CN116738797A - 船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质 - Google Patents

船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116738797A
CN116738797A CN202310790150.6A CN202310790150A CN116738797A CN 116738797 A CN116738797 A CN 116738797A CN 202310790150 A CN202310790150 A CN 202310790150A CN 116738797 A CN116738797 A CN 116738797A
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
boundary
bearing capacity
finite element
local structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310790150.6A
Other languages
English (en)
Inventor
詹志鹄
王旌生
罗秋明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute Of Specifications China Classification Society
Original Assignee
Shanghai Institute Of Specifications China Classification Society
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute Of Specifications China Classification Society filed Critical Shanghai Institute Of Specifications China Classification Society
Priority to CN202310790150.6A priority Critical patent/CN116738797A/zh
Publication of CN116738797A publication Critical patent/CN116738797A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/15Vehicle, aircraft or watercraft design
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质,本发明方法,通过预先构建总体模型和局部结构细化模型,关注区域采用统一的细化网格,非线性分析模型中没有了网格过渡时所需的非规则单元,避免了由于网格奇异导致的计算终止;非线性分析模型的边界来自总体模型的弹性分析结果,真实体现了关注区域构件与相邻结构的边界制约关系,确保与采用总体模型的计算结果一致;非线性分析的模型范围可以根据计算需要选取合适的规模,解决了非线性计算时间长的问题。

Description

船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明属于有限元分析技术领域,具体涉及一种船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质。
背景技术
有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元),就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。当前船舶海事界正在向绿色、安全转型,船体结构的轻量化设计需要充分研究船体结构承载力,以使结构安全水平达到最佳。现有计算船体结构的极限承载能力的方式一般有两种:1、基于整船或者舱段模型的非线性有限元计算方法;2、选取关注区域内的结构进行细化建模,在模型边界上施加载荷或者来自总体模型的强迫位移,在局部结构细化模型中进行非线性分析,从而获得结构的极限承载能力。
方法1的主要缺点为:1、基于整船或者舱段模型的非线性计算中单元数量庞大,导致非线性计算时间长;2、为了减小模型的单元数目,往往仅在关注区域采用细化网格,非关注区域采用较大的网格模型,细化区域与周围结构之间不可避免地存在网格过渡,过渡区域的非规则网格在非线性计算过程中由于网格畸变会导致矩阵求解失败而使计算提前中断,完成一次基于舱段或整船模型的非线性计算需要耗费很大的时间和精力对模型进行试算调整,有时甚至根本无法得到预期的计算结果。
方法2主要适用于船体梁极限强度分析,一般选取关注区域内几个强框架结构进行细化建模,在模型的前后端施加逐步施加转角,从而获得该段船体梁结构的极限弯矩,但是这种方法存在的最大缺点就是对于如邮轮等在弯曲变形时不满足平断面假定的船型不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质,以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明第一方面,提供了一种船体结构承载能力有限元分析方法,包括如下步骤:
获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型;
确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界;
对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果;
将所述边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力;
判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代。
进一步的,获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型的步骤中,所述局部结构细化模型采用统一的细化网格建模。
进一步的,对船体结构的总体模型进行线性有限元分析的步骤中,采用三舱段或者整船线性有限元分析方法对船体结构的总体模型进行线性有限元分析。
进一步的,判断船体结构是否达到极限承载能力的步骤中,判断标准为:
船体结构关注区域的弯矩是否达到峰值。
进一步的,将所述边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析的步骤中,
当船体结构的总体模型和局部结构细化模型的某一边界节点不匹配时,通过线性插值的方法,将相邻节点上的位移施加到局部结构细化模型上,或者采用约束方程的方法,将相邻节点的位移与总体模型中的位移建立关联。
进一步的,获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型的步骤中,局部结构细化模型在构建时计入有初始缺陷,并将初始缺陷作为初始扰动。
进一步的,局部结构细化模型在构建时计入有初始缺陷,包括:
