哈船---MSC.Patran 船舶结构建模中的一些实用技巧
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MSC.Patran与LR.ShipRight有限元建模技术的分析与比较作者:江南造船集团朱彦摘要:本文基于散货船CSR 探讨使用MSC.Patran 与LR.ShipRight 两款软件在进行有限元分析中的建模技术,并比较两款软件的特点以及相互联系。
关键字:Patran、ShipRight、散货船、CSR、有限元建模1. 前言在船舶详细设计阶段,对船体结构进行应力集中以及疲劳强度评估的一个有效的手段就是采用有限元分析。
有限元分析的一般方法为选择有限元分析软件、确定单元形式、建立几何模型、网格划分、确定边界条件、判断载荷工况等,具体又可归纳为四个步骤:1) 建立有限元模型;2) 确定载荷及边界条件;3) 进行详细应力应变评估(例如细化网格以评估高应力区域);4) 对关键部位的结构进行疲劳强度评估。
在以上步骤中能否建立合理有效的有限元模型是前提条件,模型质量的好坏,特别是网格的类型与划分方法,直接影响后续的分析结果。
目前常用的有限元分析软件主要有MSC.Patran\Nastran、LR.ShipRight、基于Patran 的CCS.TOOLS、DNV.Sesam 等,本文以散货船CSR 有限元建模为例,探讨Patran 与ShipRight 两种软件的建模技术和异同点。
2. Patran 与ShipRight 的简介MSC.Patran 作为一个优秀的前后置处理器,具有高度的集成能力和良好的适用性,模型处理智能化、自动有限元建模、分析的集成、用户自主开发新功能、分析结果的可视化处理等等是其典型的特征,它提供了功能全面、方便灵活的可满足各种精度要求的复杂有限元的建模功能,其综合全面先进的网格划分技术,为用户根据不同的几何模型提供了多种不同的生成和定义的有限元模型工具。
ShipRight 是LR 自主开发的一款基于CSR 的有限元分析应用软件,具有很强的针对性,其优势在于建立好模型后,进行加载计算分析较Patran 更为便利。
PATRAN的一些精华小技巧1、在Patran里如何Move 一组Points 的位置, 而不改变这组Points 的ID 编号? Group/Transform/Translate的功能,这样不但编号不会变, 连property跟边界条件都会保留2、Patran如何执行多次Undo?所有Patran的操作步骤, 都记录在最新的一个patran.ses.xx中,如果需要多次undo, 可以刪除最后不需要的步骤指令行,再利用File -> Session -> Play 的方式, 执行改过的patran.ses.xx ,这样可以无限制的undo。
3、Patran中如何定义杆件之间的铰接?用的是rod元素,不需要定义铰接,因为rod元间本身就是以铰接形式连接。
如果用bar或是beam,需在properties里的Pinned DOFs @ Node 1/2定义铰接。
4、Patran 如何把不小心Equivalence的node分开用Utility/FEM-Elements/Separate Elements在equivalence时, 可以將选项切换为"List",只选择特定某些节点作equivalence, 可以避免不小心的失誤。
5、Patran如何將Tri3单元转换为Tri6单元在Patran -> Element -> Modify/Element/Edit , 將Type选项打勾,在Shape中选Tri, New Shape 选Tri6, 最后选取想要改变的Tri3单元,6、Patran 如何定义材料库Patran除了可以直接读取MSC.Mvision的材料材料库外,还可利用执行Session File的方式,直接使用以前已经定义过的材料。
编辑patran.ses.xx,将定义材料的PCL指令剪下,粘贴到另外一个文件中(如mat.ses)。
之后便可直接由Patran的File/ Session/ Play来加入此一材料的定义。
Patran船舶结构有限元建模的实用技巧-机械制造论文Patran船舶结构有限元建模的实用技巧撰文/ 中船重工(武汉)船舶与海洋工程装备设计有限公司何勇目前,市面上主流的通用结构有限元分析前处理器种类众多,包括Patran、Ansys、Abaqus、HyperMesh 和Femap 等。
这五款软件在国内船舶行业均有应用,其中Patran 的用户数量很多。
本文结合笔者多年运用Patran 进行船舶结构有限元建模积累的经验,为广大同行介绍一些建模方面的技巧,以期对读者有一些帮助。
一、网格划分与编辑技巧1. 根据现有的节点撒种子对于具有曲线边界的面,例如首尾区域垂向加强的横舱壁,横舱壁与外板交线上的网格种子并不是等间距的,此时可先在横舱壁与甲板的交线上生成等间距的节点,然后将这些节点投射到横舱壁与外板的交线上,最后用Create\Mesh Seed\Tabular 方法(Coordinate Type 选Node and Point)根据投射得到的节点生成网格种子,这样得到的网格种子可以保证横向对齐。
2. 径向扫略由低阶单元变换得到高阶单元时,Sweep\Element\Extrude 是一种经常使用的方法,此方法为线性扫略。
但径向扫略的作用也不容忽视,图1 所示的立柱环筋的创建就是一个典型的例子。
径向扫略通过Sweep\Element\Radial Cyl. 方法实现。
扫略时,Axis 填写扫略平面的法向,Radial Distance填写扫略距离,为正时背离原点扫略,为负时指向原点扫略。
