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设计·讲技术Special Vehicle &Spare Parts and Components 57特种方舱及承载平台结构有限元分析(1例)由于方舱结构的特殊性，在初始设计阶段对它进行试制和实验费用较高。
为了研究某特种重载方舱的静力学特性，运用ANSYS有限元分析软件建立了方舱及其承载平台的整体结构等效有限元模型，并对舱体及其承载平台结构在特定工况下进行静力学模拟计算，得出其应力和应变状态。
结果表明，该重载及其承载平台方舱最大应力值小于许用应力，且最大变形也完全符合要求，为同类方舱设计提供参考。
文_吕路 章琦 王新由于特种方舱结构比较复杂，而且此类方舱在使用过程中所处的环境要求也比较复杂，因此在研制阶段很难计算方舱的受力状态，而这一点在方舱结构设计阶段显得至关重要。
该特种方舱额定载荷非常大，且舱体四周及斜顶板上布置了大量通风门窗，同时舱体的设计刚强度必须满足吊装及运输的要求。
因此针对此种特种重载方舱，利用有限元建模分析，通过分析得出设计结构的合理性及可靠性就显得尤为重要。
1 方舱及承载平台结构设计1.1 方舱基本要求方舱和车辆改造是为车载特种设备提供安装和运输平台，方舱通过方舱旋锁固定于承载平台上，承载平台与越野车辆为刚性连接固定，方舱既是车载特种设备的保护体也是其运输承载体(见图1)。
该方舱外形尺寸为8 058 mm×2 438 mm×2 080 mm(见图2)，方舱舱体质量≤4 000 kg，方舱的额定装载质量为10 500 kg，承载平台自质量≤1 600 kg。
为了满足冷却通风要求，方舱四周及斜顶板上设置了多扇门窗。
1.2 方舱骨架结构设计舱体为削角异形大板方舱，舱体骨架分为前壁骨架、后壁骨架、左壁骨架、右壁骨架、顶壁骨架和底架等几大片(见图3)，除顶壁骨架采用60 mm×4 mm和40 mm×4 mm 方钢管组焊成片，底壁骨架采用120 mm×60 mm×6 mm、80 mm×60 mm×6 mm的矩形钢管和60 mm×4 mm方钢管组焊成片外，其他骨架均采用80 mm×60 mm×6 mm的矩形钢管和60 mm×4 mm的方钢管组焊成片。
船舶舱口盖强度有限元分析方法与设计优化李辉程【摘要】该文深入介绍了船舶舱口盖强度的有限元分析方法,并进一步探讨了利用该方法对舱盖结构进行设计优化的主要步骤和关键问题.最后通过对一艘多用途集装箱船的舱盖强度进行有限元计算分析,验证了文中观点的正确性,进而得出了一些有用的观点和经验以供设计者参考借鉴.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】6页(P58-63)【关键词】舱口盖;强度;有限元;设计优化【作者】李辉程【作者单位】中国船级社福州分社,福建福州350008【正文语种】中文【中图分类】U662舱口盖是船舶货舱开口的关闭装置，肩负着密封舱口、保护货物和支撑平台的重要作用。
由于在船舶营运过程中，舱口盖将承受货物和甲板上浪等外部载荷，这就要求其必须具有足够的强度，鉴于此，各大船级社规范都对船舶舱口盖的强度校核提出了计算要求。
近些年来，随着舱盖设计技术和构造形式的变化，原有的经验公式和简单计算方法已经无法满足舱盖设计的发展，而有限元计算方法由于其可以方便地处理较为复杂的结构，且计算结果直观，精度较高，在舱盖的设计中能有效地控制重量，优化结构，因此得到了广泛运用。
本文基于CCS《国内航行海船建造规范2012》[1]中关于船舶舱盖强度计算的要求，介绍了舱盖有限元计算的流程，并结合实船算例，探讨了船舶舱盖设计优化的方法。
1.1 有限元模型有限元模型的建立应基于结构的形式。
舱盖一般采用纵横结构形式，以纵骨架式的舱盖为例，其舱盖载荷作用于顶板，主要由纵骨承受并传递到强横梁上，强横梁再通过强纵桁传递到两端支撑结构，最后将力传递到甲板舱口围上。
本文使用大型有限元软件MSC.Patran建立模型，建模原则根据CCS《国内航行海船建造规范2012》关于结构强度直接计算的要求进行。
三维有限元模型应能够准确描述舱盖的几何形状，模型中所有的板，包括强横梁和强纵桁的腹板和面板，应采用板单元模拟，并尽量减少使用三角形单元，特别是在结构应力集中区域避免采用三角形单元，横梁和纵骨等普通扶强材一般使用梁单元模拟。
汽车引擎盖的有限元分析王刚;李旭东;姜慧【摘要】汽车引擎盖的振动是导致声波辐射的重要原因.基于声学有限元法和声固耦合理论,建立汽车引擎盖的有限元模型,采用有限元软件abaqus,利用声学无限元技术对汽车引擎盖进行仿真模拟.通过汽车引擎盖表面的声压分布和位移分布,分析引擎盖表面在振动过程中所受到的变形程度,优化对汽车引擎盖的设计.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2012(028)008【总页数】3页(P71-73)【关键词】振动;声固耦合;引擎盖;仿真模拟【作者】王刚;李旭东;姜慧【作者单位】兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TB53在汽车工业中，对汽车振动、噪声的研究和控制是进行汽车自主开发设计的重要一环。
