ansys实例15000吨甲板驳船结构强度计算分析

1、15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 练习练习 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-2 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 该练习包括以下几个部分该练习包括以下几个部分: 底板；底板； 甲板；甲板； 舷侧；舷侧； 横舱壁；横舱壁； 横框架；横框架； 把这些模型合并成一个舱段

2、进行整体舱段模型计算。把这些模型合并成一个舱段进行整体舱段模型计算。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-3 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 船体参数船体参数 : 船体总长船体总长 121.920 m 设计水线长设计水线长 119.431 m 型宽型宽 30.480 m 型深型深 7.620 m

3、 设计吃水设计吃水 6.096 m 肋位间距肋位间距 2.489 m 材料弹性模量材料弹性模量 E205800 材料泊松比材料泊松比 材料屈服极限材料屈服极限 2 /mmN 3 . 0 2 /235mmN y Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-4 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 计算方案计算方

4、案 : 船体根据船舶结构力学和船体强度的理论和知识，对于甲板驳船的重船体根据船舶结构力学和船体强度的理论和知识，对于甲板驳船的重 大件运输中的结构强度问题，按性质可分为总纵强度和局部强度，对大件运输中的结构强度问题，按性质可分为总纵强度和局部强度，对 于总纵强度，可以在实际的重大件运输中通过压载来使得船体总纵弯于总纵强度，可以在实际的重大件运输中通过压载来使得船体总纵弯 曲应力尽量降低，而局部强度则一般较为确定，其取决于局部载荷的曲应力尽量降低，而局部强度则一般较为确定，其取决于局部载荷的 大小、分布形式和范围，以及结构的具体布置和尺寸。本船的总纵强大小、分布形式和范围，以及结构的具体布置和尺

5、寸。本船的总纵强 度根据船舶在各种工况下的重量分布及浮力分布采用相关船体总纵强度根据船舶在各种工况下的重量分布及浮力分布采用相关船体总纵强 度程序计算完成。船体局部强度则采用度程序计算完成。船体局部强度则采用1/2+1+1/2的三维舱段有限元的三维舱段有限元 模型计算分析船体的应力分布。模型计算分析船体的应力分布。 由于教学需要本练习先从舱段的各部分开始，而且板、加强筋的尺寸由于教学需要本练习先从舱段的各部分开始，而且板、加强筋的尺寸 并不全部按实际结构尺寸，只取其中一种统一计算。并不全部按实际结构尺寸，只取其中一种统一计算。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part

6、1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-5 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 工程背景工程背景: 根据实船资料，经计算取空船重量根据实船资料，经计算取空船重量3300吨，尾浮箱吨，尾浮箱2个计个计75吨吨2， 首浮箱首浮箱40吨，重量的分布位置按实际的布置确定。在装载沉箱时，沉吨，重量的分布位置按实际的布置确定。在装载沉箱时，沉 箱的重量为箱的重量为A型型3000吨

7、，吨，B型型3200吨，其装载位置根据图吨，其装载位置根据图“装载沉箱示装载沉箱示 意图意图”确定。确定。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-6 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 装载沉箱示意图装载沉箱示意图 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduct

8、ion to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-7 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 1/2+1+1/2的三维舱段有限元模型的三维舱段有限元模型 1 X Y Z Hull Model(Unit:kg,cm) APR 23 2003 10:33:16 ELEMENTS Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Pa

9、rt 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-8 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 1/2+1+1/2的三维舱段有限元模型的三维舱段有限元模型(内部结构内部结构) 1 X Y Z Hull Model(Unit:kg,cm) APR 23 2003 10:37:54 ELEMENTS Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Traini

10、ng Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-9 练习练习 15000吨甲板驳船结构强度计算分析吨甲板驳船结构强度计算分析 典型横剖面示意图典型横剖面示意图 典型横剖面示意图 150 12 695 11 LONG SP 508 4 支柱1 支柱2 支柱3 斜杆1 斜杆2 斜杆1 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船

11、结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-10 练习练习 底板底板 问题描述问题描述: 本例子将指导用户如何计算板架结构本例子将指导用户如何计算板架结构,包括如何取包括如何取Beam188单单 元的定位点，板和筋之间如何连接。元的定位点，板和筋之间如何连接。 边界条件：取板四边简支。边界条件：取板四边简支。 该船空载时吃水该船空载时吃水5.45m，因此底板上所受的均布压力，因此底板上所受的均布压力P 0.0545 但该底板没有考虑横舱壁已经横框架，因此加但该底板没有考虑横舱壁已经横框架，因此加5.45m的静水压的静水压 力时应力会非常大，完全超过许用状态。

12、在本练习还只加力时应力会非常大，完全超过许用状态。在本练习还只加P 0.000 545 的压力。的压力。 求解该板和筋的最大变形和相当应力。求解该板和筋的最大变形和相当应力。 2 /mmN 2 /mmN Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-11 练习练习 底板底板 板的尺寸如图板的尺寸如图: 跨距跨距 : L=1493.4cm 半宽半宽

