58米甲板駁總縱強(qiáng)度直接計(jì)算【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　船舶與海洋工程</b></p><p>　　58米甲板駁總縱強(qiáng)度直接計(jì)算</p><p>　　摘要：在船體結(jié)構(gòu)的方面安全性問(wèn)題越來(lái)越得到重視。至于如何精確地計(jì)算船體的總縱極限強(qiáng)度,已經(jīng)成為船舶安全性和生命力的關(guān)鍵。 長(zhǎng)期以來(lái),人們一直致力于

2、開(kāi)發(fā)各種極限強(qiáng)度的求解方法,一種計(jì)算船體總縱極限強(qiáng)度的方法即非線性有限元法隨著計(jì)算機(jī)軟硬件飛速發(fā)展而得到廣泛的應(yīng)用。該方法很好的考慮了影響船體總縱極限強(qiáng)度的一些敏感因素,例如材料的彈塑性屬性、單元的幾何非線性行為以及單元的屈曲強(qiáng)度和后屈曲強(qiáng)度。</p><p>　　關(guān)鍵字：船體 有限元 強(qiáng)度</p><p><b>　　1 發(fā)展歷史 　</b></p&

3、gt;<p>　　有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并由于其方便性、實(shí)用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過(guò)短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速?gòu)慕Y(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法[1]。</p><p>　　前處理

4、技術(shù)伴隨著有限元技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展.最早的有限元網(wǎng)格自動(dòng)剖分出現(xiàn)于70年代初.首先在待解子域中隨機(jī)生成節(jié)點(diǎn)，將其連接起來(lái)形成三角形單元.用Delaunay算法可獲得性能優(yōu)良、形狀最佳的三角形單元.因而頗受歡迎，成為三角形單元自動(dòng)剖分的主要方法.</p><p>　　映射法也是早期出現(xiàn)的較優(yōu)秀的方法，如保角映射法 、拉普拉斯映射法、等參映射法、超限映射法和近幾年在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的模板法。映射法需要準(zhǔn)備大量的數(shù)據(jù)，只能算是半

5、自動(dòng)方法，但由于概念明確、方法簡(jiǎn)單、單元性能較好，對(duì)規(guī)則均一的區(qū)域，適用性很強(qiáng)，所以得到了較大的發(fā)展，并一度成為商用軟件的主要方法[2]。</p><p>　　此外，還有遞歸分解法 (又稱拓?fù)浞纸夥ǎ?、四分法、Paving法和前沿(front)法，以及由前沿法改進(jìn)而形成的行波(advancingfront)法等均能生成質(zhì)量較高的單元[3]。</p><p>　　三角形單元精度比四邊形單元低

6、但對(duì)邊界的適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。在四邊形單元生成法中[4]，除了映射法、四分法和Paving法外，合成法生成的四邊形單元具有較高的質(zhì)量。 </p><p><b>　　2 現(xiàn)狀 　</b></p><p>　　近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的不斷提高[5],有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來(lái)越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問(wèn)題的有效途 徑

7、，現(xiàn)在從汽車到航天飛機(jī)幾乎所有的設(shè)計(jì)制造都已離不開(kāi)有限元分析計(jì)算，其在機(jī)械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器，國(guó)防軍工，船舶， 鐵道，石化，能源，科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）增加產(chǎn)品和工程的可靠性； </p><p>　?。?）在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題；</p><p&

8、gt;　?。?）經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低原材料成本；</p><p>　　（4）縮短產(chǎn)品投向市場(chǎng)的時(shí)間；</p><p>　?。?）模擬試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)，從而減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。</p><p>　　從現(xiàn)今的國(guó)際上的CAE軟件的發(fā)展情況，能看出有限元分析的以下幾部分發(fā)展趨勢(shì)。 </p><p>　?。?）與CAD軟件的無(wú)縫集成[6

9、]</p><p>　　當(dāng)今有限元分析軟件的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是與通用CAD軟件的集成使用，即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設(shè)計(jì)后，能直接將模型傳送到CAE軟件中進(jìn)行有限 元網(wǎng)格劃分并進(jìn)行分析計(jì)算，如果分析的結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求則重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，直到滿意為止，從而極大地提高了設(shè)計(jì)水平和效率。</p><p>　?。?）更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力</p><p>　　有限

10、元法求解問(wèn)題的基本過(guò)程主要包括：分析對(duì)象的離散化、有限元求解、計(jì)算結(jié)果的后處理三部分。由于結(jié)構(gòu)離散后的網(wǎng)格質(zhì)量直接影響到求解時(shí)間及求解結(jié)果的 正確性與否，近年來(lái)各軟件開(kāi)發(fā)商都加大了其在網(wǎng)格處理方面的投入，使網(wǎng)格生成的質(zhì)量和效率都有了很大的提高，但在有些方面卻一直沒(méi)有得到改進(jìn)，如對(duì)三維實(shí) 體模型進(jìn)行自動(dòng)六面體網(wǎng)格劃分和根據(jù)求解結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，除了個(gè)別商業(yè)軟件做得較好外，大多數(shù)分析軟件仍然沒(méi)有此功能。</p>&