由于路面颠簸、发动机运转以及悬架、传动部件振动等引起的噪声既会给乘员造成疲劳和不适，又给城市环境带来噪声污染。
在市场经济条件下，各大汽车公司纷纷把对汽车噪声特性的预测、设计放在非常重要的地位，以期有助于提高自己产品的竞争力而获得更好的经济效益。
因此，这已成为当前研究的一个非常重要的课题。
产生车内噪声的因素很多，发动机是车内噪声的重要噪声源之一。
在发动机的构造当中，汽车引擎盖的振动是导致声波辐射的重要原因。
而在这些引擎盖中，阀盖由于其面积较大，且厚度相对较薄，所以被一致认为是主要的噪音贡献者。
因此，与结构分析相结合的情况下，对阀盖的声学分析已经成为设计流程中的一个重要的环节［1－2］。
近年来，有限元方法在各个领域的应用得到快速的发展，各种通用或专用的有限元分析软件不断更新换代，功能愈来愈强大。
采用的ABAQUS软件是ABAQUS公司开发的进行工程分析的软件，它能满足汽车、电子、宇航、化学等领域有限元分析(FEA)的需要，并能方便地用于声场和结构耦合的计算，是目前用于有限元分析的比较完善的软件之一。
图2 整体有限元模型1.2 密封结构建模
图3 密封结构整体模型
密封带、门体、门框之间添加接触来模拟三者之间的相互关系，密封带与挡件、密封带与门体、采用滑动接触，门框与档件之间绑定，密封带内壁之间采用自接触，摩擦系数为
图4 密封结构接触形式
1.3 材料参数
机体结构除了密封带外均为铝合金材料2A12-T4和2024-T315，在分析过程中简化为各项同性的线弹性材料如表2所示。
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图5 舱门充压状态下阶差
舱门充压状态下密封带截面图如图6所示，
舱门关闭充压状态密封带被完全压扁，两侧密封带内壁接触在一起，两侧压缩量最大；航向前侧、上部与航向后侧连接处大部分被压扁，密封带内壁大部分接触在一起，压缩量次之；上部中间及下部中间密封带内壁未接触在一起，其中下部压缩量
图6 舱门充气后密封带截面示意图
舱门密封结构优化及分析
3.1 优化方案
图7 改进方案图
分析结果
经分析，优化后舱门关闭充压状态阶差如图8所示，从图可知，关门充压阶差最大值为3.88mm。
舱门阶差凸出门框不大，且阶差均匀稳定，满足设计要求。
图8 舱门关闭充压状态下阶差
本文通过HyperWorks软件对舱门进行了有限元仿真分析，分析结果表明：
）在维持舱门密封带不改变的情况下，舱门初始阶差及密封带压缩量参数设计不合理，导致舱门在增压状态下不能满足总体技术要求；
）优化设计后，舱门关闭充压状态阶差可满足总体技
）借助软件分析可有效地对产品设计方案进行验证分析与模拟人员操作情况，从而避免反复设计、节约设计成本、缩短研发周期。
陈定方等.现代机械设计师手册[M].北京:机械工业出版社
科学与信息化2020年3月下。
基于响应面法的SPS 舱口盖结构多目标优化田阿利，魏震，张海燕，马清勇，姚鹏（江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212000）摘要：本文以轻量化为前提，设计传统钢制板架舱口盖的钢聚氨酯夹层板（Steel-Polyurethane Sandwich plate ，SPS ）替代方案。
对不符合结构刚度、强度要求的初步方案，采用基于BBD （Box-Behnken Design ）设计的响应面法进行结构多目标优化设计，以结构变形和等效应力作为优化目标，结构尺寸及质量为约束条件，建立响应面模型，得到优化后的SPS 舱口盖设计方案；并采用有限元仿真方法，对优化前后的方案进行了仿真计算，对优化目标进行了详细对比，验证了优化的有效性和必要性。
对比结果表明：优化后的SPS 舱口盖结构，在减重9.28%的情况下，变形减少了36.7%，应力降低了30.5%；说明采用响应面法对SPS 舱口盖实现多目标优化可行，且优化效果明显。