3. 跨越边界的单元的修改通过扫略创建甲板边板壳单元时,在非平行中体区域,会出现最外侧的一行单元跨越甲板边线的情况,此时需移动节点将其拉回到甲板边线上。
有些用户习惯使用Modify\Node\Move 方法实现这个目标,但这种方法要求输入节点要移动到的新位置,而这个位置的坐标通常是未知的,因此需先通过求交点的方法找到这个位置。
文章编号 167127953(2005)02204217收稿日期 2004212208作者简介 何祖平(1975-),男,硕士,助理工程师基于MSC.Patran 二次开发的结构参数化建模及其集成开发环境何祖平 王德禹上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 上海 200030摘 要 应用PC L 语言结合会话文件对MSC.Patran 平台进行二次开发,通过梁结构建模与分析的参数化,提高了工作效率,同时也促进了建模和计算精度的改善;通过在M icros oft Visual C ++ 6.0的编辑器中加载外部工具的方法,将PC L 开发环境与VC 编辑器集成,充分利用VC 编辑器的强大功能,使PC L 程序的开发更为方便快捷。
关键词 船舶结构 参数化建模 MSC.Patran PC L 语言 会话文件 二次开发 集成开发环境中图分类号 U661.42 文献标识码 AParameterized m odeling based on MSC.Patran andits integrated development environmentHE Zu 2ping WANG De 2yuSchool of Naval Architecture ,Ocean and Civil Eng. Shanghai Jiaotong University Shanghai 200030Abstract The PC L language combined with the session file of MSC.Patran is applied for the parameterized m odeling and analysis for structures ,which can im prove the efficiency with the m odeling and analysis precision enhanced.The tech 2nique can be further popularized for analysis of ship and other structures.This paper als o introduces a method to integrate PC L development environment into VC editor by loading the exterior tools.The power ful ability of VC editor is able to make the PC L development m ore convenient and efficientK ey w ords ship structure parameterized m odeling MSC.Patran PC L language session file second 2time de 2velopment integrated development environment 随着造船技术与航运市场的发展,船舶建造向大型化和经济化方向发展,越来越多的船舶超越了现行有关规范的规定,需要利用有限元直接计算的手段来评估船舶的安全性。
船舶结构强度有限元计算分析中的技巧
1.确定准确的边界条件:在进行有限元分析之前,必须确定准确的边
界条件,包括施加在结构上的载荷和约束条件。
载荷可以来自于船体自重、海浪、风力等,而约束条件则取决于结构在实际使用中的支撑方式和边界。
2.适当的网格划分:将船体结构划分为有限元网格时,需要平衡网格
密度和计算的效率。
网格应该足够细化以准确地刻画结构的几何形状和应
力分布,但过度细化会导致计算时间过长。
3.材料力学性质的准确建模:船舶结构通常由多种材料构成,每种材
料都有不同的力学性质。
在有限元分析中,必须准确地建模材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等参数,以获得准确的应力和变形结果。
4.船舶结构的非线性分析:船舶结构在承受大量载荷时可能会发生非
线性行为,例如材料的塑性变形、变形引起的刚度变化等。
在分析中,可
以使用非线性有限元分析技术来模拟这些行为,例如使用非线性材料模型
或考虑接触和接缝等。
5.动态分析考虑:船舶结构通常在动态环境中运行,例如在海浪、船
舶振动等影响下。
因此,在分析中需要考虑结构的动态响应。
可以采用模
态分析、动态响应分析等方法来评估结构在不同动态情况下的强度。
6.结果验证和后处理:在完成有限元分析后,应对结果进行验证。
这
可以包括与实验数据的比较、与规范要求的比较等。
同时,还需要进行合
理的后处理,以便更好地理解结果,例如绘制应力云图、应力集中区域以
及确定最薄弱的部位。
船舶结构强度有限元计算分析中的技巧陈有芳、章伟星中国船级社北京科研所船舶结构强度有限元计算分析中的技巧Skills of Ship Structural Strength Analysis By FEM陈有芳、章伟星(中国船级社北京科研所)摘要:在对船舶结构进行有限元计算分析和评估中,一般采用的是舱段板梁模型,不可避免要面临应力的选取问题。