13、:b=1524cm 肋距肋距:f=248.9 cm 纵纵向筋的间距为向筋的间距为50.8cm。 横向筋的间距为横向筋的间距为62.225cm，即每个肋距分为，即每个肋距分为4个单元。个单元。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-12 练习练习 底板底板 筋和板的尺寸筋和板的尺寸: 板的厚度：板的厚度：t19mm 筋为球扁钢其尺寸如右图设

14、置。筋为球扁钢其尺寸如右图设置。 注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿Z轴方轴方 向的偏移量为向的偏移量为W2+t/2=230+19/2=239.5mm 材料弹性模量材料弹性模量 E205800 材料泊松比材料泊松比 材料屈服极限材料屈服极限 2 /mmN 3 . 0 2 /235mmN y Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventor

15、y #001441 1-13 练习练习 底板底板 加载后的图形加载后的图形 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-14 练习练习 甲板甲板 问题描述问题描述: 甲板的尺寸、筋的形式与底板一样，只是甲板的尺寸、筋的形式与底板一样，只是Z轴坐标变成轴坐标变成 7620mm。 本例题要用户学会移动，加局部的均布载荷。本例题要用户学会移动，加局部

16、的均布载荷。 计算过程：把底板的模型（还未划分网格）沿计算过程：把底板的模型（还未划分网格）沿Z轴移动轴移动 7620mm，然后加局部载荷。，然后加局部载荷。 边界条件：取板四边固支。边界条件：取板四边固支。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-15 练习练习 甲板甲板 根据实际装载沉箱情况在甲板上加载根据实际装载沉箱情况在甲板上加载P

17、0.07627 的均的均 布压力布压力(由于没有考虑横框架，本练习只加由于没有考虑横框架，本练习只加0.0007627 ， 否则板的变形太大否则板的变形太大)，加载范围见下图：，加载范围见下图： 2 /mmN 2 /mmN Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-16 练习练习 甲板甲板 加载后的图形加载后的图形 Introduction

18、to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-17 练习练习 舷侧舷侧 问题描述问题描述: 由于自上而下的建立板模型只能在由于自上而下的建立板模型只能在XY平面内建，而舷侧平面与平面内建，而舷侧平面与 XZ平面平行。平面平行。 因此本例题学习如何自下而上的建立模型，同时学会如何加随深因此本例题学习如何自下而上的建立模型，同时学会如何加随深 度变化的水压力。如图所示：度变化

19、的水压力。如图所示： 建完舷侧模型后另存为建完舷侧模型后另存为LonPlate(用于复制成纵舱壁用于复制成纵舱壁)。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-18 练习练习 舷侧舷侧 将舷侧四边简支，加将舷侧四边简支，加5.45米深的三角形水压力米深的三角形水压力P0.0545 (在本练习中由于没有考虑横框架只加在本练习中由于没有考虑横框架

20、只加0.000545 的水的水 压力压力) 板的尺寸如图：板的尺寸如图： 2 /mmN 2 /mmN Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-19 练习练习 舷侧舷侧 筋和板的尺寸筋和板的尺寸: 板的厚度：板的厚度：t19mm 筋为球扁钢其尺寸如右图设置。筋为球扁钢其尺寸如右图设置。 注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿注：由于梁相对于板有偏

21、移量，因此沿Z轴方轴方 向的偏移量为向的偏移量为W2+t/2=230+19/2=239.5mm 材料弹性模量材料弹性模量 E205800 材料泊松比材料泊松比 材料屈服极限材料屈服极限 2 /mmN 3 . 0 2 /235mmN y Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-20 练习练习 舷侧舷侧 加载后的图形加载后的图形 Introdu

22、ction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-21 练习练习 纵舱壁纵舱壁 读入纵舷侧模型，把舷侧沿读入纵舷侧模型，把舷侧沿Y轴负方向复制成两个纵舱壁，距离分别为轴负方向复制成两个纵舱壁，距离分别为 9144mm和和15240mm即纵舱壁平行于即纵舱壁平行于XZ平面，在平面，在Y方向的坐标分别为方向的坐标分别为0和和 1524091446096mm Intro

23、duction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-22 练习练习 横舱壁横舱壁 问题描述问题描述: 本练习将指导用户如何处理用杆模拟翼板，以及复习加载随本练习将指导用户如何处理用杆模拟翼板，以及复习加载随 深度变化的水压力。深度变化的水压力。 横舱壁上有竖向的板，其高达横舱壁上有竖向的板，其高达1244.5mm。因此不能作为梁。因此不能作为梁 单元处理，模拟成

24、板和杆。单元处理，模拟成板和杆。 边界条件：取板四边简支。边界条件：取板四边简支。 载荷：横舱壁受到载荷：横舱壁受到7620mm随深度变化的水压力。随深度变化的水压力。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-23 练习练习 横舱壁横舱壁 筋和板的尺寸筋和板的尺寸: 板的厚度：板的厚度：t19mm 筋为球扁钢其尺寸如右图设置。筋为球扁钢其尺