11、lt;p>　?。?）由求解線性問(wèn)題發(fā)展到求解非線性問(wèn)題</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，線性理論已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的要求，許多工程問(wèn)題如材料的破壞與失效、裂紋擴(kuò)展等僅靠線性理論根本不能解決，必須進(jìn)行非線性分析求解。非線性問(wèn)題的求解是很復(fù)雜的，它不僅涉及到很多專門的數(shù)學(xué)問(wèn)題，還必須掌握一定的理論知識(shí)和求解技巧，學(xué)習(xí)起來(lái)也較為困難。為此國(guó)外一些公司花費(fèi)了大量的人力和物力開(kāi)發(fā)非線性求解分析軟件。<

12、/p><p>　　（4）由單一結(jié)構(gòu)場(chǎng)求解發(fā)展到耦合場(chǎng)問(wèn)題的求解</p><p>　　有限元分析方法最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，主要用來(lái)求解線性結(jié)構(gòu)問(wèn)題，實(shí)踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法。而且從理論上也已經(jīng)證明，只要用于離散求解 對(duì)象的單元足夠小，所得的解就可足夠逼近于精確值?，F(xiàn)在用于求解結(jié)構(gòu)線性問(wèn)題的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟，發(fā)展方向是結(jié)構(gòu)非線性、流體動(dòng)力學(xué)和耦合場(chǎng)問(wèn)題的求解。</

13、p><p>　?。?）程序面向用戶的開(kāi)放性</p><p>　　隨著商業(yè)化的提高，各軟件開(kāi)發(fā)商為了擴(kuò)大自己的市場(chǎng)份額，滿足用戶的需求，在軟件的功能、易用性等方面花費(fèi)了大量的投資，但由于用戶的要求千差萬(wàn)別，不管 他們?cè)鯓优σ膊豢赡軡M足所有用戶的要求，因此必須給用戶一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，允許用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)軟件進(jìn)行擴(kuò)充，包括用戶自定義單元特性、用戶自定 義材料本構(gòu)（結(jié)構(gòu)本構(gòu)、熱本構(gòu)、流體本構(gòu)）

14、、用戶自定義流場(chǎng)邊界條件、用戶自定義結(jié)構(gòu)斷裂判據(jù)和裂紋擴(kuò)展規(guī)律等等。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　當(dāng)前，速度不再是人們最擔(dān)心的問(wèn)題，減輕手工勞動(dòng)和提高計(jì)算精度便成了當(dāng)然的發(fā)展趨勢(shì)，有限元技術(shù)發(fā)展將主要朝以下幾個(gè)方向發(fā)展。</p><p>　?。?）前處理將朝著多媒體化方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)具有高效快速和完美的圖形處理

15、能力，有限元的前后處理由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成并全過(guò)程可視化是當(dāng)今有限元技術(shù)的標(biāo)志之一，這在目前的一些商用軟件中已得到實(shí)現(xiàn)。多媒體化將是有限元前處理技術(shù)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的新的發(fā)展趨勢(shì)之一。</p><p>　?。?）前處理將朝著智能化方向發(fā)展。一是網(wǎng)格生成要體現(xiàn)人的意志，充分利用以往人工剖分經(jīng)驗(yàn)和要求，盡量實(shí)現(xiàn)理想的網(wǎng)格劃分。另一方面，仿真計(jì)算技術(shù)要求前處理技術(shù)模擬工程技術(shù)中的各種問(wèn)題，如施工過(guò)程、施工優(yōu)化等。這必將導(dǎo)

16、致前處理技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　?。?）提高計(jì)算精度將是有限元技術(shù)發(fā)展的另一重大任務(wù)。在前處理技術(shù)中這包含兩個(gè)方面的意義。一方面是提高網(wǎng)格精度。網(wǎng)格精度直接影響到有限元計(jì)算精度。各種方法自動(dòng)生成的網(wǎng)格單元受其邊界條件制約較大。盡管可以通過(guò)單元光滑法和單元修正技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，但在復(fù)雜區(qū)域和復(fù)雜邊界時(shí)這是有限的。因此如何進(jìn)一步提高生成單元的精度仍是前處理課題之一。另一方面是自適應(yīng)有限元技術(shù)。自適應(yīng)算法中通過(guò)

17、自動(dòng)加密網(wǎng)格來(lái)提高計(jì)算精度。這種算法有效而且收斂快，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)自適應(yīng)算法將會(huì)有較大的發(fā)展。其主要問(wèn)題在于如何進(jìn)行誤差估算，這對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域中的不同問(wèn)題是不一樣的。這也是目前有限元前處理技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王利永．船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度全船有限元計(jì)算研究[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2006：8～114．<

18、;/p><p>　　張延輝．船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算中載荷平衡方法研究[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2006：6～58．</p><p>　　劉兵山，黃聰．Patran 從入門到精通[M]．北京：中國(guó)水利出版社，2003：1～386．</p><p>　　王勖成，劭敏．有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M]．清華大學(xué)出版社，1997:１～10．</p><p&