对于弯曲板单元,有限元计算输出的应力包括上下表面的应力,我们在评估中一般采用中面应力作为工作应力,中面应力应该是上下表面应力的平均,如果在实际操作中采用上下表面应力的平均的方法来得到中面应力,将比较麻烦,也不直观。
本文对在船舶结构有限元分析评估中采用中面应力作为工作应力的原理、方法以及如何在MSC.Patran中如何得到中面应力的技巧做一介绍,供船舶结构分析工程师参考使用。
并做了一些测试和分析。
关键词:船舶结构有限元强度中面应力 MSC.PatranAbstract: In analyzing and evaluating of ship structures by FEM, a plate-beam FE model within holds is generally used and it is unavoidable to solve how to select the stress used. For bending plate, the output stresses include the stresses of up-surface and lower-surface, but in ship structure strength analysis, the mid-surface stress is used as applied stress in general. As we know, the mid-surface stress is the average value of up-surface stress and the lower-surface stress. It is discommodious to obtain the mid-surface stress by the up-surface stress and lower-surface stress in practice. The paper introduces the theory and method of using the mid-surface stress as the applying stress in ship structure strength analysis, and the skills about how to obtain the mid-surface stress in MSC/PATRAN. Some tests and analysis have also been carried in this paper.Keys:Ship Structure Finite Element Strength Mid-surface Stress MSC.patran1 概述一般来讲,对承受面外压力的板进行强度校核时,应对板的上下表面应力进行校核,相应的强度标准也是对应的上下表面应力,这些均应该建立在能对板的应力精确计算的基础上。
PATRAN的一些精华小技巧1、在 Patran里如何Move一组Poin ts 的位置, 而不改变这组 Points的ID 编号? Group/Transf orm/Transl ate的功能,这样不但编号不会变, 连prope rty跟边界条件都会保留2、Patran如何执行多次Undo?所有Patr an的操作步骤, 都记录在最新的一个pa tran.ses.xx中,如果需要多次undo,可以刪除最后不需要的步骤指令行,再利用 File -> Sessio n -> Play 的方式, 执行改过的p atran.ses.xx ,这样可以无限制的und o。
3、Patran中如何定义杆件之间的铰接?用的是rod元素,不需要定义铰接,因为rod元间本身就是以铰接形式连接。
如果用bar或是bea m,需在prop ertie s里的Pi nnedDOFs @ Node 1/2定义铰接。
4、Patran如何把不小心Equiv alenc e的nod e分开用Utilit y/FEM-Elemen ts/Separa te Elemen ts在equiv alenc e时, 可以將选项切换为"List",只选择特定某些节点作e quiva lence, 可以避免不小心的失誤。
5、Patran如何將Tr i3单元转换为Tri6单元在Patra n -> Elemen t -> Modify/Elemen t/Edit , 將Type选项打勾,在Shape中选Tri, New Shape选Tri6,最后选取想要改变的Tr i3单元,6、Patran如何定义材料库Patran除了可以直接读取MS C.Mvisio n的材料材料库外,还可利用执行Sessi on File的方式,直接使用以前已经定义过的材料。
<P a t r a n>为何我的F E M选单中不会出现H y b r i d M e s h?-->请在系统的环境变数中增加以下变数:P A T R A N_U S E_H Y B R I D_S U R F A C E_M E S H E R值设定为 T R U E,这样在s u r f a c e m e s h处,除了I s o M e s h跟P a v e r M e s h外,就会看到另外一个H y b r i d M e s h的选项[分享]M S C多解析任务批处理的方法如果仅有一台机器可以进行解析运算,有时候任务比较多的时候会时间来不及.提交模型让机器计算之后只能在旁边傻看着,什么也做不了.其实有一种比较好一点的方法.可以用批处理文件让机器连续自动处理,下班时运行披处理文件,第二天早上来看结果.