在局部结构细化模型上施加静态和动载载荷,获得弹性状态下的应力分布状态,计算在所述应力分布状态下的屈曲特征值和特征向量,按照第一阶屈曲模态引入一个初始缺陷。
本发明第二方面,提供了一种船体结构承载能力有限元分析装置,包括:
获取模块,用于获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型;
确定模块,用于确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界;
第一分析模块,用于对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果;
第二分析模块,用于将所述边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力;
判断模块,用于判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代。
本发明第三方面,提供了一种电子设备,包括处理器和存储器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如上述的船体结构承载能力有限元分析方法。
本发明第四方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令,所述至少一个指令被处理器执行时实现如上述的船体结构承载能力有限元分析方法。
与现有技术相比较,本发明的有益效果如下:
本发明所提供的船体结构承载能力有限元分析方法,预先构建总体模型和局部结构细化模型,关注区域采用统一的细化网格,非线性分析模型中没有了网格过渡时所需的非规则单元,避免了由于网格奇异导致的计算终止;非线性分析模型的边界来自总体模型的弹性分析结果,真实体现了关注区域构件与相邻结构的边界制约关系,确保与采用总体模型的计算结果一致;非线性分析的模型范围可以根据计算需要选取合适的规模,解决了非线性计算时间长的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明一实施例中船体结构承载能力有限元分析方法的流程示意图;
图2为本发明又一实施例中船体结构承载能力有限元分析方法的流程图;
图3为本发明实施例中高强度钢H32的材料应力-应变曲线示意图;
图4为本发明实施例中局部结构细化模型网格示意图;
图5为本发明实施例中总体模型网格示意图;
图6为本发明实施例一种船体结构承载能力有限元分析装置的结构框图;
图7为本发明实施例一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明,旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明,本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
本发明实施例提供了一种船体结构承载能力有限元分析方法,针对现有非线性有限元方法在船体结构承载能力计算方面的缺陷和不足,本发明提出采用混合模型方法开展船体结构极限能力的非线性有限元分析。总体模型采用线弹性分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应;对关注区域的结构采用局部非线性子模型,将总体模型中线弹性分析得到的位移结果作为载荷施加在子模型的边界上,与子模型范围内的其它局部载荷一起作为非线性分析的外部载荷,求解子模型的非线性响应。在整个计算过程中,总体模型的变形和子模型边界上约束反力采用双向反复迭代的方法,使总体模型的变形与局部结构细化模型的支反力收敛,从而确保极限承载能力计算结果的准确性。
如图1和图2所示,一种船体结构承载能力有限元分析方法,包括步骤:
S1、获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型。
在一些可选实施方式中,总体模型可以为粗网格模型,不体现局部区域的细节结构特征;局部结构细化模型可以为相对于粗网格模型的精细化网格模型,体现局部细节结构特征。
在一些可选实施方式中,局部结构细化模型采用统一的细化网格建模。
在一些可选实施方式中,对关注区域的局部结构细化模型按照极限承载能力计算的要求进行细化,模型中断在强构件上,板、加强筋腹板和翼缘均为4节点壳单元(shell),网格尺寸均匀统一。
并且,关注区域采用双线性等效强化模型模拟材料的非线性特性,材料的杨氏模量、泊松比、名义屈服应力、屈服点应力以及应变硬化模量按照实际选取或者采用规范推荐值,典型的双线性材料如高强度钢H32,应力应变曲线如图3所示。图3是高强度钢H32的材料应力-应变曲线示意图。
在一些可选实施方式中,极限承载能力的非线性有限元计算中,局部结构细化模型在构建时计入初始缺陷,并将初始缺陷作为初始扰动。具体来说,在局部结构细化模型上施加静态和动载载荷,获得弹性状态下的应力分布状态,计算在应力分布状态下的屈曲特征值和特征向量,按照第一阶屈曲模态引入一个初始缺陷。
可以理解的是,本方案中引入初始缺陷的目的是为了表征结构制造装配的非理想性和其他因素,如残余应力等。同时,将初始缺陷作为初始扰动,可保证计算的收敛。
作为上述方案的一种具体示例,本方案中,初始缺陷的施加采用特征值(Eigenmode)的方法,在局部结构细化模型上施加静态+动载载荷,获得弹性状态下的应力状态分布,计算该应力状态分布下的屈曲特征值和特征向量,按照第一阶屈曲模态引入一个较小的初始缺陷。
S2、确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界。
在一些可选实施方式中,总体模型和局部结构细化模型在同一坐标系下建立。总体模型和局部结构细化模型间的剖分界面为两模型间的边界。
S3、对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果。
在一些可选实施方式中,采用按照规范给出的三舱段或者整船线性有限元分析方法,对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,计算总体模型的弹性响应,从而得到边界节点上的位移结果。
S4、将边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力。
具体来说,是将边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,同时将细化范围内的局部载荷施加到局部结构细化模型相应的位置上,从而对局部结构细化模型进行非线性响应分析。
在一些可选实施方式中,将边界位移及局部载荷传递施加在局部结构细化模型的边界上之后,需要对局部结构细化模型进行非线性求解,即非线性响应分析。在这个阶段中,将将总体模型中的位移结果作为外载荷施加在局部结构细化模型的边界节点上,局部结构细化模型范围内的局部载荷(压力、节点力和惯性力等)与总体模型一致,见图4和图5。
在一些可选实施方式中,当船体结构的总体模型和局部结构细化模型的某一边界节点不匹配时,通过线性插值的方法,将相邻节点上的位移施加到局部结构细化模型上;或者采用约束方程的方法,将相邻节点的位移与总体模型中的位移建立关联,将相邻节点上的位移施加到局部结构细化模型上。
