【文章內(nèi)容簡介】 限個單元，并將整個系統(tǒng)的方程轉(zhuǎn)換成一組線性聯(lián)立方程，從而可以用多種方法對其求解。 （ 2） 邊界條件不進(jìn)入單個有限元的方程，而是在得到整體代數(shù)方程后再引入邊界條件。這樣，內(nèi)部和邊界上的單元都能夠采用相 同的場變量模型，而且當(dāng)邊界條件改變時，內(nèi)部場變量模型不需要改變。 （ 3） 有限元法考慮了物體的多維連續(xù)性，不僅在離散過程中把物體看成是連續(xù)的，而且不需要用分別的插值過程把近似解推廣到連續(xù)體中的每一點(diǎn)。 （ 4） 有限元法不需要適用于整個物體的插值函數(shù)，而只需要對每個子域或單元采用各自的插值函數(shù)，這就使得其對復(fù)雜形狀的物體也能適用。 6 （ 5） 有限元法能夠很容易求解非均勻連續(xù)介質(zhì)，而其他方法處理非均勻性則很困難。 （ 6） 有限元法適用于線性或者非線性場合 。 （ 7） 有限元法能夠在不同層面上得到闡釋或理解。 另外，有限元法在應(yīng)用上，也表現(xiàn)出一定的缺點(diǎn) 。 （ 1） 有限元計算，尤其是在對復(fù)雜問題的分析上，所耗費(fèi)的計算資源是相當(dāng)驚人的，計算資源包括計算時間、內(nèi)存和硬盤空間等。 （ 2） 對無限區(qū)域問題，有限元法較難處理。 （ 3） 盡管現(xiàn)在的有限元軟件提供了自動劃分網(wǎng)格技術(shù)，但到底采用什么樣的單元、網(wǎng)格的密度多大才合適等問題，完全依賴于經(jīng)驗。 （ 4） 有限元分析所得結(jié)果并不是計算機(jī)輔助工程的全部，而且一個完整的設(shè)計，不能單獨(dú)使用有限元分析完成，必須結(jié)合其他分析和工程實踐才能完成整個工程設(shè)計。 MSC/PATRAN 軟件介紹 公司（ NYSE： MNSC）是世界領(lǐng)先的虛擬產(chǎn) 品開發(fā)（ VPD）工具供應(yīng)商，其仿真軟件、專業(yè)服務(wù)以及企業(yè)級系統(tǒng)，幫助企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、試驗和制造過程中創(chuàng)造財富、節(jié)約時間、降低成本。 與全球數(shù)百個行業(yè)的數(shù)千家企業(yè)一道，利用信息技術(shù)、軟件、 服務(wù)和系統(tǒng)，增強(qiáng)他們的產(chǎn)品開發(fā)能力、優(yōu)化其產(chǎn)品開發(fā)流程，以期更快地開發(fā)出更好的產(chǎn)品。產(chǎn)品性能的仿真能夠降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市周期、并降低維護(hù)成本。 tware 是行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，為航空航天、汽車、通用機(jī)械、醫(yī)療、生物力學(xué)、鐵道、 運(yùn)輸、消費(fèi)電子等各行各業(yè)的制造企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)提供仿真技術(shù)和相關(guān)服務(wù)。 40 多年來， 始終領(lǐng)導(dǎo)著世界 CAE 的發(fā)展方向，營業(yè)額雄踞業(yè)界首位，占據(jù)了 40%以上的市場份額，產(chǎn)品獲得了各種權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，被公認(rèn)為 CAE 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在航空業(yè) 軟件被美國聯(lián)邦航空管理局 (FAA)認(rèn)證為領(lǐng)取飛行器適航證指定的唯一驗證軟件。在中國， re 公司的產(chǎn)品全面通過了全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的嚴(yán)格考核認(rèn)證，作為與分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) JB473295 相適應(yīng)的分析軟件。在船舶行業(yè) 7 stran 是中國船級社指定的船舶分析驗證軟件 ((1997)118 附件 )，國際船級社協(xié)會的 10 個成員 (世界十大船級社 )中有 8 家采用 Nastran 軟件作為船舶分析的驗證軟件，包括：美國船級社 ABS、英國勞氏船級社 LR、日本船級社 NK、挪威船級社 DNV、韓國船級社 KR、法國船級社 BV、德國勞氏船級社 GL、中國船級社 CCS。 MSC/PATRAN 軟件是目前工業(yè)領(lǐng)域最著名的有限元前、后處理器， 是一個開放式、多功能的三維 MCAE 軟件包，具有集工程設(shè)計 、工程分析、和結(jié)果評估功能于一體的、交互圖形界面的 CAE 集成環(huán)境 [6]。