关键词：SPS 舱口盖；响应面法；多目标优化中图分类号：U663文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.04.013Multi-objective optimization of the SPS hatch cover based on response surface methodTIAN A-li ,WEI Zhen ,ZHANG Hai-yan ,MA Qing-yong ,YAO Peng(School of Naval Architecture and Ocean Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang 212000,China)Abstract:On the premise of light weight,an alternative scheme of steel-polyurethane sandwich plate (SPS)for traditional steel hatch cover is designed.The response surface method based on BBD design is used to op⁃timize the multi-objective structure design for the preliminary scheme that does not meet the requirements ofstructural stiffness and strength.With structural deformation and equivalent stress as the optimization objec⁃tive and structural size and quality as constraints,the response surface model is established and the opti⁃mized design scheme of SPS hatch cover is obtained,and the size and quality of the structure are optimized.The finite element method is used to simulate the structural scheme before and after optimization,and the op⁃timization results are compared,which verifies the effectiveness and necessity of the optimization.The results indicate that the structural deformation of SPS hatch cover decreased by 36.7%,and the stress reduced by 30.5%after optimization,and the mass of SPS hatch cover reduced by 9.28%compared with that of steel hatch cover.It is shown that the response surface methodology is feasible to achieve multi-objective optimiza⁃tion of SPS hatch cover,and has a significant optimization effect.Key words:SPS hatch cover;response surface method;multi-objective optimization第25卷第4期船舶力学Vol.25No.42021年4月Journal of Ship Mechanics Apr.2021文章编号：1007-7294（2021）04-0502-07收稿日期：2020-08-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（51109101；51509115）；江苏省高校自然科学研究重大资助项目（17KJA580002）；江苏省船舶先进设计制造技术重点实验室开放研究基金项目（CJ1601）作者简介：田阿利（1980-），女，博士，副教授，E-mail:****************.cn；魏震（1993-），男，硕士研究生，E-mail:*******************。
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析本文将针对一艘28000 t多用途船的首楼加强结构进行有限元强度分析。
首先，介绍该船的基本情况和首楼结构设计方案，然后，给出有限元模型和边界条件。
接着，进行计算，并分析其结果。
最后，提出一些建议和结论。
一、船舶基本情况该船为中国造船集团公司设计研究院设计，船长度为190.00m，船宽为32.26m，型深为18.10m，设计总吨位为28000t。
该船为多用途船，可用于散货运输、集装箱运输、油船等不同类型的货物运输。
首楼位于船头部分，是船体结构中较为重要的部分，需要进行加强以达到防护和支撑作用。
