船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——建模过程中设备的模拟及重心的调整资料

作 者 简 介 ：陈宏宇（1985-），男，辽宁锦州人，讲师，工程师，硕士， 研究方向为船舶与海洋结构物设计制造。
行调整，这样增加了船舶使用成本减少了载货量，降低了船 舶的经济型；船舶重心位置会影响船舶的水动力性能，不正 确的重心位置会造成船舶航行时候的航行阻力，增加燃油 消耗量，降低船舶航速，也降低了船舶的经济性能；船舶的 重心位置影响到船舶的稳性，不正确的重心位置会造船船 舶稳性下降，增加船舶倾覆的风险，降低船舶的安全性。
与安全，而船舶的重量重心控制又是船舶设计建造过程中 如果能将这些因素控制的很好就能降低船舶的造船成本。
的关键点，任何一个造船企业对都是十分重视。船舶的重
船舶的重心控制主要是建造船舶重心位置的控制，重
量中心影响船舶的使用性能，安全性能，如果一条船舶的 心位置的控制对船舶建造是非常重要的，船舶重心位置会
231201996_183755，2018-05-10/2019-01-10. [5]王林.2022 年重庆年产汽车或占全国产量 10%[EB/OL].
https:///news/201901/928399.html,2019 -01 10/2019-01-10.
重量重心的误差超过了许用极限，这个产品就是失败的。 影响船舶的浮态，不正确的浮态需要船舶加载压载水来进
船舶重量重心位置的确定开始于船舶的初步设计及详细 设计阶段，但是起到关键作用的却是施工建造阶段（施工 设计及施工操作），在船舶过程中对重量重心的控制方法 就是造船人所关心的问题。
1 船舶重量重心控制的含义及意义 船舶重量控制主要是指控制船舶的空船重量，它主要 包括主船体外板及内部的结构、上层建筑、船舶内部的各 种永久安装的机械设备、电气设备、管系、电缆、船体涂装 以及保证在空船状态下机器正常运转时所需的润滑油、液 压油、燃油、冷却水等的液体的重量。空船重量的控制对船 舶的重要性主要体现在如下两个方面：空船重量的大小直 接影响船舶的载货量，船舶的载重量是一定的，他由空船 重量和载货量两部分组成，当空船重量增加是船舶的载货 量就会一定减少，这样船舶运行的经济性就会降低；空船 重量的控制可以降低船舶的建造成本。船舶空船重量的增 — —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——

ansys有限元分析实用教程2篇第一篇：ansys有限元分析实用教程（上）有限元分析是一种广泛应用的数值分析方法，可用于模拟和分析各种结构和系统的受力、变形及其他物理行为。

在ansys软件平台下，有限元分析功能十分强大，能够对各种工程问题进行有效的分析和解决。

本文将介绍ansys有限元分析的基础操作和实用技巧。

一、建立模型在进行有限元分析前，首先需要建立准确的模型。

在ansys中，可以通过多种方式进行几何建模，包括手工绘制、导入CAD文件、复制现有模型等。

为了确保模型的准确性，需要注意以下几个方面：1.确定模型的几何形状，包括尺寸、几何特征等。

2.选择适当的单元类型，不同形状的单元适用于不同的工程问题。

3.注意建模过程中的单位一致性，确保模型的尺寸和材料参数等单位一致。

4.检查模型建立后的性质，包括质量、连接性和几何适应性等。

二、设置材料参数和加载条件建立模型后，需要设置材料的弹性参数和加载条件。

在ansys中，可以设置各种材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。

此外，还需要设置加载条件，包括加速度、力、位移等。

在设置过程中，需要注意以下几个方面：1.根据实际情况选择材料参数和加载条件。

2.确保材料参数和加载条件设置正确。

3.考虑到不同工况下的加载条件，进行多组加载条件的设置。

三、网格划分网格划分是有限元分析中的关键步骤，它将模型分割成许多小单元进行计算。

在ansys中，可以通过手动划分、自动划分或导入外部网格等方式进行网格划分。

在进行网格划分时，需要注意以下几个方面：1.选择适当的单元类型和网格密度，确保模型计算结果的准确性。

2.考虑网格划分的效率和计算量，采用合理的网格划分策略。

3.对于复杂模型，可以采用自适应网格技术，提高计算效率和计算精度。

四、求解模型建立模型、设置材料参数和加载条件、网格划分之后，即可进行模型求解。

在ansys中，可以进行静态分析、动态分析、热分析、流体分析等多种分析类型。

一、建立有限元模型与ANSYS经典版相比，WORKBENCH的操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。

但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry)对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。

因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks)中建立船体实体模型后导入WORKBENCH中，完成随后的建模和分析工作。

鉴于实体单元在计算中消耗过多的内存和计算时间，本文采用概念建模(Concept)的方法将船体板定义为无厚度的壳体(SurfaceBody)，将船体骨架定义为线体(Line Body)，壳体和线体划分的网格类似于经典版的壳单元(Shell)和梁单元(Beam)。

1.导入实体模型可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCH的ProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。

还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2所示。

模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。

坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。

图2导入后的模型2.生成舷墙(1)在中纵剖面(ZXPlane)建立草图(NewSketch)，进入绘制草图模式。

点击“TreeOutline”→“Sketching”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。

返回模型模式，点击“Sketching”→“Modeling”→“Extrude”，生成一个SurfaceBody。

(2)沿甲板将船体分开，点击“Create”→“Slice”，在“DetailView”窗口“SliceType”选项中选择“SlicebySurface”项，“TargetFace”选择上一步生成的SurfaceBody，“Slice Targets”选项中选“SelectedBodies”，点选船体结构→“Apply”→“Generate”，原来的船体分成两部分，上面是舷墙部分，下面是船舱部分，如图3所示。

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。