4.2.1模型范围.26

4.2.2单元属性.26

4.2.3有限元模型...26

4.3约束及载荷的施加.28

4.4应力云图.30

4.4.1局部载荷工况.30

4.4.2总体载荷工况.34

4.5许用应力.38

4.6应力汇总.38

4.7小结.39

结论与展望.40

结论.40

展望.40

致谢...41

参考文献...42

第一章 绪论

1.1选题背景

在本论文中，我们详细德进行了对船舶结构的分析与优化方法的研究，并发现优化是基于有限元分析的。众所周知强度是船体结构抵抗整体故障的能力。当船舶受到外部载荷达到极限状态时，船舶能承受的弯矩是船舶所能承担的极限弯矩，船舶的极限强度就是以此极限弯矩来衡量的。船舶的整体故障绝大多数上是整体刚度和承载能力的丢失。另外，由于结构损坏造成的腐蚀和疲劳造成的船舶结构上的破坏也会降低船舶的承载能力。但如果能够准确测量出船舶的强度，就可以预测出船舶在哪种条件是最差的，在其基础伤上可以进行不同海况下船舶强度的研究。

我们可以计算船舶的极限强度来预测这艘船上的结构中最脆弱部分，并把船舶这一部分结构添加到自动报警系统中，或者适量的加强局部的构建，以便及时控制损坏程度并减少潜在的危机。随着结构分析和设计技术的飞速发展进步，船体结构设计越来越合理、材料使用越来越便宜。极限环境负荷下船体结构的极限强度问题越来越严重。对处于载荷作用下的船体结构的整体和局部所产生的力学行为和强度的研究已经成为国际船舶结构力学领域截至目前为止的一个十分热门的研究方向。近来，计算机技术的飞速发展令世人瞩目，现在我们已经可以通过一些计算机软件对船舶的结构构件和整体进行模拟屈曲及塑性破坏的非线性分析。由于计算机优化设计和高强度钢的运用使得船舶的外板板厚也因此变薄了，甚至可以减少一些不必要的船体部件，这就使得船身厚度也变得更加纤薄。要达到优化船舶的目的，我们不仅仅要优化结构，还要保证整体的安全，提高经济效益，这就使得船体整体强度和局部强度的计算之精准变得尤为重要。

1.2有限元分析原理及背景

在船舶结构设计中，以有限元为核心的CAE技术发展越来越快，各种仿真方法和仿真工具逐渐应用。CAE技术已成为船舶结构设计中不能够忽略的的最强工具之一，是能够完成各项大型工程计算以及优化问题的前提条件。为适应船舶工业的飞速发展，解决实际工程问题，必须在船舶结构设计中紧急实施CAE的应用和开发[1]。在船舶结构分析的方向里，经常使用的有限元分析软件有Patran，MSC.Nastran和ANSYS等。

其中，Patran因为它的实际操作性、健全的分析集成和良好的用户体验等大量杰出特点，被很多船舶设计研究所及船厂采用，且经受住了绝大部分船级社的认可。Patran是汇合了工程设计、工程分析、结果评估、客户化和交互图形等优点的卓越的CAE集成环境，是世界船舶领域所认可的第一梯队的有限元前、后处理器。

有限元法的两种解决办法是变分原理和加权余度法，它的中心思想在于将计算范围划分为有限数量的非重叠的单元。在每个单元中，选择一些合适的节点作为函数的插入数值的点，微分方程中的变量被重新转换成为由可变量或其导数的计算值和所选插入的数值所组成的函数融合而成的线性表达式。微分方程通过变分原理或加权余量法求解。使用不同的有限元方法来形成不同的权重函数和插值函数。解决方案是由在节点处连接的许多小单元（子域）组成。该模型给出了基本方程的分段（子域）。由于单位（子域）可以分为不同尺寸的形状和尺寸，因此可以很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料性质和复杂的边界条件。