二、首楼结构设计方案为了提高首楼强度和稳定性，在船体设计中需要对首楼进行加强。
首先，在原有首楼结构基础上加装侧板，提高侧部强度；其次，加装绞刀柱和纵梁，提高纵向支撑能力；再次，加固首楼底板，增加底部强度。
三、有限元模型和边界条件在进行有限元分析前，需要建立一个精细的有限元模型。
首先，对整个船体进行数值化建模，包括船体的各个结构部分。
然后，按照首楼加强结构设计方案，对首楼部分进行加固，建立新的有限元模型。
接着，需要确定边界条件。
在进行有限元计算时，需要确定边界条件，以便进行一个完整的力学分析。
由于首楼位于船体的前部，处于海浪和风浪影响较大的区域，需要考虑风浪载荷的影响。
同时，还需要考虑船体的移动和弯曲等因素。
四、计算与分析在确定有限元模型和边界条件后，进行了有限元计算和强度分析。
在计算过程中，考虑了船体在不同风浪条件下的载荷，进行了强度分析和振动分析。
根据计算结果可以得出：首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
在不同风浪条件下，首楼结构都有足够的强度和稳定性，能够保证船舶在航行时的安全性和稳定性。
五、建议和结论针对以上计算和分析结果，提出如下建议和结论：(1) 首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
(2) 在进行船体设计时，需要综合考虑船舶的航行条件和使用要求，以便确定最佳的结构设计方案。
大型军用方舱结构设计的有限元分析1. 引言随着电子计算机的迅猛发展，有限元分析技术在军用方舱的设计，尤其是在非标、异型、扩展等方舱的结构稳定性分析方面得到了广泛的应用，取得了显著的成效。
某大型军用方舱（以下简称方舱）属非标方舱，长×宽×高为6000 mm×3100 mm×2100 mm（军用标准方舱宽度的最大值为2438 mm），方舱内无隔墙，方舱自重不允许超标，这就为方舱的强度和刚度设计增加了难度。
为了保证该方舱能够在各种使用条件下，具有足够的强度和刚度满足使用要求，在方舱的结构设计完成后，必须对其进行应力分析。
本文的有限元计算是在大型通用分析软件IDEAS在SGI工作站上完成的。
2. 方舱的结构设计及载荷要求2.1 方舱的结构设计根据方舱的自重要求，结合工厂成熟的生产工艺装备特点，方舱仍采用大板式结构，整个舱体主要由六块夹层复合板、滑橇、铸钢角件和内、外角型件组装而成。
复合板为夹筋夹层结构，外蒙皮为硬铝合金板2A12-T4，内蒙皮为冷轧钢板Q235A，内、外蒙皮之间为硬质聚氨酯泡沫塑料。
方舱外形见图1。
为了保证该方舱有足够的强度和刚度，在结构设计中主要采取以下措施：a.在每块夹层板内增加圈梁。
圈梁采用抗扭性好的方形管材料，并与板内的加强筋可靠地连接在一起，形成骨架式夹层板。
b.底板的骨架材料采用优质碳素结构钢，以增加其抗弯性和承载性。
c.加大滑橇断面尺寸，并在滑橇内部沿长度方向增加V型加强筋，以增加滑橇的抗弯性能。
d.加大底板和侧板的聚氨酯发泡密度，在重量增加相对不多的情况下，能有效提高夹层板的机械性能。
2.2 方舱的载荷要求a.方舱应能够承受5000 kg的载荷。
b.方舱承载后，应满足空中吊运的要求。
c.方舱承载后，应能够承受3根直径为50 mm的滚杠上的支撑和移动。
考虑到实际中，3根滚杠有可能不会同时受力，为了安全，下面按2根滚杠进行计算分析。
3. 方舱的有限元分析根据方舱的载荷要求，需要按三种工况进行有限元分析：即平台支撑工况、整体起吊工况和整体滚杠工况。
沿海常规客船铝合金上建的有限元计算方法◎ 郭雷 武汉理工船舶股份有限公司摘 要：铝合金材料以良好的物理性能，在船舶领域已有广泛的应用，采用有限元计算方法可以减小铝合金构件尺寸，减轻重量，节约成本。
本文主要研究和探讨了沿海常规客船铝合金上建结构有限元计算方法的应用和发展。
关键词：沿海常规客船；铝合金上建结构；有限元计算方法和衡准1.前言铝合金具有较好的物理力学性能，易加工、强度高、重量轻、耐腐蚀性好、使用寿命长，同时绿色环保，可回收。
但是铝合金相对于钢材而言价格偏高，结合铝合金上述特点，对于追求经济性的商业客船来说，大多是上层建筑采用铝合金结构。
鉴于铝合金材料的高昂成本，从经济性角度考虑，希望能够在满足结构强度的前提下，尽量减少材料用量。
有限元仿真计算技术的成熟，使得结构轻量化设计有了技术支撑；同时船舶相关规范也在逐步完善，增加了有限元局部强度计算的方法和衡准，为设计人员提供了具体的依据和标准。
其中《海上高速船入级与建造规范》和《内河高速船入级与建造规范》最早对铝合金的有限元强度计算做了明确的规定，这为铝合金在高速船上的应用指明了方向，也加快了钢铝混合及全铝合金高速船的发展。
但相关规范一直没有明确沿海常规船舶的铝合金有限元计算方法。