它 誕生于 20 世紀(jì) 80 年代初期，是在 美國國家宇航局 (NASA)的資助下，產(chǎn)生的新一代并行框架式有限元前后處理及分析仿真系統(tǒng)，其開放式、多功能的體系結(jié)構(gòu)可將工程設(shè)計、工程分析、結(jié)果評估、用戶化設(shè)計和交互圖形界面集于一身，構(gòu)成一個完整的 CAE 集成環(huán)境。 通過 Patran，可以幫助用戶實現(xiàn)從設(shè)計到制造全過程的產(chǎn)品性能仿真。其具有： 鼠標(biāo)驅(qū)動的Motif 標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面；命令過程自動文件記錄，記錄文件可編輯修改并用于模型參數(shù)化研究；交互的超文本在線幫助系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫不同平臺相互兼容；強(qiáng)大的 PATRAN 命令語言 (PCL)可使用戶開發(fā)自己的分析模塊和完全集成已有的分析程序； CAD 模型直接讀入； Unigraphics 幾何特征讀寫和編輯功能；獨(dú)立的幾何模型的創(chuàng)建和編輯工具；完全集成 MSC 的各種分析求解器及外部；第三方的分析求解器；豐富、高質(zhì)量的 1D, 2D 和 3D 網(wǎng)格劃分器；任意的梁截面庫定義；載荷、邊界條件、材料和單元特性可直接施加在幾何模型上；可視化的與時間或溫度相關(guān)的載荷和材料特性的定義及顯示；豐富的結(jié)果后處理功能 豐富可調(diào)的色彩顯示方案；直接訪問材料管理系統(tǒng) MSC/MVISION 中的各種材料數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)浮動 LICENSE 管理 等特點(diǎn) 。 MSC/PATRAN 可快速 明了的顯示結(jié)構(gòu)、熱、疲勞、流體、及電磁場分析的結(jié)果，并能和其它有限元程序關(guān)聯(lián)， Patran 的結(jié)果分別與其有限元網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行映射。 作為一個優(yōu)秀的前后處理器，它具有高度的集成能力和良好的適用性。 MSC/NASTRAN 軟件介紹 MSC/NASTRAN 是由 公司推出的一個大型結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，其第一個版本出現(xiàn)于 1969 年，經(jīng)過幾十年的發(fā)展與完善， MSC/Nastran 已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的有限元分析軟件，它 具有很高的軟件可靠性和優(yōu)秀品質(zhì)，眾多大 8 公司和工業(yè)行業(yè)都用 MSC/Nastran 的計算結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)代替其它質(zhì)量規(guī)范 則 。 MS 是一具有高度可靠性的結(jié)構(gòu)有限元分析軟件 , 有著 36 年的開發(fā)和改進(jìn)歷 史 , 并通過 50,000 多個最終用戶的長期工程應(yīng)用的驗證。 STRAN 的整個研制及測試過程 是在 MSC 公司的 QA 部門、美國國防部、國家宇航局、聯(lián)邦航空管理委員會 (FAA)及核能委員會 等有關(guān)機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格控制下完成的 ,每一版的發(fā)行都要經(jīng)過 4 個級別、 5,000 個以上測試題目的檢驗。 MS 被人們?nèi)绱送瞥缍鴱V泛應(yīng)用使其輸入輸出格式及計算結(jié)果成為當(dāng)今 CAE 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ,幾乎所有的 CAD/CAM 系統(tǒng)都競相開發(fā)了其與 TRAN 的直接接口 , TRAN 的計算結(jié)果通常被視為評估其它有限元分析軟件精度的參照標(biāo)準(zhǔn) ,同時也是處理大型工程項目和國際招標(biāo)的首選有限元分析工具。 不但容易使用而且具有十分強(qiáng)大的軟件功能。 通過不斷地完善 , 如增加新的 單元類型和分析功能、提供更先進(jìn)的用戶界面和數(shù)據(jù)管理手段、進(jìn)一步提高解題精度和矩陣運(yùn)算效益等等 ,使 MSC 公司以每年推出一個小版本、 每兩年推出一個大版本的速度為用戶提供 MSC 新產(chǎn)品。 全模塊化的組織結(jié)構(gòu)使其不但擁有很強(qiáng)的分析功能而又保證很好的靈活性 , 用戶可針對根據(jù)自己的工程問題和系統(tǒng)需求通過模塊選擇、組合獲取最佳的應(yīng)用系統(tǒng)。