与最高频和最低频相应的阻尼比都设定为接近临界阻尼值（也就是阻尼比为0.999）。 |
下垂力矩 (Sagging Moment) |
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对于纵向的容许应力和舷墙上部的失稳强度来说,下垂力矩荷载工况可能是临界荷载工况。这种荷载将在舷墙顶部板中产生大的纵向压应力,而在底部龙骨产生大的纵向拉应力。 |
| 上拱力矩 (Hogging Split Force) |
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| 对于纵向的容许应力和外壳底部板的失稳强度来说,上拱力矩荷载工况可能是临界荷载工况。这种荷载可在底板龙骨产生大的纵向压应力而在舷墙顶板上产生很大的拉应力。 |
| 横向劈力 (Transverse Split Force) |
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| 横向劈力工况对于容许横向剪力以及龙骨、外缘和舱壁间的结构的失稳强度来说是临界荷载工况。这种荷载在主甲板中产生大的横向压应力并在湿甲板中产生很大的拉应力，在横向舱壁中也可以引起很大的剪应力。 |
| 倾斜连接力矩 (Pitch Connecting Moment) |
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| 倾斜连接力矩荷载工况对于各种平板、加强肋和梁的容许应力和失稳强度是临界荷载工况。 |
| 横向扭转变形 (Transverse Racking) |
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| 横向扭转变形荷载工况对于下部结构和横向隔壁的横向容许应力和失稳强度是临界荷载工况。 |
组合荷载工况 |
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组合荷载工况对于中部截面的容许纵向应力和失稳强度是临界荷载工况。 |
结果通过对各种壁板、加强肋和主梁系统的容许整体应力和失稳强度作出评价来得到整体强度分析结果。 |
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输出结果以对变形的合理性、应力大致分布及局部应力集中进行检查。下图绘出了一个控制点的竖向位移与时间的关系图以检查瞬态求解器是否已经得到一个稳定解。 |
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