方法如下:比如有 3个模型,S1.M O D,S2.M O D,S3.M O D1.分别将上诉3个模型导出为D A T文件2.建立批处理c:\m s c v n4w2002\s o l v e r\b i n\n a s t r a n S1.d a tc:\m s c v n4w2002\s o l v e r\b i n\n a s t r a n S2.d a tc:\m s c v n4w2002\s o l v e r\b i n\n a s t r a n S3.d a t3.双击4.下班5.上班6.导入解析结果.[转帖]P A T R A N的一些小技巧1、在 P a t r a n里 如何M o v e一组P o i n t s的位置 ,而不改变这组 P o i n t s的 I D编号?G r o u p/T r a n s f o r m/T r a n s l a t e的功能,这样不但编号不会变,连p r o p e r t y跟边界条件都会保留2、P a t r a n如何执行多次U n d o?所有P a t r a n的操作步骤,都记录在最新的一个p a t r a n.s e s.x x中,如果需要多次u n d o,可以刪除最后不需要的步骤指令行,再利用 F i l e->S e s s i o n->P l a y的方式,执行改过的p a t r a n.s e s.x x,这样可以无限制的u n d o。
船舶设计python -回复船舶设计是一个复杂而且多层次的过程,它涉及到多个学科领域的知识和技能。
Python作为一种高级编程语言,可以在船舶设计过程中发挥重要作用。
本文将一步一步解析如何使用Python进行船舶设计,并探讨其在不同方面的应用。
第一步:数据收集和处理在开始设计之前,需要收集和处理大量的数据,这些数据可以来自历史数据、实验室测试、模拟分析等。
Python提供了丰富的库和工具来处理和分析数据,例如Pandas和NumPy。
使用这些库,可以轻松地读取、清洗、统计和可视化数据,以便更好地理解和利用这些数据。
第二步:参数化建模参数化建模是船舶设计过程中的重要环节,它可以根据设计要求和约束自动生成几何模型。
Python中的CAD库和建模工具可以帮助我们实现这个目标。
使用这些工具,可以通过调整输入参数,自动生成船型模型,并进行必要的修改和优化。
第三步:性能预测和优化在船舶设计中,性能评估和优化是至关重要的步骤。
Python中的数值计算库和仿真工具可以帮助我们进行性能预测和优化。
例如,使用Python 可以进行水动力性能预测、结构强度分析、燃油效率优化等。
这些工具可以提供准确的预测结果,并为设计者提供优化建议。
第四步:自动化设计Python的强大功能和丰富的库使得自动化设计成为可能。
通过编写代码和脚本,可以实现一键生成不同设计方案的能力。
例如,可以编写代码自动生成多个船型,然后根据性能评估结果自动选择最优设计。
这种自动化设计的方法可以节省大量的时间和人力成本,并提高设计效率和准确性。
第五步:可视化和交互分析船舶设计是一个多学科交叉的过程,需要与不同领域的专家进行合作和交流。
Python中的可视化工具可以帮助我们更好地理解和分析设计结果,并促进专家之间的沟通和协作。
通过将设计结果可视化为图表、图像或动画,可以更直观地展示设计思路和方案,并引导进一步的分析和改进。
总结:Python作为一种强大的编程语言,可以在船舶设计过程中发挥重要作用。
文章标题:探究patran利用对称条件简化模型的方法与应用近年来,随着信息技术的飞速发展,工程仿真在工程设计中扮演越来越重要的角色。
在这个过程中,有一个被广泛使用的建模工具——patran,它的一个特点是利用对称条件来简化模型。
本文将从多个角度探讨这一特点的使用方法与应用。
1. 对称条件简化模型的定义与原理在工程设计中,对称条件是指物体在某个轴线对称,即该轴线两侧的形状完全相同。
利用对称条件可以简化模型的建立,减少分析时间和资源的消耗。
patran利用对称条件来简化模型的原理是通过将模型中的对称面进行复制和对称操作,从而减少了需要建模和分析的实体数量,提高了仿真的效率和准确性。
2. 利用对称条件简化模型的方法在patran中,利用对称条件简化模型的方法可以分为几个步骤:确定模型的对称面;通过简单的操作将对称面进行复制和对称操作;对简化后的模型进行修正和验证,确保简化后的模型符合实际分析的要求。
这样一来,我们就可以利用对称条件来简化复杂的模型,提高分析的效率和准确性。
3. 对称条件简化模型在工程设计中的应用对称条件简化模型在工程设计中有着广泛的应用。
在汽车制造领域,汽车的车身往往具有对称性,利用对称条件简化模型可以大大减少分析的时间和资源,加快了设计的进程;又如在飞机制造领域,飞机的机翼和机身也存在对称性,利用对称条件简化模型可以提高分析的效率和准确性。
4. 个人观点与总结通过对patran利用对称条件简化模型的方法与应用进行探究,我认为这一特点在工程设计中具有重要的意义。
利用对称条件简化模型可以提高分析的效率和准确性,减少了分析的时间和资源。
在工程设计中,我们应该充分利用这一特点,合理运用对称条件简化模型,提高工程设计的效率和质量。
总结而言,patran利用对称条件简化模型的方法与应用非常重要,对于提高工程设计的效率和准确性具有重要意义。
我们应该充分理解和运用这一特点,从而提高工程设计的质量和效率。
船体建模技巧船体建模技巧周宇华(江南造船(集团)有限责任公司开发研究部)摘要船体结构是一个复杂的三维结构,在建模时如何作简化,如何应用MSC.Patran 提供的功能提高建模效率,本文将在这个方面作简单介绍。
