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《船體結(jié)構(gòu)強度直接計算中慣性釋放的應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)第1卷第l期2006年2月中國艦船研究ChineseJournalofShjpReseaf_chVol'lNo．1Feb．2006船體結(jié)構(gòu)強度直接計算中慣性釋放的應用張少雄楊永謙(武漢理工大學交通學院，湖北武漢430063)摘要：介紹慣性釋放的功能和原理，并以某觀光潛艇和江海直達推船的全船結(jié)構(gòu)強度直接計算為例，說明慣性釋放功能的應用。關(guān)鍵詞：慣性釋放；船舶結(jié)構(gòu)強度；直接計算中圖分類號：u661．43文獻標識碼：A文章編號：1673—3185(2006)01一0058一04AppIicationofInertiaRelie
2、finDirectCalculationofStructuralStrengthforShipsZ^口，曙S^口D一石iD，}gyⅡngyb，皤一gi口凡Abstract：MakingexamplesofFEfiniteelementanalysisonshipstructuresofatouristsubmarineandariVer—to—seatug，thispaperdiscussedaboutthefhnctionandprincipleofineniarelief，aswellastheapplicationofit
3、indirectcalculationofshipstmcturalstrength．1【eywords：ineniarelief；shipstmcturalstrength；directcalculation航行的船舶結(jié)構(gòu)處于“全自由”狀態(tài)，但是對它進行有限元靜力分析計算時，不能處理為全自由結(jié)構(gòu)。一般情況下，有限元靜力分析時，假設結(jié)構(gòu)計算模型中沒有機構(gòu)，而且不允許有剛體運動(自由應變)模態(tài)。如果上述兩條中任意一個不成立，則用常規(guī)的有限元方法分析時，剛度矩陣奇異，導致求解失敗或者得到不正確的結(jié)果。在船舶結(jié)構(gòu)直接計算中，外載荷(包
4、括波浪壓力、砰擊載荷、貨物壓力、晃蕩載荷、波浪彎矩、剪力和扭矩等)的計算都依賴于經(jīng)驗公式，不管是采用全船的計算模型還是采用艙段的計算模型¨1，目前情況下很難得到一個完全平衡的外載荷力系；由于船舶結(jié)構(gòu)是一個復雜的空間結(jié)構(gòu)，直接計算時，有限元模型中節(jié)點數(shù)、單元數(shù)十分龐大，載荷計算的累計誤差使得尋求一個完全平衡的外載荷力系的工作更加困難。在這種情況下，施加合理、合適的邊界條件變得十分重要，因為約束點產(chǎn)生的很大的反力嚴重地影響(改變)了結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)。邊界條件對于計算的結(jié)果有重大的影響，而邊界條件的確定取決于對結(jié)構(gòu)受力和變形狀態(tài)的判
5、斷以及分析者的經(jīng)驗，其中人為的因素較多。也許可以認為根據(jù)st．Venant·原理，由于約束點距離我們最關(guān)心的部位較遠，對應力分布的計算結(jié)果的影響有限，但是這樣得到的結(jié)果畢竟是不甚合理的。船體結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)十分復雜。一般而言，如果結(jié)構(gòu)是以彎曲為主，在兩端中和軸附近的節(jié)點施加類似簡支的約束比較合理；而如果結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)變形為主(如斜浪狀態(tài)下的集裝箱船和大開口船舶)，則應該在端面的剪心附近進行約束。眾所周知，中和軸和剪切中心的位置并不重合，對于大開口船舶兩者相去甚遠，所以對于既彎又扭的情況，是無法進行合理約束的。1慣性釋放慣性釋放(Ine
6、rtiaRelief)是Msc．NAsTRAN或ANSYS中的一個高級應用，允許對完全無約束的結(jié)構(gòu)進行靜力分析。它對于船舶結(jié)構(gòu)強度的有限元直接計算具有很強的實際意義。如果結(jié)構(gòu)上作用有一個自平衡力系或者作用(如溫度載荷或電磁載荷等)，即使完全不受約束的全自由結(jié)構(gòu)，也會產(chǎn)生應力；但此時在結(jié)構(gòu)上任意一點進行約束，得到的反力應該等于O。對于船舶、飛機以及宇宙飛船等復雜結(jié)構(gòu)，由于受設計載荷計算方法的限制，還有數(shù)值計算的累計誤差等原因，要得到一個絕對自平衡的力系是極其困難的。但可以通過靜、動力平衡的方法構(gòu)造一個自平衡的力系。設{，}為所有節(jié)
7、點(正，收稿日期：2005—10一1l作者簡介：張少雄(1965一)，男，博士，副教授；研究方向：船舶結(jié)構(gòu)、計算力學萬方數(shù)據(jù)第l期張少雄等：船體結(jié)構(gòu)強度直接計算中慣性釋放的應用59工正，m，，m，，％)分量組成的節(jié)點外載荷向量；{艿}為所有節(jié)點加速度分量(五，；，面，舀；，拶，，舀：)組成的節(jié)點加速度向量，用有限元方法構(gòu)造的靜動力平衡方程為：{F}+[肘]{艿}=O式中[肘]=J烈Ⅳr[Jv]d力為質(zhì)量矩陣。J“求解上式可得到各節(jié)點上為了維持平衡所需的節(jié)點加速度，進而得到各節(jié)點的慣性力，把節(jié)點的慣性力作為外力再加到有限元單元的節(jié)
8、點上，則可以構(gòu)造一個自平衡力系，計算中不必太強調(diào)邊界條件的施加。這種方法叫做“慣性釋放”。慣性釋放，簡單地說就是用結(jié)構(gòu)的慣性(質(zhì)量)力來平衡外力，也就是說，盡管結(jié)構(gòu)沒有約束，分析時仍假設其處于一種“靜態(tài)”的平衡狀態(tài)。采用慣性釋放功能進行靜力分析時，只需要對一個節(jié)
