有限元法在船舶检验工作中的应用研究.doc

1、有限元法在船舶检验工作中的应用研究【摘要】本文围绕着有限元法，具体分析了有限元法的一些特点，并详细分析了其在船舶检验工作中的具体应用，提出了使用有限元法具体过程和需要注意的事项，以期能够让有限元法更好的应用于船舶检验中。 【关键词】有限元法；船舶检验；应用 中图分类号：F407.474 文献标识码：A 一、前言 有限元法具有诸多优势，能够和现代计算机技术充分融合，从而提高船舶检验的科学性和检验结果的准确性。因此，在船舶检验中利用有限元法是非常具有现实意义的。 二、船舶检验工作 随着我国水运经济的快速发展，极大地刺激了国内外航运业和造船市场的发展，同时也出现了一大批低质量船舶充斥其间，给海上人命

2、安全、水域环境和船货安全带来了极大的威胁。如何通过加强船舶检验管理工作，有效控制低质量船舶成为大家共同面对的问题。针对船舶检验工作特点，结合监管力量分布实际，要求施工单位、船舶等安全生产责任主体要树立“安全第一”意识，及时将安全工作的具体要求传达给现场施工人员，督促其按章操作，杜绝思想麻痹；要求作业船舶应按规定显示号灯、号型，及时总结检查发现的问题，要求施工单位认真落实整改措施。船舶检验是船舶检验机构对船舶及其设备的技术状况进行检验、审核、测试和鉴定的总称。船舶技术证书是证明船舶技术状况的文件。船舶只有通过相应的检验，才能取得必要的技术证书或保持技术证书继续有效。 三、有限元法的特点 据相关资

3、料表明，一个新的产品能够在设计的阶段解决超过 60%的问题。有限元方法是一种求解各种繁复工程问题的重要分析方法，同时也是开展科学研究的重要工具。运用有限元方法就能够在产品（包括结构以及工艺）设计的时候进行参数的分析与优化，以此来提高产品的质量。有限元的分析法目前已经成为了取代大量实物进行试验的数值化“虚拟试验” ，在该种方法的条件下，大部分的计算分析以及典型的验证性试验进行相互结合能够提高效率以及降低成本。在对有限元法的使用功能上，其具有以下的特点： 1、它是一种完全适用于 Windows 界面下工作的新程序，且应用更加的简单方便。 2、它不但能够进行线性分析，而且还能够进行各种各样的非线性分

4、析。 3、它属于一种综合性的多物理耦合分析软件，一般用户能够进行类似于热、结构、电磁、流体流动等的独立研究，此外还能够对这些分析进行相互影响研究。 4、它能够进行结构的静和动分析，用以求解由外载荷而引起的位移和应力。 5、还能够进行结构的稳定性分析，其主要有线性与非线性的屈曲分析。 四、有限元法在船检之中的应用 近几年来，船舶的大型化促进了有限元法和船舶设计的相互结合，这种结合也开始逐步的应用到具体的船舶检验工作之中。如此便要求船舶的检验人员必须要在掌握有限元基本方法步骤的前提下，完成审核检验有限元方法使用的正确性以及合理性。对于 32000DWT 散货船货舱区域结构强度的计算主要是采取美国宇

5、航局（NASA）所开发的 MSC.NASTRAN结构有限元分析的软件。将计算的屈服强度作为例子，应该要根据以下的步骤方法进行审核以及检验。 1、审核的选取和建立有限元模型 采取三维的有限元模型，如图 1。选择散货船货舱区的半个货舱+1个货舱+半个货舱，由于没有重货舱，因此能够选择船中货舱 No.3 舱当做评估的对象，舱段模型的纵向范围由肋位 Frame98 到肋位 Frame177，其中 Frame118 与 Frame157 是横舱壁所在的肋位，垂向范围是船体型深。由于舱段的结构以及计算载荷与中纵剖面对称，因此舱段模型应该要选取左舷，就是横向范围为 1/2 个船体型宽。 图 1 三维有限元模

6、型 2、审核模型材料参数的赋值状况 本船的材料选取的钢材主要是低碳钢、DH32 以及 AH32 等，材料的具体参数包括杨氏模量即：（E=2.06105N/mm2，Poisson 比 =0.3，质量密度 =7.85103kg/m3） 。 3、审核有限元模型网格的划分是否正确 船体结构的有限元网格沿着船壳横向按照纵骨的间距或者类似的间距进行划分，纵向按照肋骨的间距或者类似的间距进行划分，网格的形状最好尽量接近于正方形。需要注意的是，在高应力区以及高应力的变化区（例如：减轻孔、人孔，舱壁和凳相接处，附近的肘板或者结构的不连续处。 ）尽量避免采用三角形的单元。 4、审核边界条件设置的正确性 为了使计算