1.船体结构的主要特征以及建模前的准备工作船体结构一般说来是左右对称的,主要由船壳、各层甲板、横向和纵向舱壁、强框架、弱框架以及加强筋等结构组成。
结构之间相交形成一个复杂的三维船体结构。
对于不同的计算目的,对有限元网格的大小有不同的要求,如振动响应的计算,一般纵向取一个强框架间距的长度,横向取较小一个纵桁间距的长度,垂向应控制各层甲板的位置;如果进行强度计算分析,对全船模型可粗一点,对局部模型应根据求解要求适当细一点。
因此在运用Patran建模前,首先根据工作任务确定网格大小,然后根据图纸确定主要构件的位置来预留有限元节点的位置,如各层甲板高度,强框架、横向和纵向舱壁位置,舱室前后左右端位置等信息要明确以减少返工,根据对称性可先建一半模型。
2.Patran 建模技巧在船体建模过程中几何建模虽是划分网格的基础,但最终目的是划分有限元网格。
以某船某一分段结构为例,模型如图1,图2所示。
图2中几何信息过多,如使用直接建有限元模型的一些技巧将取到事半功倍的效果。
以下介绍几何和有限元建模等的一些技巧。
技巧一几何建模船体外板是不规则曲面,输入型值点后,采用Create/Curve/Spline 功能生成外板轮廓线,再使用Create/Surface/Curve 方法生成船体曲面。
甲板与船体外板相交的交线是曲线,可先创建甲板中心线,用Create/Curve/Project 功能把中心线向船体曲面投影,投影线即为交线,连接中心线与投影线即创建了甲板的几何模型。
几何建模中投影法运用较多。
技巧二有限元建模Sweep/Element/Extrude 功能船上甲板通常是前后端、中心线三边为直线,舷侧一边为曲线,甲板上有纵骨、横梁,甲板还与纵向舱壁相交,这些位置都必须预留节点。
船舶结构强度分析及设计优化首先,对于船舶结构的强度分析,可以采用有限元法来进行模拟计算。
有限元法是一种将复杂结构分割成若干有限单元,并在每个单元内进行力学分析的方法。
通过数值计算,可以得到每个单元的应力、应变及变形等结果,从而进一步得到整个船体结构的强度情况。
在进行有限元分析时,需要考虑各种工况下的载荷作用,包括静态荷载、动态荷载、水流荷载以及海浪荷载等。
同时,还需考虑材料的强度和疲劳寿命等因素,以保证船舶结构在使用寿命内不会发生破坏。
其次,船舶结构的设计优化是指在满足强度要求的前提下,通过优化设计,使船舶的结构更加轻量化和高效化。
优化设计可以采用多目标优化方法,将结构的重量和成本等指标作为目标函数,建立优化模型。
通过改变结构的几何形状、材料的选择、构件的布局等,来寻求最佳的设计方案。
在进行优化设计时,需要考虑多种约束条件,如强度、稳定性、可靠性、制造工艺等,以及几何形状的限制等。
通过不断的迭代计算和优化过程,最终得到满足要求的最优设计方案。
船舶结构强度分析及设计优化的好处是多方面的。
首先,通过强度分析,可以确保船舶在各种工况下具有足够的强度和稳定性,从而提高船舶的安全性和可靠性。
其次,通过设计优化,可以降低船舶的结构重量和成本,提高船舶的经济性和运营效益。
此外,强度分析和设计优化还可以为后续的船舶改进和性能提升提供基础。
总之,船舶结构强度分析及设计优化是一项重要且复杂的工作,它需要运用数值模拟和优化方法来对船舶结构进行分析和设计,以满足强度要求、提高经济性和安全性。
这是一个综合性的工程,需要考虑多个因素和约束条件,并进行多方面的优化和验证。
只有通过系统的、科学的分析和设计,才能够使船舶结构更加安全、经济和可靠。
用MSCPatran快速建立双轴柔性铰链六面体有限元模型作者:刘巨MSC.Patran是一个集成的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统。
在Patran中,可对任意结构的实体模型进行Tet自动划分,而Hex模型的建立却有一定难度。
双轴柔性铰链是实际工程应用中的一种典型结构,且往往用于结构的重要部位,因此需进行Hex建模以提高分析精度。
由于它具有圆表面相贯特征,进行Hex建模有一定难度,本文将介绍如何对该结构进行六面体快速建模。
一、双轴柔性铰链的合理分块Patran具有几何模型的直接访问技术,与大多数CAD/CAE软件都可以进行几何沟通。
图1是由UG建模后导入Patran的双轴柔性铰链实体模型。
图1 双轴柔性铰链实体模型不难看出,结构中铰链底座部分的Hex建模难度不大,而前面的双轴柔性部分具有圆表面相贯特征,是Hex建模的关键。
综合考虑其结构特点,可将整体划分为三部分,如图2所示。
图2 分块后模型对于前部,显然应先在区域Ⅰ划分面单元,然后用Patran提供的“Sweep”功能沿X方向生成体单元;同样,中部应先在区域Ⅱ划分面单元,然后沿Y方向“Sweep”生成体单元。
由于两部分“Sweep”的方向不同,关键问题就是前部沿X方向生成的体单元如何与中部沿Y 方向生成的体单元“对正”。
为解决此问题,进一步划分结构,只考虑前部下半部分和中部上半部分划分网格后体单元的“对正”问题,如图3所示。
图3 不同方向的“Sweep”图3中,前部沿X轴生成体单元时要兼顾到后部的子块以保证“对正”,后部沿Y轴生成体单元时也要兼顾到前部的子块。
因此要将图3中的实体再次分块以方便网格划分,如图4所示。
图4 再次分为两个部分图4中,前后部中间块的底面为面积相等的正方形,这样,只要前部沿X轴与后部沿Y轴“Sweep”的面单元相同,就可实现中间块(相贯特征部分)的“对正”。
二、快速建立六面体有限元模型1、Hex模型的建立由于图4中块1沿X轴的两个面分别为柱面和平面,所以必须要使用“Sweep”功能下的“Loft”方法(如图5)生成体单元。
