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船舶海洋中有限元分析方法的应用

发布于:2016-02-08 17:46
有限元分析

      在对船舶及海洋结构物进行应力分析时,存在着两类不确定性的因素:随机因素和建模过程。有限元分析作为一种强大、灵活的工程分析工具,分析者在有限元模型的确定、具体计算过程的操作及对计算结果的阐述等方面均含有大量的不确定性,分析者要做很多假定。
      一般说来,有限元分析过程主要包括以下几个方面的内容:有限元程序的选择、载荷及边界条件的确定、数学模型的建立、单元类型的选择以及网格的划分。由于实际结构系统比较复杂,在进行有限元分析时必须对实际结构模型作适当地简化。然而,在具体分析过程中,由于所作的假定和建模过程的差异,不同的组织或个人对同一结构作有限元分析时,所得的结果可能会相差很大。
      有限元分析结果的正确与否在当时往往并不明显,其不良后果可能在结构寿命期内才会显现出来,但到那时再着手改变设计或对结构作修改都比及早发现缺陷的损失更为巨大。因此,如何建立一套实用的方法来评估结构有限元分析的质量,已成为一个重要的研究方向。有限元应用的领域十分广泛,研究只局限于先容在船舶结构强度分析方面的质量控制研究现状。
      船舶与海洋结构物是一个复杂的水上工程建筑物。在江、湖、海里担负着运输、生产等各种任务。由于其结构及外部载荷的复杂性,准确的计算结构强度一直是一项困难的任务。计算技术和实验技术的发展为结构有限元及其精度分析提供了依据。
      有限元法在船舶结构领域的应用最早始于20世纪60年代。在20世纪60年代中期以前,人们完全依靠手工计算的方法,确定结构内部的应力。具体的做法是根据经典的固体力学理论,结合结构内部构件多为梁系、板材和加筋板的特点,发展出适合船舶和海洋结构物的船舶结构力学,建立了一系列专用的方法和公式。但是由于手工计算能力的限制,其计算结果带有明显的局限性和不精确性。
      从20世纪60年代中期起,随着计算机和有限元法的发展,计算技术进入迅速发展的阶段。有限元法在当时已经成为船舶与海洋结构强度设计中广为流行的一种数值方法。早在1969年国际船舶结构会议(ISSC)上,Roren就做了“有限元法对船舶结构设计的影响”的论述。1974年,巴斯诺夫(苏联)在文献中初步系统地讨论了有限元法在求解船舶结构领域的弹性理论的平面问题、平板的弯曲、稳定、振动问题以及动力学、流体力学和水弹性问题中的应用。
      在我国造船界,有限元技术的发展始于20世纪70年代,经过近20年时间的开发,一些中小型的专用程序被广泛用于船舶结构分析中,构成了国内船舶结构强度计算的实践基础。典型的如中国船舶科学研究中心开发研制的CSSRCSAP程序,文献中提到的基于塑性节点法 (PNM)而开发的非线性有限元程序等,为船舶直接计算提供了有限元分析手段。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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