2.沿海常规客船铝合金上建采用有限元计算的必要性沿海常规客船的用途一般都是交通运输或旅游观光，船东为了追求经济效益最大化，都会要求最大限度地增加出航时间。
因此船东在做设计任务时都提出最大的抗风等级需求（8级或9级），根据相关抗风等级核定办法，要达到8级或9级的抗风等级，沿海航区船舶的稳性需满足远海航区的稳性衡准要求，这就需要大幅提高船舶的稳性性能。
采用有限元仿真计算的方法确定沿海常规客船的铝合金上层建筑即可保证其强度、安全性，又能减小构件尺寸，减轻上层建筑重量，降低成本，降低整船的重心高度，提高船舶稳性性能。
3.沿海常规客船铝合金上建有限元计算方法的探索3.1材料及使用范围船舶设计及建造中应用校多的铝质材料是5083H321、5083H116普通铝板、6082T6系列的带筋板、带筋扣板及6082系列的型材（包括球扁铝、T型材、槽型材、方管等）。
Digital DesignD数字化设计62取文件”，在输入窗口中键入数据文件名即可。
图12 读取文件法所需的数据文件用以上两种方法修改模型参数完毕后，点击“工具”下拉菜单中的“程序”，在“程序”菜单中点选“例证”，在窗口下方出现的对话框中输入实例名称，如“m c p002_1”。
打开“工具”中的“族表”来查看刚才创建的实例，如图13所示。
使用此法建立多个实例。
图13 族表窗口3.更新摩擦片组件打开摩擦片组件“m c p.a s m”，摩擦片模型如图14所示。
如果需要将此组件更新为另一型号，需使用P r o/ENGINEER的替换功能进行操作。
当南通中远川崎船舶工程有限公司接到适合“共同结构规范”（简称C S R）的新型58,000吨散货船的设计图样时，中部货舱已经进行了有限元分析，其结构尺寸已经确定，但尾部货舱由于型线的收缩若仍然沿用中部货舱的结构尺寸，无疑是对材料的巨大本文通过58,000吨散货船5号货舱有限元计算实例，介绍了利用Femap with NX Nastran进行货舱整舱段有限元计算的基本过程。
这里主要侧重于模型的建立过程和计算，对于计算结果的后处理可以根据不同的规范要求分别进行。
基于FEMAP WITH NX NASTRAN的货舱结构有限元分析实例□ 南通中远川崎船舶工程有限公司 万冬冬的过程予以详细说明。
在实际应用中，设计人员可以通过人机交互方式给定摩擦片参数，系统将自动生成摩擦片三维模型，这避免了大量重复的设计工作。
同时湿式摩擦片的参数化建模也为干片式摩擦片及制动器的参数化和系列化设计奠定了基础。
图14 原始的摩擦片组件将鼠标放在左侧模型树的待替换元件上，右键单击，选择“替换”，在替换元件中点选“族表”，并选取目标模型，如选“mcp001_1”来替换“m c p001”，同理对所有需要替换的元件进行替换。
元件替换过程如图15所示，再生后得到的摩擦片组件模型如图16所示。
将模型保存副本为新名称mcp_1.asm，关闭模型，并拭除内存。
多用途船舱口围设计及有限元计算李开封;陈方【摘要】Multi-purpose Vessel (MPV)is a type of vessel for carrying uncertain cargoes with the obvious characteristics of large deck opening. Taking 12 500 DWT MPV as an example,this paper briefly introduced the design of hatch coaming and analyzed the strength by means of FEM analysis for the solution to distortion problem caused by large opening. The key cases which had a considerable effect on structure were discussed and some effective strengthening was carried out for a morerational design.%多用途船是一种能载运多种不确定性货物的船型，超大开口是此种船的最大特征。
以12500 DWT多用途船为例，阐述了大开口多用途船的舱口围结构设计。
针对多用途船开口大，容易导致变形的问题，对全船舱口围进行有限元建模计算，对结构进行综合分析，探讨对强度影响比较大的工况并作有效加强，使结构设计合理化。
【期刊名称】《船舶设计通讯》【年(卷),期】2016(000)0z2【总页数】5页(P59-63)【关键词】多用途船;舱口围;结构设计;有限元强度计算【作者】李开封;陈方【作者单位】上海船舶研究设计院，上海201203;上海船舶研究设计院，上海201203【正文语种】中文【中图分类】U663.83多用途船是指一种能载运多种不确定性货物的船型，常规意义的多用途船是特指多用途干货船。