基于Patran的船体建模方法作者:林雨周瑞平李方海来源:《计算机辅助工程》2013年第03期摘要:对船体结构进行CAE分析时,由于其复杂性,建模过程非常繁琐,效率极低且易出错.寻求一种快速的船舶有限元建模方法一直是船舶设计工作者努力的课题.介绍一种基于Patran的船体建模方法,使用参数化批处理操作,大大缩短建模时间,提高建模效率.关键词:Patran;船体建模;参数化中图分类号:U663.2文献标志码:B0引言在船舶结构设计中,以有限元为核心的CAE技术越来越受到重视,各种各样的仿真方法和仿真工具正逐步得到应用.CAE技术已成为船舶结构设计中不可或缺的有力工具,是解决大量工程优化问题的基础.为适应船舶工业的迅速发展,解决实际工程问题,迫切需要开展CAE 在船舶结构设计中的应用和开发.[1]在进行船体结构有限元分析时,首要任务之一是建立船体结构有限元模型.由于船体结构的复杂性,目前,船体结构有限元建模绝大部分还都是采用手工方法进行,即先在船体结构的二维图纸上量取船体结构的位置坐标,然后输入到Patran和ANSYS等有限元软件中,建立节点和单元,然后给单元赋予属性[2-3].由于船体结构数据量大,手动操作过程非常繁琐,耗时耗力,效率极低且容易出错,大大影响船体结构有限元分析工作的效率.据统计,船体有限元模型的建立占据整个分析计算超过70%的时间[4],因此,寻求一种方便、快捷的船体结构有限元建模方法具有重要意义.1船体结构特点船体结构本身是由壳板和型材等元件组成的组合体,多数船体外板结构形状均为复杂的自由曲面,它们通过型值表和船体型线图表示.船体结构一般为板梁组合结构,只是各部位板的厚度不同、各肋位与纵骨位置处构件的规格不同.[5]船体外板的复杂性给船体的有限元建模带来一定难度,同时,船体结构的上述规律给建模带来方便,本文从这些特点出发,引出一种实用的船体有限元建模方法.2Patran特征描述在船舶结构分析领域,通用的有限元分析计算软件有Patran,MSC Nastran和ANSYS等.其中,Patran因其实用性、完全的分析集成和用户化技术等突出特点,被绝大多数船舶设计单位和船厂采用,且最受船级社认可.[6]Patran是集工程设计、工程分析、结果评估、客户化和交互图形等于一身的完整的CAE集成环境,是世界公认的一流有限元前、后处理器.在运用Patran进行分析计算时,其操作过程均被记录在一个后缀为.session.##(##表示01,02,…)的文件中.session文件类似于ANSYS中的命令流,能以批处理方式重新运行,包括有限元模型建立、网格划分和边界条件设置等,而且可重复读取、多次运行,批处理过程不需要用户干预,整个过程准确、可靠,具有通用性.对于同一船舶模型的修改或是不同船舶的建模,只需在session文件中稍加修改即可,然后提交给Patran重新运行,避免许多不必要的重复操作,大大降低设计人员的工作强度.[7]4结束语探索一种快速建立船体有限元模型的方法,充分利用Patran的优势,基于session的参数化批处理操作,适用于任意船体,可以在一定程度上提高船舶结构有限元建模的效率.实践表明,该方法具有一定的实用价值.参考文献:[1]李毅. 船舶板架结构四边形有限元网格自动生成技术研究[D]. 上海:上海交通大学,2009.[2]吴广明. CAE在船舶结构设计中的应用及展望[J]. 中国舰船研究, 2007, 2(6): 30-34.[3]李平书,严家文,任鸿. 船舶结构有限元模型快速生成研究[J]. 船舶, 2007(8): 52-55.[4]王有智. CAE技术的过去、现在与未来[J]. 计算机辅助设计与制造, 1998(12): 8-11.[5]于雁云,林焰. 基于参数化表达的船舶结构有限元分析方法[J]. 船舶力学, 2008, 12(1): 74-79.[6]王小宁,崔志敏. MSC对船舶和海洋工程CAE仿真解决方案[J]. 中国造船, 2000, 41(1): 82-86.[7]刘寰. 用Patran进行参数化设计与分析[J]. 计算机辅助设计与制造, 2001(5): 85-88.[8]陈军,崔汉国,刘建. 复杂船体曲面NURBS造型技术的研究与实现[J]. 计算机工程,2005, 31(1): 201-202.(编辑陈锋杰)。
船舶设计python -回复船舶设计以及使用Python进行相关计算和分析的方法。
在本文中,我将详细介绍如何使用Python进行船舶设计。
首先,我将简要介绍船舶设计的基本概念和步骤,然后将重点介绍如何使用Python进行计算和分析。
船舶设计是指设计和构建海洋和内陆水域中使用的船只。
船舶设计的目标是满足特定的运输需求和船舶类型的技术要求。
船舶设计包括结构设计、流体力学设计、机械设计和电气设计等方面。
在设计阶段,船舶设计师需要进行各种计算和分析,以确定船舶的稳定性、强度和性能等特性。
现在,让我们深入了解如何使用Python进行船舶设计。
Python是一种简单易学、功能强大的编程语言,具有广泛的科学计算和数据分析库。
使用Python进行船舶设计可以更高效地完成计算和分析任务。
在船舶设计中,一项重要的任务是计算船舶的稳性特性。
稳性是指船舶在受到外部力的作用下保持平衡的能力。
通过计算船舶的稳性特性,船舶设计师可以确定船舶在不同条件下的稳定性,并做出相应的设计和调整。
下面是使用Python计算船舶稳性的步骤:1. 导入所需的Python库:首先,导入所需的Python库,例如NumPy 和Matplotlib。
NumPy是一个用于进行科学计算的库,Matplotlib用于绘制图形。