25、寸如右图设置。 注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿Z轴方轴方 向的偏移量为向的偏移量为W2+t/2=230+19/2=239.5mm 材料弹性模量材料弹性模量 E205800 材料泊松比材料泊松比 材料屈服极限材料屈服极限 2 /mmN 3 . 0 2 /235mmN y Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441

26、 1-24 练习练习 横舱壁横舱壁 横舱壁上板的高度为横舱壁上板的高度为1244.5mm，翼板的面积，翼板的面积A135平方平方 毫米。其尺寸和建立的模型如图：毫米。其尺寸和建立的模型如图： Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-25 练习练习 横框架横框架 问题描述问题描述: 本练习将指导用户如何用二维的框架模型来模拟整船计算本练习将指

27、导用户如何用二维的框架模型来模拟整船计算,以及以及 如何用杆单元来模拟横框架中的斜杆。如何用杆单元来模拟横框架中的斜杆。 边界条件：船舯上的节点约束边界条件：船舯上的节点约束UY,ROTX,ROTZ，舷侧和甲板与，舷侧和甲板与 底板相交的节点约束底板相交的节点约束UY，纵舱壁与底板相交的节点约束，纵舱壁与底板相交的节点约束UY。 载荷：底板加载荷：底板加0.0545*2489 的均布线载荷，甲板在船舯到的均布线载荷，甲板在船舯到 15240-8*508加加0.07627*2489 的均布压力舷侧加的均布压力舷侧加5.45米米 深的水深度变化的水压力。模型的尺寸及载荷约束见下页。深的水深度变化的

28、水压力。模型的尺寸及载荷约束见下页。 mmN / mmN / Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-26 练习练习 横框架横框架 筋和板的尺寸筋和板的尺寸: 板的厚度：板的厚度：t19mm 筋为球扁钢其尺寸如右图设置。筋为球扁钢其尺寸如右图设置。 斜杆的面积为斜杆的面积为1362平方毫米，框架上翼板的平方毫米，框架上翼板的 面积为面积为1

29、800平方毫米。平方毫米。 注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿注：由于梁相对于板有偏移量，因此沿Z轴方轴方 向的偏移量为向的偏移量为W2+t/2=230+19/2=239.5mm 材料弹性模量材料弹性模量 E205800 材料泊松比材料泊松比 材料屈服极限材料屈服极限 2 /mmN 3 . 0 2 /235mmN y Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #

30、001441 1-27 练习练习 横框架横框架 模型的尺寸及载荷约束模型的尺寸及载荷约束 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-28 练习练习 组合成船体舱段组合成船体舱段 组合模型组合模型 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Train

31、ing Manual ansys实例实例 15000吨甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-29 练习练习 组合成船体舱段组合成船体舱段 边界条件：边界条件： 为了减小计算的规模，船体三维计算模型按对称性只计算一半为了减小计算的规模，船体三维计算模型按对称性只计算一半 ，故在绕纵中剖面内的两个坐标轴（，故在绕纵中剖面内的两个坐标轴（x，z）的角位移为零，同）的角位移为零，同 时纵中剖面内节点的横向位移（时纵中剖面内节点的横向位移（y向）为零。向）为零。 模型端面的对称边界条件为垂直于端面方向（模型端面的对称边界条件为垂直于端面方向（x向

32、）的线位移向）的线位移 为零，绕端面内两坐标轴（为零，绕端面内两坐标轴（y，z）的角位移为零。在）的角位移为零。在X0的的 横框架上所有的节点约束横框架上所有的节点约束UX,ROTY,ROTZ,在在X12*2489的横的横 框架上所有的节点约束框架上所有的节点约束ROTY,ROTZ 为了消除刚性位移，取在舱壁与舷侧交线顶点的垂向位移为零为了消除刚性位移，取在舱壁与舷侧交线顶点的垂向位移为零 。 Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1Introduction to ANSYS 6.1 - Part 1 Training Manual ansys实例实例 15000吨

33、甲板吨甲板 驳船结构强度驳船结构强度 计算分析计算分析 Inventory #001441 1-30 练习练习 组合成船体舱段组合成船体舱段 载荷：载荷： 该船空载时吃水该船空载时吃水5.45m，因此底板上所受的均布压力，因此底板上所受的均布压力P 0.0545 。 根据实际装载沉箱情况在甲板上加载根据实际装载沉箱情况在甲板上加载P0.07627 的均的均 布压力。布压力。 对由于重力和浮力之间的不平衡力对由于重力和浮力之间的不平衡力(甲板和底板加的载荷不平甲板和底板加的载荷不平 衡衡)的处理，采取在交线的其余节点上加上垂向力的处理，采取在交线的其余节点上加上垂向力F，以减小支，以减小支 点处的应力集中。垂向力点处的应力集中。垂向力F=(DFBF)/N。式中：。式中：BF为底板的为底板的 压力，压力，DF为甲板压力，为甲板压力，N为要