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在油船設(shè)計(jì)中，按照CSR(共同結(jié)構(gòu)規(guī)范)要求，船長(zhǎng)150m及以上的船舶必須用有限元分析對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估。按規(guī)范要求，分析應(yīng)包括三艙段有限元強(qiáng)度分析(粗網(wǎng)格)、詳細(xì)應(yīng)力分析(細(xì)網(wǎng)格)、熱點(diǎn)應(yīng)力分析(精細(xì)網(wǎng)格)。建模使用通用軟件MSC patran/nastran，ABS safe ship TSA加邊界條件及載荷。現(xiàn)對(duì)某型70 000噸級(jí)油船進(jìn)行具體有限元分析。
規(guī)范要求中部艙段有限元模型的縱向范圍應(yīng)覆蓋船中三個(gè)貨艙長(zhǎng)度。當(dāng)中部貨油艙區(qū)域的艙室長(zhǎng)度不同時(shí)，有限元模型的中間貨艙的長(zhǎng)度應(yīng)取最長(zhǎng)貨油艙的長(zhǎng)度。模型兩端應(yīng)包括橫艙壁。當(dāng)貨艙設(shè)置槽形橫艙壁時(shí)，模型前后端應(yīng)包括槽形橫艙壁的完整壁凳結(jié)構(gòu)，前后端超出端部橫艙壁的模型長(zhǎng)度應(yīng)相等，模型端部的強(qiáng)框架應(yīng)一并建模，根據(jù)要求，本船的三艙段模型范圍為FR80~FR161，包含三、四、五貨艙段，水密橫艙壁為FR83，F(xiàn)R107，F(xiàn)R131，F(xiàn)R155。
對(duì)模型中的船體外板、內(nèi)底、雙層底肋板及析材、橫向主要構(gòu)件、甲板采用四節(jié)點(diǎn)板殼單元模擬，單元長(zhǎng)寬比不大于4: 1。在船體的高應(yīng)力區(qū)和高應(yīng)力變化區(qū)，應(yīng)該盡可能避免使用三角形的單元。對(duì)于承受水壓力和貨物壓力的各類板上的扶強(qiáng)材以及縱析、強(qiáng)橫梁等主要構(gòu)件上的而板和加強(qiáng)筋用二節(jié)點(diǎn)梁?jiǎn)卧M，T型材腹板采用桿單元模擬，有限元模型的網(wǎng)格盡量遵從骨材實(shí)際排列規(guī)律，本船中橫向按照縱骨劃分，縱向按肋板間距四等份劃分，典型橫剖而網(wǎng)格及三艙段粗網(wǎng)格模型。
三維有限元模型兩端用彈簧支撐反映其所受剪力，總體坐標(biāo)系y自由度上有剛度的彈簧單元應(yīng)沿甲板、內(nèi)底板和外底板節(jié)點(diǎn)上施加，總體坐標(biāo)系z(mì)自由度上有剛度的彈簧單元應(yīng)沿舷側(cè)板、內(nèi)殼板和油密縱艙壁的垂直部分處節(jié)點(diǎn)上施加。
模型建完后，即可導(dǎo)入ABS safesitip軟件的TSA模塊中進(jìn)行加載及邊界條件：1)模型檢查。在TSA中，使用工具Global-FEA工具欄model check進(jìn)行檢查，一般查看是否有重復(fù)節(jié)點(diǎn)、重復(fù)而單元或線單元、模型是否存在不合要求的單元、是否存在錯(cuò)誤定義，沒有問題后即可進(jìn)行下步操作。2)導(dǎo)入有限元模型。通過工具Translate FEmodel導(dǎo)人模型。3)輸入基本參數(shù)。工具prepare loadinginputs，輸入本船基本參數(shù)，為后續(xù)加載提供準(zhǔn)備條件。4)自動(dòng)加邊界條件，search tank bonndaries。5)自動(dòng)加載，生成load case Patran中也可以加載荷，但是由于CSR的頒布，使得工況更為復(fù)雜，手工形成工況非常繁瑣，而且也容易出錯(cuò)，現(xiàn)在各船級(jí)社都開發(fā)出相應(yīng)的軟件用于加載，本船就是使用ABS safesy軟件的TSA模塊加載。(6)分析。TSA軟件計(jì)算分析調(diào)用的是nastran，在file-prefence中可以設(shè)置關(guān)聯(lián)，分析完成后，可以得到0P2類型的結(jié)果文件，結(jié)果可以在TSA中直接看到。
三維有限元艙段分析結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位的應(yīng)力往往超過220 N。因此在這些部位設(shè)計(jì)時(shí)可采取以下措施：強(qiáng)橫梁和水平撐材端部肘板的趾端應(yīng)加厚，趾端處應(yīng)設(shè)置軟趾，強(qiáng)橫梁、水平撐材與縱艙壁垂直析材連接處應(yīng)以圓弧連接，向平直部分過渡應(yīng)以切線過渡，避免產(chǎn)生折角，在雙層底處，縱艙壁垂直析的背而應(yīng)設(shè)置支撐肘板。
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