S5、判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并返回步骤S2进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并返回步骤S2进行迭代。
在一些可选实施方式中,船体结构是否达到极限承载能力的判断标准为:船体结构关注区域的弯矩是否达到峰值。
可以理解的是,本方案中以弯矩作为标准来衡量船体结构是否达到极限承载能力,当船体结构关注区域的弯矩未达到峰值时,可以继续增大载荷进行迭代;当船体结构关注区域的弯矩达到峰值时,则船体结构达到极限承载能力。
通过上述方案,本发明实施例在保证计算准确性的前提下,可以有效减小非线性计算模型的规模,提高计算效率;并且,非线性计算采用统一的细化网格,非线性分析时不存在网格过渡所需的非规则单元,避免了由于网格奇异导致的计算终止;算法简洁,便于通过程序实现。
实施例2
如图6所示,基于与上述实施例的同一发明构思,本发明还提供了一种船体结构承载能力有限元分析装置,包括:
获取模块,用于获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型。
确定模块,用于确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界。
第一分析模块,用于对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果。
第二分析模块,用于将边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力。
判断模块,用于判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代。
实施例3
如图7所示,本发明还提供一种用于实现上述实施例船体结构承载能力有限元分析方法的电子设备100;电子设备100包括存储器101、至少一个处理器102、存储在存储器101中并可在至少一个处理器102上运行的计算机程序103及至少一条通讯总线104。存储器101可用于存储计算机程序103,处理器102通过运行或执行存储在存储器101内的计算机程序,以及调用存储在存储器101内的数据,实现实施例1一种船体结构承载能力有限元分析方法步骤。
存储器101可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等;存储数据区可存储根据电子设备100的使用所创建的数据(比如音频数据)等。此外,存储器101可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
至少一个处理器102可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器102可以是微处理器或者该处理器102也可以是任何常规的处理器等,处理器102是电子设备100的控制中心,利用各种接口和线路连接整个电子设备100的各个部分。
电子设备100中的存储器101存储多个指令以实现一种船体结构承载能力有限元分析方法,处理器102可执行多个指令从而实现:
获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型;
确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界;
对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果;
将边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力;
判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代。
实施例4
电子设备100集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,计算机程序包括计算机程序代码,计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括:能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器及只读存储器(ROM,Read-Only Memory)。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,包括如下步骤:
获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型;
确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界;
对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果;
将所述边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力;
判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代。
2.根据权利要求1所述的船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型的步骤中,所述局部结构细化模型采用统一的细化网格建模。
3.根据权利要求1所述的船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,对船体结构的总体模型进行线性有限元分析的步骤中,采用三舱段或者整船线性有限元分析方法对船体结构的总体模型进行线性有限元分析。
4.根据权利要求1所述的船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,判断船体结构是否达到极限承载能力的步骤中,判断标准为:
船体结构关注区域的弯矩是否达到峰值。
5.根据权利要求1所述的船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,将所述边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析的步骤中,
当船体结构的总体模型和局部结构细化模型的某一边界节点不匹配时,通过线性插值的方法,将相邻节点上的位移施加到局部结构细化模型上,或者采用约束方程的方法,将相邻节点的位移与总体模型中的位移建立关联。
6.根据权利要求1所述的船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型的步骤中,局部结构细化模型在构建时计入初始缺陷,并将初始缺陷作为初始扰动。
7.根据权利要求6所述的船体结构承载能力有限元分析方法,其特征在于,局部结构细化模型在构建时计入有初始缺陷,包括:
在局部结构细化模型上施加静态和动载载荷,获得弹性状态下的应力分布状态,计算在所述应力分布状态下的屈曲特征值和特征向量,按照第一阶屈曲模态引入一个初始缺陷。
8.一种船体结构承载能力有限元分析装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取预先构建的船体结构的总体模型,以及船体结构中关注区域的局部结构细化模型;
