基于直接计算法的双体船强度有限元分析.pdf

第45卷第4明
船海工程
2016年8月
SHIP& OCEAN ENCINEERIN(
Aug.2016
1)()L:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.006
基于直接计算法的双体船强度有限元分析
王爱民,王旭,任慧龙,卢小龙
中国人民解放军92941部队,辽宁葫芦島125000:2.哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001)
摘要:使用 VAICS稈序得到波浪外载荷,进行纵向弯矩、纵摇转矩、横向弯矩为控制参数的载荷计算,
采用船舶结构強度冇限元直接计算方法进行整船屈服和屈曲強度分析,根据整船粗网格强度评估结果选取
若干个高应力水平区域的典型节点进行精细网格有限元分析,为双体船强度校核及结构设计提供依据。
关鍵词:双体船;有限元分析;直接计算;堀度校核
中图分类号:U661.43
文献标志码:A
文章编号:1671-7953(2016)04-0024-05
双体船因其、稳定,以及灵活等优点,成进行描述和模拟,并进行局部强度分析,以考虑局
为近儿年来的热点船型。近年来,世界各大船级部区域的应力水平和分布情況。全船有限元模型
社相继发展了适用丁高性能船舶的结构设计规单元尺寸为500mmx500mm,布置依据横、纵构
范,但采用规范对双体船进行校核时存在一定的件的位。对于局部细?格模型,?格尺度不大
局限性。因此,对于实际工程中的目标船还需应于50mmx50mm。腹板高度小丁200mm的型
用波浪载荷和结构強度直接计算理论计算日标船材用梁单元模拟,并考虑偏心:对于腹板高度大于
所受的波浪载荷,并对其进行屈服屈曲强度的校200mm的型材,用板单元加梁单元的形式模拟
核。本文采用以有限元分析为核心的直接计算全船模型单元共计27240个。日标船的功能比
法,直接求出双体船在各种工况下所有构件的变较单一,与具有较丰满上层建筑的常规双体船不
形和受力状态
同,其主甲板上没有任何上层建筑
船体有限元模型建立
2船体外載荷计算
本文结合CCS《海上高速船入级与建造规
波浪参数及剖面选取
范》《油船结构强度直接计算指南》的有关规定和
采用三维波浪载荷计算软件 NALCS将本船
结构特性,确立整船模型的建模原则,通过通用有表面进行水动力?格划分,选取多体质量模型来
限元软件MSC. Patran建立全船有限元模型,模拟其质量分布。计算航速取为0kn,波浪人射
图1
角取为0°~180°,问隔为30°,共计7个浪向。所
确定的各波浪参数见表
表1波浪参数
计算航速(1个)/kn0
图1全船有限元模型
计算航向(mn=7)/()0,30,60.90,120,150,180
模型网格的尺度按照一个肋位间距和纵向、各航向出現的慨0°与180为1/12,其余为1/6
垂向骨材间距刘分,对于主要构件上的开孔、结构
计算波浪圆频率
0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1
.6,1.8,2.()、2.2、.2.4,2.6
纠节、结构不连续处等区域,采用精纠有限元模型
主要关注双体船关鍵位置处的剖面载荷,考
收稿日期:2016-01-(01
虑到计算机的运行速度,将船体分成10个分段
修回日期:2(016-02-26
因此确定11个自船屁至船艏均匀分布的横向
基金项目:国家自然科学基金(515000298
计算剖面,每个剖面间隔·站,编号为1~11。1
第一作者简介:主爱民(1963-),男,本科,高级工程师号剖面位于船艉0站处;1个位于连接桥中纵剖
研究方向:水靶伓控制技术
面的纵向计算剖面,编号为12。根据上述各波浪
E-mail. wanoxuloto(@ yeah
载荷响应参数和计算削面,计算日标船在规则波
2016年
土爱民,等:基于直接计算法的双体船强度有限元分析
船汙工程
第4期
第45卷
作用下的响应,得到各规则波中的船体运动响应、进行长期预报。根据西北太平洋区块対中国渤海
剖面载荷响应及船体水动压力分布。
的划分,采用中国近海BI海浪散布图;并使用
2.2规则波计算结果
ISSC推荐的双参数P-M谱,选择短峰波进行计
规则波计算结果见表2
算,扩散函数为-cos,超越概率为2x10(即
表2规则波计算结果
考虑口标船的寿命为10年),浪向为组合浪向。
载荷A(")(ad-s"),率响反浏面
主控浪向角频率
最大频
编号类搜
应用上述环境参数,对各面的相关载荷进行长
期预报,计算结果见表3,各载荷分量长期值见图
纵向弯矩0
1.064146中横剖面
纵摇转120
747512中纵剖面
横向弯矩90
2.0
228812中纵剖面
表3载荷长期值
主控载衍
期/(kN
剖面编号
7.475×10
Beta-0.000
纵向弯矩
l7370
6.728×10
纵擗转矩
15890
12
Bcta=80.0)
Beta=120.000
向孪矩
3557
Beta=180.000
37()
.2.990X1(0
156.33
图2剖面纵向弯矩频率响应分布
1737
6.4141(0
Bela-000
剖面
5.733×10
a Beta-30 000
Bcta-60.000
图5纵向弯矩及纵摇转矩载荷长期值
4Beta-80.00
4.49(×102
v Beta=120000
3.848×10
80.000
2
率/(rad
图3#12剖面纵摇转矩频率响应分布
剖百编
图6横向弯矩载荷长期值
Beta=0.000
2.059×10F。Beta-30.000
2.4设计波参数的确定
1.830×10
◆Bcta-60.000
eta=80. 00
Beta=120.000
对各剖面载荷频率响应函数进行搜索,确定
。1.373×10
设计波的浪向、相位、率,通过对剖面载荷的长
19642
9.152×10
期预报确定设计波的波幅。山于设计波是简谐变
864×10
化的,不同瞬时各载荷分量的组合是不同的,因此
在设计波参数确定后,要进一步计算瞬时值。将
0.6
波浪载荷直接计算的长期值作为波浪载荷的设计
烦率/(rad?s-)
极值,计算瞬时则是取主要载荷参数达到最人值
图4#2剖面横向弯矩频率响应分布
的时刻,确定各工況下的浮体受力状态,进而得到
2.3波浪载荷长期预报
各计算⊥况设计波参数。具体计算工况定义及其
在规则波响应计算的基础上,对各剖面载荷设计波参数见表4