7、结果更能接近实际，必须分析有限元模型的受力状况，设定模型的边界条件（见表 1）： （一）元模型的后端的部分保持在一个平稳的状态，任何处在剖面的独立点与其他任意一个节点相关，对独立点加压弯矩； （二）元模型的前端的部分保持在一个平稳的状态，任何处在剖面的独立点与其他任意一个节点相关，对独立点加压弯矩。 5、审核计算工况 通过对散货船对计算选取的要求分析以及结合本船的所有具体情况，明确有六种计算选取的情况：一般压载工况、轻货工况、重货工况、附加工况一、附加工况二、附加工况三。 6、审查模型载荷的合理以及正确性。有限元模型载荷需要实际的承载检验之后才能得出实际的载荷量，通过对实际用于船舶的重量按规定

8、步骤要求放进模型中，查看是否具有合理性。一般的载荷来源于：水压力、端面弯矩以及货物重量压力等。 7、检查计算工况的结果。有限元模型的所有计算程序都是通过自动化的计算机模式进行，船舱需要直接计算的部分有：曲服强度、纵骨疲劳以及船舶的热力等强度值，通过应力结果进行综合数据分析，能够对模型的所有受力的具体情况有详细了解。对计算应力结果时出现的所有问题，包括强度许用值的具体位置以及应力值的结果都能够快速找到。对船舶舱口的材料的硬度和强度以及固定船舶前侧甲板的锚机材料的硬度和强度的计算结果是在美国的 ANSYS 软件计算下完成的，本文不做进一步解释。 图 2 应力结果云图 8、注意事项。使用任何软件计算

9、均要根据严格的规范要求进行作业，注意要求主要有几下几点： （一）有限元模型除了特殊情况外，均要使用符合“钢规”规定的尺寸的构件； （二）有限元模型的所有机构和数据以及实际问题的应对零件均要求更够利于计算工况，且按相关指南进行作业。对结构和载荷的功能均要能够得出正确且合理的应力值数据； （三）实际板材的尺寸和厚度严格按照设计图纸选取； （四）对于构件中的人孔等设备允许用同等效果的板元代替； （五）用同样质量和效用的 T 型材代替球扁钢； （六）所有边界条件的设置均在规范要求的指导下进行； （七）对于模型的载荷施加情况需要设计合理，合理进行计算； （八）三角形单元的使用需注意，舱壁、减轻孔、结构不

10、连接的地方等则不能使用。 五、船舶检验建议及发展方向 信息，作为一种资源，已经越来越受到人们的关注，及时掌握第一手的资料，对于提高监管水平和检查能力起着重要作用。船检部门经过长期的信息化建设，已经形成了相对完整的数据库，如果能够将机构的检验数据实现共享，那么监管水平都将实现一个质的飞跃。 二是要建立人才交流机制,增强业务人员水平。船舶检验部门经过多年的沉淀和积累，建立了一支经验丰富的检查队伍，但是随着近年来船舶数量的急剧增多，验船师和船舶安全检查官人数就显得有点“捉襟见肘” ，大量新人出现在这些岗位上。如何对新人加强培训，让它们尽快充实到检查队伍中来，单靠一个部门的力量是不够的，需要更过的专家

11、来来组织培训，在实践中进行帮带。 三是建立监督机制,提高监管能力。在目前船舶检验机构和人员良莠不齐的状况下，让每次检验或检查都做到完美无缺，这在实际上是很难保证，所以，加强监督是非常有必要的，而船舶安全检查和船舶检验之间正好是一种相互监督制约的关系。 六、结束语 综上所述，有限元法在船舶检验工作中能够发挥重要的作用，在今后的船舶检验过程中，要多加利用有限元法，不断挖掘有限元法的优势，提高其在船舶检验中的使用效果。 【参考文献】 1郭伟立，宁萍.法定船舶检验的种类及法律特征J.科学咨询（科技管理） ，2011，45（3）：57-59. 2王欣铭.论海事执法中的船舶检验管理J.天津航海，2010，29（15）：120. 3张红兵,朱永俊.基于 NASTRAN 的船舶振动特性及整体强度分析J.南通航运职业技术学院学报.2011(04).