确定模块,用于确定船体结构的总体模型和局部结构细化模型之间的边界;
第一分析模块,用于对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,求解外载荷作用下的结构弹性响应,得到边界节点上的位移结果;
第二分析模块,用于将所述边界位移施加在局部结构细化模型的边界上,将总体模型的载荷映射到局部结构细化模型的对应位置上,对局部结构细化模型进行非线性响应分析,得到局部结构细化模型的边界支反力;
判断模块,用于判断局部结构细化模型的边界支反力是否满足收敛条件;局部结构细化模型的边界支反力满足收敛条件时,判断船体结构是否达到极限承载能力,若达到极限承载能力,输出此时的极限承载能力作为船体结构的极限能力,若未达到极限承载能力,增大载荷并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代;局部结构细化模型的边界支反力不满足收敛条件时,将边界支反力输入船体结构的总体模型并重新对船体结构的总体模型进行线性有限元分析,进行迭代。
9.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至7中任意一项所述的船体结构承载能力有限元分析方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令,所述至少一个指令被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的船体结构承载能力有限元分析方法。
CN202310790150.6A 2023-06-29 2023-06-29 船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质 Pending CN116738797A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310790150.6A CN116738797A (zh) 2023-06-29 2023-06-29 船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310790150.6A CN116738797A (zh) 2023-06-29 2023-06-29 船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116738797A true CN116738797A (zh) 2023-09-12

Family

ID=87904430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310790150.6A Pending CN116738797A (zh) 2023-06-29 2023-06-29 船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116738797A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117993082A (zh) * 2024-03-06 2024-05-07 中国航空规划设计研究总院有限公司 大跨度模块化结构初始缺陷等效及承载能力分析方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117993082A (zh) * 2024-03-06 2024-05-07 中国航空规划设计研究总院有限公司 大跨度模块化结构初始缺陷等效及承载能力分析方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111241738B (zh) 一种连续体位移与频率约束拓扑优化设计方法
Upadhyay et al. Numerical analysis perspective in structural shape optimization: A review post 2000
Amir et al. Approximate reanalysis in topology optimization
CN111859766B (zh) 可变计算域的拉格朗日积分点有限元数值仿真系统及方法
EP1509862A2 (en) Computerized deformation analyzer
CN116738797A (zh) 船体结构承载能力有限元分析方法、装置、设备及介质
CN110765549B (zh) 一种汽车铸件结构应力分析方法及系统
CN112329290A (zh) 可用于施工过程模拟的有限元离散元多尺度耦合计算方法
CN114970260B (zh) 一种用于模拟复合材料破坏的格构相场方法
US20180189433A1 (en) Analytical Consistent Sensitivities For Nonlinear Equilibriums, Where The Only Source Of Nonlinearities Is Small Sliding Contact Constraints
CN112214843B (zh) 一种用于风洞试验机翼模型有限元刚度修正方法及装置
CN106295028A (zh) 一种局部结构动力学建模方法及装置
CN110147571B (zh) 一种组件结构的拓扑优化方法及装置
CN111125963A (zh) 基于拉格朗日积分点有限元的数值仿真系统及方法
CN112818462A (zh) 车轮参数模型的生成方法、装置、存储介质和计算机设备
CN118133437B (zh) 船舶局部结构强度分析方法、装置、计算机设备、及介质
CN118378461B (zh) 一种基于力学数值仿真的支架结构校核仿真方法和设备
CN113505405A (zh) 等效荷载获取方法、基于等效荷载的拓扑优化方法及系统
CN116186829B (zh) 复合式衬砌计算模型构建方法、装置及终端设备
Ho-Nguyen-Tan et al. Numerical simulation of crack propagation in shell structures using interface shell elements
CN115859728A (zh) 基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法及系统
CN104866712A (zh) 一种新的投影浸入边界法的速度校正方法
CN115292953A (zh) 一种用于分析二维周期性非均质结构的力学仿真分析方法
CN107577845B (zh) 一种基于非概率可靠性的确定骨架结构最优拓扑形式的方法
Klochkov et al. Application of finite elements of various dimensions in strength calculations of thin-wall constructions of agro-industrial complex

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination