船體強度
關注創建者：海上追風 創建時間：2023-02-23
船體強度的實例教程
【摘要】本文主要分析了船舶與海洋工程結構的極限強度，探討了在船舶與海洋工程中，結構強度方面需要關注的要點，希望通過論述，可以為船舶與海洋工程相關人員研究結構強度提供參考。
【關鍵詞】船舶；海洋工程；結構；強度
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
一、前言
目前，對船舶與海洋工程結構極限強度的研究還較少，小部分的研究也局限于研究一般性的結構強度，因此，分析船舶與海洋工程結構極限強度非常有必要，這是進一步了解其結構強度的必要工作。
二、船體結構極限強度概述
船舶與海洋工程結構物在其全壽命周期內可能遭受各種各樣的載荷和變形，包括常規載荷、極限載荷或意外載荷。所以，在結構設計中應充分考慮這一因素，要更合理地考慮其安全性。
傳統的船舶設計是采用許用應力設計法(ASD法)，即在線彈性理論基礎上，船體總縱強度是通過甲板(或船底處)的彈性應力與許用應力比較來進行評估，許用應力通常取為材料屈服強度的若干百分數。這種方法與名義垂向波浪彎矩一起使用時，對于常規船型具有一定的有效性。然而，并不能使人們獲得清晰的船體強度的概念，更不能真實反映出船體結構的實際破壞的全過程。因此，ASD應用于非常規船型設汁是不能令人滿意的。
總縱彎曲下的船體損壞實質上是一個漸進的過程。當船體梁斷面上某一個最弱的構件因屈服、屈曲或兩者的某種組合發生損壞而不能有效承擔載荷時，將使船體剛度減少，但由于其他構件仍可承載，包括失效構件轉嫁來的載荷，因此船體梁仍能承載。基于船體結構極限強度所確立的“限制狀態”設計方法，比線彈性設計方法增加了安全性和經濟性。極限強度的影響參數研究對于估算船體結構的可靠性是必要的。對于像船體這樣復雜的結構，在確定設計衡準和所期望的統計中，所需的大量經驗數據不可能輕易地獲得。
展開 船體設計之中最重要的圖樣之一便是基本結構圖和舯剖面圖，其中后者對校核橫剖面對船體強度的影響有至關重要的作用，并且確定了橫剖面形式，貨倉區域的結構形式等，是船體設計圖紙之中的精華部分，而這兩份圖紙都要在基本設計之中完成。
二、詳細設計
詳細設計需要按區域，按分段進行，以基本設計為藍本，工作量很大。 詳細設計要滿足： 1. 功能性需求：使空間、機械等安排合理，達到既定的功能需要 2. 安全性要求：船體的強度、穩性要得到保證 3. 經濟型需求：由于在一定市場條件下船價是一定的，降低成本則可以有效地提高利潤，船舶作為體積巨大的鋼結構物，設計上多一點的經濟型考慮就可以節省巨大的成本。 4. 工藝性需求：設計出來的船體結構要便于交付船廠進行加工建造。 其中，功能性需求和安全性需求是詳細設計成功的基本保障 在詳細設計之中的力學問題解決方式為：確定使用的力學模型→確定載荷→確定使用的材料。
三、生產設計
生產設計是對船舶生產建造過程進行設計規劃，設計生產過程，方法，工藝。生產設計對提高船舶建造質量及效率，縮短船舶建造周期有十分重大的影響。 生產設計可以用“輸入輸出”來進行描述。 生產設計的輸入： 1.工藝文件，如精度作業指導書，主板坡口，分段劃分，FSD典型分段裝配要領，胎架數據一覽表，吊裝合攏順序等。 2.相關專業的前移項目，如提前隨組立進行舾裝等。 生產設計的輸出： 1. 組立圖，如零件明晰表，算材明細，舾裝件明細。 2. 加工圖，用于鋼料加工的指導，按工位出圖或數控數據。包括龍門圖冊，板材手工圖冊，光電圖冊，型材圖冊，曲加工圖冊，T形材腹板轉手工圖冊，T形材面板轉手工圖冊等。 附：總體設計有關內容 總體設計需要考慮： 1. 主尺度。因為港口與航道對船舶的長、寬以及吃水有一定的要求。
