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油船船体的有限元分析

发布于:2016-10-21 21:52
有限元分析

      在油船设计中,按照CSR(共同结构规范)要求,船长150m及以上的船舶必须用有限元分析对船体结构进行强度评估。按规范要求,分析应包括三舱段有限元强度分析(粗网格)、详细应力分析(细网格)、热点应力分析(精细网格)。建模使用通用AppMSC patran/nastran,ABS safe ship TSA加边界条件及载荷。现对某型70 000吨级油船进行具体有限元分析。
      规范要求中部舱段有限元模型的纵向范围应覆盖船中三个货舱长度。当中部货油舱区域的舱室长度不同时,有限元模型的中间货舱的长度应取最长货油舱的长度。模型两端应包括横舱壁。当货舱设置槽形横舱壁时,模型前后端应包括槽形横舱壁的完整壁凳结构,前后端超出端部横舱壁的模型长度应相等,模型端部的强框架应一并建模,根据要求,本船的三舱段模型范围为FR80~FR161,包含三、四、五货舱段,水密横舱壁为FR83,FR107,FR131,FR155。        
      对模型中的船体外板、内底、双层底肋板及析材、横向主要构件、甲板采用四节点板壳单元模拟,单元长宽比不大于4: 1。在船体的高应力区和高应力变化区,应该尽可能避免使用三角形的单元。对于承受水压力和货物压力的各类板上的扶强材以及纵析、强横梁等主要构件上的而板和加强筋用二节点梁单元模拟,T型材腹板采用杆单元模拟,有限元模型的网格尽量遵从骨材实际排列规律,本船中横向按照纵骨划分,纵向按肋板间距四等份划分,典型横剖而网格及三舱段粗网格模型。
      三维有限元模型两端用弹簧支撑反映其所受剪力,总体坐标系y自由度上有刚度的弹簧单元应沿甲板、内底板和外底板节点上施加,总体坐标系z自由度上有刚度的弹簧单元应沿舷侧板、内壳板和油密纵舱壁的垂直部分处节点上施加。
      模型建完后,即可导入ABS safesitipApp的TSA模块中进行加载及边界条件:1)模型检查。在TSA中,使用工具Global-FEA工具栏model check进行检查,一般查看是否有重复节点、重复而单元或线单元、模型是否存在不合要求的单元、是否存在错误定义,没有问题后即可进行下步操作。2)导入有限元模型。通过工具Translate FEmodel导人模型。3)输入基本参数。工具prepare loadinginputs,输入本船基本参数,为后续加载提供准备条件。4)自动加边界条件,search tank bonndaries。5)自动加载,生成load case Patran中也可以加载荷,但是由于CSR的颁布,使得工况更为复杂,手工形成工况非常繁琐,而且也容易出错,现在各船级社都开发出相应的App用于加载,本船就是使用ABS safesyApp的TSA模块加载。(6)分析。TSAApp计算分析调用的是nastran,在file-prefence中可以设置关联,分析完成后,可以得到0P2类型的结果文件,结果可以在TSA中直接看到。
      三维有限元舱段分析结果表明,应力集中部位的应力往往超过220 N。因此在这些部位设计时可采取以下措施:强横梁和水平撑材端部肘板的趾端应加厚,趾端处应设置软趾,强横梁、水平撑材与纵舱壁垂直析材连接处应以圆弧连接,向平直部分过渡应以切线过渡,避免产生折角,在双层底处,纵舱壁垂直析的背而应设置支撑肘板。


                                                                                  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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