2. 定义船舶的几何参数:根据船舶的设计要求和实际情况,定义船舶的几何参数,例如船长、船宽、吃水等。
这些参数将用于后续的计算。
3. 计算船舶的浮力:根据船舶的几何参数和浸没法则,使用Python计算船舶的浮力。
浮力是船舶受到的上浮力,可以通过计算船舶体积和船舶下沉部分的水体积得到。
4. 计算船舶的重力:根据船舶的质量和重心位置,使用Python计算船舶的重力。
重心位置是船舶横截面的重心位置,可以通过船舶各部分的质量和质心位置加权平均得到。
5. 计算船舶的稳定性:使用浮力和重力的大小和位置关系,计算船舶的稳定性。
稳定性可以通过计算船舶的倾倒力矩和稳定力矩得到。
MSC.Patran 船舶结构建模中的一些实用技巧陈国龙哈尔滨工程大学船舶工程学院MSC.Patran 船舶结构建模中的一些实用技巧Applied Skills in Modeling a Whole Ship Using MSC.Patran陈国龙(哈尔滨工程大学船舶工程学院)摘要:结合本人的实际建模与分析经验,本文就采用大型有限元软件MSC.Patran进行船舶全船建模过程中的一些实用技巧进行了总结,指出了软件的Group、List等功能在建模中起到的事半功倍的作用,并对Tools工具集下的有关工具的使用进行了介绍。
关键词:船舶,结构分析,MSC.Partan,有限元建模Abstract: According to practical experiences in modeling and analysis using MSC.Patran, some skills in modeling whole ship structure using MSC.Patran are proposed in this paper, the important role the Group function and List function playing in modeling a whole ship structure are pointed out, and the uses of tools in Tools menu are introduced Keywords: s hip,structure analysis, MSC.Patran,FEM model1. 概述随着当今船舶工业的发展,船舶向着大型化和专业化发展。
为了满足不同用途船舶的不同需求,不同种类的船舶都有其各自的结构特点。
各国的船级社都针对船舶结构设计开发了自己的结构设计软件,这些软件具备从结构的初步设计到强度校核的比较完备的功能。
但这些软件都是针对各种成熟船型,不能完全满足针对特殊用途的特殊船型船舶(例如双体船、小水线面船舶等)的设计与强度校核的需要。
因此在对这些特殊船型船舶进行结构强度计算和动态特性分析时,往往求助于比较成熟的、结果能够得到专家认可的通用有限元分析软件。
MSC.Patran因其方便快捷的前后处理功能,与其相连的有限元解算器MSC.Nastran功能的全面性、求解问题结果的准确性,得到了许多设计单位的青睐,成为进行船舶结构设计与强度校核的有力的辅助工具。
采用MSC.Patran系列软件进行船舶结构的设计与强度校核时,首要问题是对目标结构的合理的有限元模型化。
船舶结构是大型的板-梁复合结构,为了保证船舶的特别是特殊用途船舶的整体性能,许多船舶具有比较特殊的外观结构;同时,船舶结构内部因为装载、稳性和人员工作等需要,划分了许多舱室,每个舱室都有可能在一些局部因特殊目的而具有特殊结构特点。
这些结构上的复杂性使船舶整船建模繁琐而困难。
其次,船舶工作时所处的环境复杂,本身装载条件也是不断变化,造成进行船舶结构强度校核时对于结构载荷与边界条件处理上的困难。
MSC.Patran本身具有的几何建模与有限元网格划分、边界条件的处理、载荷的定义与组合功能可以较好地解决这些难题,但要求建模的操作者对于MSC.Patran建模环境与软件提供的一些工具有一定的了解,具有一定的实际建模经验。
在本文中,结合本人对一艘穿浪双全船全船建模的过程,总结了一些建模中的经验,希望与有经验的人士互相交流,并能对初学MSC.Patran的人士有所帮助。
2. 船体几何模型的建立许多常规商用船舶(散货船、集装箱船和油轮)在船体纵向中部具有很长的一段平行中体,在平行中体的范围内,其外部轮廓没有变化。
此时。
可以通过建立一个舱段的几何模型,将此舱段的几何模型通过平移(Geometry\Transform)功能,来得到整个平行中体范围内的几何模型。
但对于船舶的艏部与艉部,由于球鼻艏和螺旋桨艉轴架结构的存在,使线型变化比较剧烈,此时必须按照型值进行逐渐的建模。
对于穿浪双体船来说,船长较短,无论从纵向还是从横向来看,线型变化都较大,无法象常规船舶一样通过建立局部结构并将其平移来得到全船大部分的结构模型,必须按照结构的型值表分步进行建模。
常规船舶大部分几何结构可以视作简单的平面或曲面(代表船体外板)与曲线(代表船体桁材、梁、各种支骨)的组合。
但对于穿浪双体船等具有非常规外形的船舶来说,其几何结构多为较为复杂的曲面与曲线的组合。
在形成这些曲面时,多采用Geometry\create\curve\spline方法先确定线型比较复杂的两个相对的边,再通过Geometry\create\surface\curve方法形成曲面。
在形成包含于此曲面上的骨材时,可采用先确定骨材在曲面边界上的端点,采用Geometry\create\curve\point方法形成直线,再采用Geometry\create\curve\project方法将直线投影到此曲面上形成曲线,以保证满足曲面与曲线间的关系。
