船舶與海洋工程結構極限強度分析研究
引言：分析船舶結構的極限強度是一個復雜而且非常有意義的過程。小編對船舶與海洋工程結構極限強度分析，歡迎大家閱讀!
摘要：當輪船受到外部沖擊載荷時，輪船整體結構就會變形，當這個變形達到最大極限狀態(tài)，這時的極限狀態(tài)叫做極限彎矩。輪船整體構架承受全部抗擊的最強能力是極限強度。本文對船舶結構極限強度。進行了分析和研究，提出了有限元分析方法進行強度和極限分析。
關鍵字：極限強度，船舶，結構，船舶與海洋工程
隨著科學技術的不斷進步，輪船結構以及輪船使用的材料都有很大的進步。船體的整體結構和材料成為當今社會研究的主要對象。隨著計算機技術的日益成熟，船體整體結構和承受的。屈服力都可以采用軟件仿真來快速精確的計算。
1引言
船體的整體結構和承受的能力是保證輪船安全的重要保障，它關系到輪船是否安全出航和安全返航。隨著先進的設計技術的進步，計算機相關設計軟件已經(jīng)可以。設計整體結構和仿真測試船體的整體結構。分析船體結構和整體強度是一個復雜的非線性過程，必須進行合理的劃分，采用好的分析方法才能得出精確的數(shù)值。新材料的不斷出現(xiàn)使船體材料耗費變的越來越經(jīng)濟合理，同時船體結構屈服強度也變的越來越理想。
在分析船舶整體結構變形和極限強度的時候，我們所研究的絕大多數(shù)問題都是屬于線性的微弱形變問題。在微弱整體的結構中，位移和應變可以被線性化，等效于正比關系。但是，在實際中，不規(guī)則物體所受的應力和應變都不是線性的，常見的有懸臂梁的彎曲，U形梁的變形等等。
2總體結構狀態(tài)
船舶的總體結構狀態(tài)時一個非常復雜的過程�？傮w結構的崩潰在過去幾年是一個非常普遍的現(xiàn)象，它是船體結構所受沖擊超過了材料本身的極限，這時候支撐梁不能夠支撐船體整體結構。以上情況不足為奇，在飛機和潛艇外體上也經(jīng)常出現(xiàn)類似情況。目前，中國的船體分析技術的研究還處于起步階段，與國外發(fā)達國家。先進水平仍有很大的差距。為了進一步研究分析，我國投入資金和人力，在實際工程中，建立一個比較完善的船體分析系統(tǒng)，包括原動機轉速控制系統(tǒng)，同步船體結構系統(tǒng)，輪船控制系統(tǒng)管理相關技術的研究，實驗研究了一系列模擬各種惡劣的條件下，容易控制船體結構的一些關鍵技術，并做了可行性分析。船舶具有非常重要的作用，特別是對船體分。析屈服強度的分析，輪船安全可謂海軍艦艇的生命線。動力和結構形成一個整體輪船系統(tǒng)，為船體結構極限強度分析的發(fā)展。指明了方向。
3極限強度分析法
如何分析船舶結構的極限強度是一個復雜而且非常有意義的過程。分析這種復雜的船體結構沒有一種比較準確的分析方法。在分析極限強度的時候，我們通常采用復雜問題簡單化，采用線性和非線性結合的方法，有限元和邊界元分析相結合的方法。
3.1逐步破壞分析法
上世紀末，美國物理學家的在基于對懸臂梁、加筋板在軸向壓縮載荷作用下結構失效問題的研究成果中提出了逐步破壞的分析方法。船體結構破壞不是一個迅速變化的過程，是一個一步一步的程序，同時也不會一下子超過屈服極限，隨著應力的增大逐漸的增大的逐漸破壞。在進行破壞分析的時候，首先建立屈服應力和位移的曲線關系。
3.2非線性分析法
分線性分析方法必須。對船體分析采用模塊化分析，必須充分考慮如何進行分段，分段之后逐個段進行非線性分析。在這個工程中，一個段的結構有自己的不同，針對不同結構進行線性化分析和非線性化分析。每個分段包含一個骨架間距內(nèi)的所有主要構件，選擇或者利用發(fā)生崩潰概率最大的情況進行分析的原則，對所承受的分段骨架進行全面的分析和仿真。這種分析方法需要對每一段進行模型建立，然后一個模型模型的分析。船體總體結構的彎曲和抗屈服能力不同導致分析結果不同。
3.3有限元分析法
有限元分析方法是結構分析的簡單方法，它能把復雜問題簡單化，分析整體結構的節(jié)點和網(wǎng)格。在進行有限元分析的時候，通常對船體結構進行網(wǎng)格劃分，然后進行網(wǎng)格施加約束，在均勻網(wǎng)格上施加可變的。激勵，觀察整體結構的響應。采用這種方法能模擬船體的邊界條件和整體約束。有限元分析方法綜合考慮。船體的形狀和材料的不同，通過不同載荷的約束，我們可以分析出結構極限(包括最大應力，最大屈服極限)。最近幾年，有限元分析方法被應用在船舶整體分析和部分結構分析的'案例非常多。這種分析方法有兩個個缺點。一是。不能很好的模擬真實環(huán)境，不能考慮周圍環(huán)境對整體結構形變的影響。第二對于結構復雜的構件，有限元分析方法對于復雜的結構不太實用，設置相關算法時間太長，不能在有效的時間完成任務。這種分析方法的優(yōu)點有以下幾個方面：