展開 船體是船舶的基本部分，可分為主體部分和上層建筑部分。船體結構大都用鋼材，由板材和型材組合成板架結構。
（1）主體部分：一般指上甲板以下的部分，它是由船殼(船底及船側)和上甲板圍成的具有特定形狀的空心體，是保證船舶具有所需浮力，航海性能和船體強度的關鍵部分，一般用于布置動力裝置，裝載貨物、儲存燃油和淡水，以及布置其他各種艙室。為保障船體強度，提高船舶的抗沉性和布置各種艙室，通常設置若干強固的水密橫艙壁(或同時包括縱艙壁)和內底，在主體內形成一定數量的水密艙，并根據需要加設中間甲板（一層或數層）或平臺，將主體水平分隔成若干層。
（2）上層建筑位于上甲板以上，由左、右側壁，前、后端壁和各層甲板圍成，其內部主要用于布置各種用途的艙室，如工作艙室、生活艙室、貯藏艙室、儀器設備艙室等。上層建筑的大小、層樓和型式因船舶用途和尺度而異，一般都設首樓，而上層建筑的主要部分則位于機（爐）艙區域之上。運輸貨物船舶的上層建筑長度較短，而客船和科學考察船的上層建筑則是很講究的。
雜貨船結構特點
雜貨船通常采用混合骨架式船體結構。在貨艙區設有兩層以上的甲板，底部為雙層底結構。其中，上甲板和雙層底是縱骨 架式結構，下甲板和舷側是橫骨架式結構。
展開 內舷側縱壁對甲板大開口造成的總縱強度的削弱做了補償。此外，舷邊艙還能提高船體的抗沉性和用作壓載水艙。為了裝更多的集裝箱，集裝箱船通常設計成大的貨艙開口和狹長的甲板條船舶，這使得船體的水平彎曲、扭轉效應、橫向強度在其總縱強度中所占的比例明顯上升，艙口角隅處也會有明顯的應力集中。集裝箱船的艏部線型往往外飄很嚴重，并且舷側肋骨與外板夾角也很小。
具體選擇哪一種應力應考慮下面一些因素：
A）材料
鑄件基本上都是脆性材料，所以脆性材料不太符合遵循材料力學第四強度理論及屈服強度的Mises應力，所以應該最大主應力，而鍛件是韌性材料，應該遵循Mises應力。當材料在外力作用下產生塑性變形，以流動形式破壞時，應該采用第三強度理論，遵循最大剪應力。壓力容器就是用第三強度理論(安全第一)。
B）角點應力或中心應力
強度分析中，我們主要關心的是應力，勾選角點應力選項，得到的應力更加準確，特別是模型帶有孔時。比較特殊的是，船體強度校核時的單元中心點處的應力為校核應力，這是因為粗網格模型單元形心處的應力結果相對于節點結果而言，對于網格密度的不敏感性更好。因此評估板結構的強度時，選取單元形心處的應力作為工作應力是合理的。
一般情況下，當我們關心模型的應力時，都可以選擇輸出角點位置應力。其他情況，比如剛度分析、模態分析時，可以采用默認設置，只輸出中心應力。
C）單元類型
用線彈性計算理論和基于屈服強度的強度準則對承受壓力的板進行強度校核時，應采用板的上下表面應力進行校核，即根據受力情況選擇Z1或者Z2，因為板的局部彎曲使得板的上(或下)表面的應力較其中面應力有所增加。如果板只受拉壓，則可以只考慮板中面上的應力。
當采用實體單元建模時，模型的最大應力很可能在外表面，一般在外表面再建一層極薄的膜單元，這樣可以讓應力的計算更加準確。后處理時，可以查看模型上的最大應力。
四、OptoStruct應力分析設置與后處理步驟