船舶是复杂的三维空间板架结构,在建立其几何模型时,常出现板与板的连接处出现缝隙的情况,尤其是曲面与曲面的连接,或两个面空间立体连接时。
为避免此现象的发生,在构成相连接的面时,形成第二个面时尽量采用Geometry\create\surface\curve方法,在选取starting curve list或ending curve list时,将curve的类型预设为edge(即与其相连的已形成的面上的边),以保证两个面共用同一条边,最大限度的减小出现面间缝隙的可能。
3. 有限元网格的划分在正确建立全船几何结构模型的基础上,在进行强度分析前必须对结构进行有限元离散划分。
MSC.Patran软件提供了灵活的网格划分工具,可以对有限元网格的质量、密度进行控制。
对于船舶的全船有限元分析,其目的主要是校核整船结构的强度,得到船舶在外加波浪载荷与装载载荷作用下的整体应力分布,因此一般采用满足计算精度要求的均匀网格。
这种网格可以通过在原有的几何模型基础上对几何对象进行网格划分来实现(Element\create\mesh)。
对于需要控制网格密度在同一几何对象中变化的问题,可以在网格密度变化位置利用Element\create\Mesh Seed功能预设节点位置来实现。
在船舶结构的有限元网格划分问题中,对几何面的网格划分工作占相当大比例。
MSC.Patran提供了两种对于面的自动划分网格功能:IsoMesh法与Paver方法。
在建模过程中发现,对于形状规则的矩形平面或曲面,两种方法形成的网格单元形状都比较规则,aspect、warp、skew、taper属性都令人满意。
而对于形状不规则的面,IsoMesh法通过利用Element\create\Mesh Seed功能预设节点位置可以得到aspect、warp、skew、taper属性比较令人满意的单元,但对于一些形状极不规则面(在船舶结构中某些局部位置这种面的不规则是难以避免的),IsoMesh法不能形成网格;Paver方法可以在任意形状的面上形成四边形网格,但在形状极不规则面中,所产生单元的aspect、warp、skew、taper 属性不能得到保证。
在进行网格划分时,经常遇到相连的两个面之间、位于某面内的线与此面之间的节点相互不协调的现象。
这种不协调破坏了结构的整体性,造成在本应是一个整体的面之间存在缝隙,在分析时出现本不存在的自由度,最终形成错误的应力结果或产生不应出现的机构变形。
因此应当注意使具有公用边的面在公用边上的结点相重合,同时使面内的曲线上的节点与面上的节点相重合。
为保证相邻两个面公用边上的节点重合,除保证面与面之间不出现缝隙外,可通过先对一个面划分网格,在公用边上将已存在的结点定义为第二个面的Mesh Seed,来预定义下一个面在公用边上的节点位置。
对于在面内的直线,首先应将其与此面相关联,成为面内硬线(Geometry\Associate\Curve\Surface),保证在对面划分网格时,有节点位于此线上;接下来将这些节点定义为线上的Mesh Seed,以保证对线进行有限元划分时,线的节点与面的结点相重合。
在保证结点协调的前提下,使用Element\Equivalence命令,去除重合的多余节点,以保证结构的完整性。
4. 在建模过程中Group功能的使用船舶是一个由众多板、梁、柱等结构构成的大型复杂的空间结构体。
如果在建模过程中将所有构件都建在一起,则在视图显示中各种构件交织在一起,在定义约束条件、施加各种载荷与定义结构中的非结构质量时很难查找定位需要的构件或节点,大大增加了建模的难度,使建模过程变成了令人眼花缭乱、心烦意乱的过程。
利用MSC.Patran提供的Group(群组)功能,可以在建模中对大型复杂空间结构进行分解,以位置、构件特点等为原则,对构件进行分组,使每一个组中的结构都尽量简单并容易进行几何、单元元素的查找与选择,从而避免这种因结构过于复杂而造成的建模困难,加快建模的速度。
在开始着手建模之前,应先对所要建模的船舶结构有一个整体认识,确定所要进行的分析的范畴(静力分析、动态分析、结构优化分析等),考虑结构所受到载荷的性质和结构受载位置,在动力分析中还应考虑对结构的动态特性产生影响的非结构质量的位置与分布特点,分析结构所处的环境对结构所造成的约束作用的形式与位置。
这些都可以作为在对结构进行分组时的依据。
在建立船舶的有限元模型时,最常见的分组是按剖面和舱段进行分组。
先绘制船舶的典型剖面,然后以从船首至船尾的顺序(反之亦可)逐段生成各舱段。
这种分组的优点是容易确定外载荷与装载载荷的位置,在动态分析时也容易确定非结构质量的位置与分布。
同时因为船舶结构中复杂的细部结构通常出现舱壁附近,如此分组也方便产生这些复杂结构。
组的应用除了可以方便几何对象或单元对象的选取外,还可以通过对组的Transform操作简化建模的过程。
对于具有较长范围的平行中体的常规船舶来说,可以首先建立平行中体中的一个舱段,然后使用Group\Transform\Translate命令,选择Copy选项和移动的次数,在相应方向上进行组的平移,从而一次性在相应的位置上生成所有的结构相同的新舱段。
对于具有对称性的结构,可以只建立一半的模型,通过Group\Transform\Mirror命令,选择Copy选项,来生成对称面另一侧的半个模型。
在船舶结构的角隅处有些倾斜的构件可以通过在方便的位置建立相应的结构,再使用Group\Transform\Rotate命令,选择Move选项,将其旋转到正确的位置。
组中的Transform命令与几何菜单和单元菜单下的Transform命令相比功能更为强大。