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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