(1)對船體建模方式直觀明了。在分析結構的時候可以采用線性劃分和非線性劃分網(wǎng)格。采用相關軟件完全可以分析所有動態(tài)結構的模型和仿真。利用有限元分析模塊的可視化建模窗口，動態(tài)結構的框圖和模型可迅速地建立和仿真研究。用戶需要選擇元件庫(對應的子模塊程序模塊)中選出比較合適的模塊，然后并改變需要的形式，拖放到新建的建模窗口，鼠標點擊或者畫線連接都可以搭建非�？捎^的結構模型。他的標準庫擁有的模塊遠遠大于一百五十多種，可用于搭建和仿真各種不同的、種類變化的動態(tài)結構。模塊包。括輸入信號源子模塊、動力學元件子模塊、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)子模塊、數(shù)據(jù)顯示子模塊模塊等。模塊可以被設定為觸發(fā)端口和使能的端口，能用于模擬大模型結構中存在條件作用的子模型的行為。
(2)可以構建動態(tài)結構模型�？蓜咏Y構的模型可以修改并進行仿真。有限元分析還可以作為一種圖形化的、數(shù)字的仿真工具，用于對動態(tài)結構模型建立和操作改變規(guī)律的研究制定。
(3) 模塊元件與用戶代碼的增添和定制。已有模塊的圖標都可以被用戶修改，對話框的重新設定。用戶完全可以把自己編寫的C代碼、FORTRAN代碼、Ada代碼直接植入模型中，此外模塊庫和庫函數(shù)都。是可定制的，擴展以包容用戶自定義的結構環(huán)節(jié)模塊。。
(4)設計船舶結構模型的快速、準確。他擁有優(yōu)秀的積分和微分算法，這樣給非線性結構仿真帶來了極大的方便，同時也帶來了相對較高的計算精度�？梢赃x擇比較先進的常微分方程求解器和偏微分方程求解器，還可用于求解力學剛性的和非剛性的結構，還可以求解具有事件觸發(fā)的邏輯結構，求解或不連續(xù)狀態(tài)變量的結構和具有代數(shù)環(huán)和參數(shù)環(huán)的結構。軟件的求解器可以確保連續(xù)結構或離散結構的仿真高速、準確的進行。
(5)復雜結構可以分層次地表達。根據(jù)個人需要，若干子結構可以由各種模塊組織。按照自頂向下(從元器件到結構)或自底向上(從實現(xiàn)的每一個細節(jié)到整體結構)的方式搭建整個結構模型。這種分級建模能力能夠使得代碼豐富的、體積龐大的、結構非常復雜的模型可以簡便易于行動的構建。結構子模型的層次數(shù)量和子子模塊的分層次數(shù)量完全取決于所搭建的結構，軟件本身不會限制到搭建的模型。有限元還提供了模型和子。模塊結構瀏覽的功能。這樣更加方便了大型復雜結構結構的操作。
(6) 仿真分析的交互式。該軟件顯示的示波器可以圖形顯示和動畫的形式顯示出來，數(shù)據(jù)也可以動作的形式顯示，What-if分析運行中可調整參數(shù)模型進行，監(jiān)視仿真結果能夠在仿真運算進行時�？蓭椭脩舨煌乃惴ǹ梢钥焖僭u估，進行參數(shù)優(yōu)化這種交互式的特征。
由于有限元模塊是全部融合于有限元，一次在有限元模塊下所有的計算的結果都完全可保存到有限元軟的工作空間中，因而就能使用有限元所具有的眾多分析、可視化及工具箱工具操作數(shù)據(jù)。
4船舶在軍事上的發(fā)展狀況
在軍事上的應用：在上世紀90年代，以美國為首的國家海軍大力發(fā)展海軍輪船性能優(yōu)化，整體結構和性能得到優(yōu)化。于93年提出了水面艦艇先進機械項目計劃(提前海洋表面計劃ASMP)。
美國的目的是建立一個國家的最先進的艦艇推進系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)遠程作戰(zhàn)和抗高撞擊的能力。美國海軍采用先進的智能設備，同時采用電氣控制和機械控制系統(tǒng)。在同一時間滿足指定的性能，在分析極限強度上加大了投資，軍用船舶的其他方面投資也有顯著的減少。隨著ASMP計劃進一步研究，權力一體化“和”模塊化“的方法來研究船舶電力發(fā)電、運輸、轉化、分配。利用共享設置海軍的推進裝置用電、日常的用電。各種武器裝備輸電發(fā)電和配電系統(tǒng)構成的綜合電力系統(tǒng)，美國海軍相當重視電力在船艦上的應用。
我國海軍在研究這方面也不遜色，國內(nèi)有先進設計理論和分析方法。對船舶承載能力和撞擊能力做過實驗分析。
5總結
本文介紹了船舶結構極限分析的三種不同的方法，并進行了對比分析，最后得出結論：有限元分析方法耗時比較長，但是能夠很高的分析和仿真船舶結構極限。
參考文獻
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