此外 , MSC .NASTRAN 的全開放式系統(tǒng)還為用戶提供了其它同類程序所無法比擬開發(fā)工具 DMAP 語言。 對于解題的自由度數(shù)、帶寬或波前沒有任何限制，其不但適用于中小型項 目對于處理大型工程問題也同樣非常有效 , 并已得到了世人的公認(rèn)。 TRAN 已成功地解 決了超過 5,000,000 自由度以上的實際問題。 Nastran 具有良好的用戶界面，開放式的結(jié)構(gòu)，全模塊化的組織結(jié)構(gòu)使其不但擁有很強(qiáng)的分析功能而又保證具有很高的靈活性，使用者可針對根據(jù)自己的工程問題和系統(tǒng)需求通過模塊選擇、組合獲取最佳的應(yīng)用系統(tǒng)，使用方便、功能強(qiáng)大。此外， Nastran 還為用戶提供了強(qiáng)大的開發(fā)工具 DMAP 語言。作為世界 CAE 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及最流行的大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，它具有高度的集成能力和良好的適用性，從而使得 Nastran的分析功能覆蓋了絕大多數(shù)工程應(yīng)用領(lǐng)域，其分析功能包括靜力分析、模態(tài)分析、屈曲分析、熱應(yīng)力分析，動力學(xué)分析、熱傳導(dǎo)分析 、非線性分析、流一固耦合分析、設(shè)計靈敏度分析及優(yōu)化分析、超單元，氣動彈性分析、高級對稱分析及數(shù)據(jù)庫管理等。 MSC/Nastran 是 MSC/Patran 的強(qiáng)大計算支持，它具有算法速度快，占用存儲空間小等優(yōu)點(diǎn)，且能有效的求解大的有限元模型， 它率先將工程技術(shù)人員從繁重的計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作中解脫出來，并能將計算結(jié)果以可視化的方式顯示出來，直觀而美麗。 目前， MSC/Patran 和 MSC/Nastran 軟件已經(jīng)在我國的汽車、航空、航天、電子、土木工程、船舶工程、通用機(jī)械、兵器、核能、醫(yī)療器械 、鐵道、石油和化工等領(lǐng)域得到 了廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)擁有大量的使用者。 9 第 三 章 上層建筑基本資料及 吊裝方案 上層建筑 基本資料 本課題研究的 176000t 散貨船上層建筑 如圖 31~圖 32 所示 共 有七層。 自下向上分別為 A 甲板（ A. Deck） 、 B 甲板（ B. Deck） 、 C 甲板（ C. Deck） 、 D 甲板（ D. Deck） 、E 甲板（ E. Deck） 、 駕駛甲板（ NAV. Deck） 、 羅經(jīng)甲板（ Compass. Deck） 。 該 上層建筑 船長方向 m(Fr27~Fr46), 船寬方向 （該上層建筑左右舷圍壁間距），船 深方向 （ 、 、 、 、 NAV. Deck 、 ）。 上層建筑總重量為 650t。 各層甲板 均 采用 縱 骨架式，在右舷靠船中設(shè)有樓梯通道；肋距 800mm，縱骨間距 810mm；上層建筑結(jié)構(gòu)全部采用普通碳素 鋼。 圖 31 176000t 散貨船上層建筑側(cè)視圖 10 圖 32 176000t 散貨船上層建筑正視圖 上層建筑吊裝方 案 船舶上層建筑整體吊裝方案設(shè)計 流程 吊排的布置原則如下： （ 1）吊馬安裝位置應(yīng)與分段重心對稱； （ 2）吊馬安裝位置一般設(shè)在分段的縱橫骨架交叉處，或者在分段的剛性構(gòu)件上； （ 3）吊馬安裝方向應(yīng)與受力方向一致； （ 4）采用落地翻身時，吊馬位置應(yīng)盡可能在分段重心平面內(nèi) 。 船舶上層建筑整體吊裝方案設(shè)計流程如下： （ 1）先算出重量和重心； （ 2）根據(jù)重量及吊機(jī)能力（最大起重量及高度）確定要參與的吊機(jī)數(shù)量（單吊機(jī)或雙吊機(jī)）； （ 3）確定吊點(diǎn)（至少 4 個，吊點(diǎn)設(shè)在強(qiáng)結(jié)構(gòu)處，如艙壁，強(qiáng)梁處，必要時對附近結(jié)構(gòu)要進(jìn)行加強(qiáng)，如加厚的插入板，梁等），吊點(diǎn)中心盡量 同上層建筑的重心在同一垂 直 線上； （ 4）根據(jù)吊機(jī)起吊高度確定吊繩長度，不可過短，以免產(chǎn)生大的水平力，夾腳大于 60 度； （ 5）用有限元軟件建模計算吊裝強(qiáng)度，一方面校核整個上建的強(qiáng)度和變形，另一 11 方面獲得每一吊耳的工作載荷。加載時注意兩點(diǎn)： A 要取一定值安全系數(shù)來考慮吊裝時動載荷； B 模型的重量和手工計算重量一般有差異，需加系數(shù)補(bǔ)償。對上建底部開口需加撐桿來抵抗水平力，對形狀不對稱的上建根據(jù)具體情況也可能要加撐桿