輸出單元角點的應力是大多數商業軟件的默認設置。然后某些軟件如OptiStruct在默認情況下只計算和輸出單元中心點的應力，而不會計算輸出單元角點的應力。因此當關注結構強度時，更一般地，需要用戶去指定輸出單元角點的應力。
展開 
船體強度的最新內容
航海領域仿真計算全景解析4個月前
line-height: 24px; padding: 3px 12px;"><p class="ql-table-cell-inner" data-table-id="0dmcraa3g98" data-row-id="gnsdme83ico" data-col-id="798rx8edudp" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p> 典型應用主要算法特點船體總體強度
在 大 型 散 裝 貨 船 和 集 裝 箱 船中 ,390MPa 級的高強度鋼已占主導地位 , 海洋平臺等大型海洋結構中廣泛應用 TMCP 工藝船體鋼的強度級別已經達到 550MPa 級以上。海洋工程中自升式鉆井平臺的樁腿結構 , 如齒條板、半圓板和無縫支撐管等部位 , 均要求屈服強度 690MPa 以上的高強度低合金鋼。
橫向有環形的肋骨框架可增強船體的橫向強度和剛性。
安全性要求：船體的強度、穩性要得到保證 3. 經濟型需求：由于在一定市場條件下船價是一定的，降低成本則可以有效地提高利潤，船舶作為體積巨大的鋼結構物，設計上多一點的經濟型考慮就可以節省巨大的成本。 4. 工藝性需求：設計出來的船體結構要便于交付船廠進行加工建造。
船體的強度、剛度分析；動力學分析；噪聲分析；抗爆性分析；疲勞耐久性分析；流體阻力分析；動力與推進分析；穩性與耐波性分析；通信設備的電磁場分析；優化設計分析；多物理場耦合分析...等
船舶結構分析解決方案（視頻分享）
面對數字化如何與結構仿真結合？如何確保船舶結構的完整性？
波浪載荷是半潛平臺所遭遇的環境載荷的主要部分，對船體的總強度校核起決定性的作用。因此在極限海況下對半潛平臺的波浪載荷特性進行分析以及對其運動響應進行預報是平臺設計的基礎，也是平臺設計的關鍵。各大船級社規范對此也有要求。
ANSYS系列產品主要專注于工程結構的CAE仿真分析，通過仿真模擬來掌握海洋平臺等工程結構的安全性、可靠性。
（1）主體部分：一般指上甲板以下的部分，它是由船殼(船底及船側)和上甲板圍成的具有特定形狀的空心體，是保證船舶具有所需浮力，航海性能和船體強度的關鍵部分，一般用于布置動力裝置，裝載貨物、儲存燃油和淡水，以及布置其他各種艙室。
2.國內研究現狀
船舶用鋼主要是船體結構用鋼板，經過多年的發展，我國已經建立了比較完備的船舶與海工用鋼體系，并以相關規范及國家標準的形式頒布，主要包括CCS船級社規范和GB712《船舶及海洋工程用鋼》，鋼級涵蓋了早期大型船體采用的一般強度鋼和現在海工設備常采用的焊接結構用超高強度鋼，如表1所示[1,2]。
（1）主體部分：一般指上甲板以下的部分，它是由船殼(船底及船側)和上甲板圍成的具有特定形狀的空心體，是保證船舶具有所需浮力，航海性能和船體強度的關鍵部分，一般用于布置動力裝置，裝載貨物、儲存燃油和淡水，以及布置其他各種艙室。
2.國內研究現狀
船舶用鋼主要是船體結構用鋼板，經過多年的發展，我國已經建立了比較完備的船舶與海工用鋼體系，并以相關規范及國家標準的形式頒布，主要包括CCS船級社規范和GB712《船舶及海洋工程用鋼》，鋼級涵蓋了早期大型船體采用的一般強度鋼和現在海工設備常采用的焊接結構用超高強度鋼，如表1所示[1,2]。
