大连理工大学
船舶结构分析软件及模型化
课程作业
学院（系）：船舶工程学院 专业：船舶与海洋工程 指导老师：马骏 学生姓名： 学号：
船舶结构分析软件及模型化课程作业
目录
一、前言 ......................................... - 2 - 二、基本方法 ...................................... - 2 - 三、基本载荷 ...................................... - 2 - 四、工况 .......................................... - 2 - 五、材料属性与许用应力 ............................ - 2 - 六、基本数据 ...................................... - 2 - 七、分析模型 ...................................... - 3 - 八、计算数据与结果分析 ............................ - 3 - 九、结论 .......................................... - 3 - 附录A：模型尺寸及相关细节 ......................... - 4 - 附录B：分析模型................................... - 5 - 附录C：静力分析结果 ............................... - 8 - 附录D：结构位移等值 ............................... - 9 - 附录E：模型命令流 ................................ - 10 -
横跨梁结构设计与强度分析 - 1 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
一、前言
本报告是按照所给题目，对起重机横跨梁结构进行设计和强度分析,其中横跨梁被两面墙所支撑。本报告的思想是，在保障横跨梁安全的前提下，尽可能优化设计横跨梁，以期望达到节约成本的效果。
二、基本方法
使用有限元分析方法并且使用ANSYS分析软件。
三、基本载荷
分析过程中涉及到的以下几种载荷： 1、结构自重（软件自动计算）； 2、起重时重物的重量（35吨）。
四、工况
上述几种载荷同时作用，在横跨梁不同位置进行起重作业造成的应力分布与应力大小有所区别。但在本报告中，取最危险情况下的载荷，即小车运动到横跨梁的中点处时的工况。校核时应考虑横跨梁自重。
五、材料属性与许用应力
横跨梁面板材料属性：
密度 = 7850kg/m3 弹性模量 = 2.11×1011Pa 泊松比 = 0.3
许用等效应力 = 210MPa（最危险工况下）
六、基本数据
两侧墙体视为刚性结构，具体尺寸如下：
两墙内侧距离 = 5.00m 墙体缺口高度 = 0.15m 墙体缺口直径 = 0.30m 墙体缺口长度 = 0.30m 横跨梁几何尺寸：
全长 = 5.60m
横跨梁结构设计与强度分析 - 2 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
跨距 = 5.00m 中间部分长度 = 3.40m 上面板拱起高度 = 0.90m 下面板拱起高度 = 0.50m 上面板厚度 = 0.02m 下面板厚度 = 0.015m 腹板厚度 = 0.008m 两侧腹板加强板厚度 = 0.008m 中央腹板加强板厚度 = 0.030m 半圆柱接触面板厚度 = 0.040m 半圆柱加强板厚度 = 0.030m
以上数据位置见附录A，题目要求见附录A，ANSYS分析模型见附录B。
七、分析模型
分析模型包括横跨梁梁体所有构件，但不包括墙体。构件分析模型图可以在附录B中找到。由于模型采用薄板，所以选用shell63单元进行建模。Shell63既具有弯曲能力又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载。其单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动。
使用的坐标系为笛卡尔坐标系，定义方式如下：
X轴：横跨梁的长度方向； Y轴：载荷力的作用方向； Z轴：横跨梁的宽度方向。
本文设定网格处理为：对于网格划分采用0.02×0.02（m）。在网格划分复杂的区域，使用ANSYS程序的自动划分功能。
本文设定边界条件为：约束两半圆柱体支撑与墙体接触的表面上所有节点的X、Y、Z方向的位移和转矩。
八、计算数据与结果分析
通过有限元静力分析，得出设计的横跨梁模型最大应力为195MPa，该值小于许用结构应力210MPa，故此模型在标准载荷作业下可以安全作业。典型工况应力及变形图将在后面的附录B中展示。在结果的分析中，注意到最大应力主要出现在横跨梁中心部位，故要注意对中央位置的腹板加强板可做厚度加强或者材料加强的处理。且在此处多做加强可以显著提高其作业安全性。典型的工况应力及变形图在附录C、D中展示。
九、结论
横跨梁结构设计与强度分析 - 3 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
分析所得结果展示如下：
1. 通过使用不同厚度的板进行模型构建，在满足应力要求的情况下，可以
降低造价；
2. 经过校核，本文中设计的横跨梁在标准载荷作业下的最大应力为
195MPa能够满足强度要求；
3. 横跨梁结构的总重量为994.3Kg。
附录A：模型尺寸及相关细节
横跨梁结构设计与强度分析 - 4 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
附录B：分析模型
图B-1 分析模型（全模型）
图B-2分析模型（局部细节）
横跨梁结构设计与强度分析 - 5 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
图B-3 分析模型（全局网格）
图B-4 分析模型（局部网格）
横跨梁结构设计与强度分析 - 6 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
图B-5分析模型（加载方式）
图B-6分析模型（约束方式）
横跨梁结构设计与强度分析 - 7 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
附录C：静力分析结果
图C-1横跨梁应力云图（载荷作用于梁中间的Von Mises应力云图）
图C-2横跨梁应力云图（载荷作用于梁中间的Von Mises应力云图）
横跨梁结构设计与强度分析 - 8 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
附录D：结构位移等值
图D-1结构位移等值图
图D-2结构位移等值图
横跨梁结构设计与强度分析 - 9 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
附录E：模型命令流
finish /clear
/filename,hengkualiang /title,hengkualiang /unit,si /prep7
!建模部分 !上板 k,1,0,0.2,0 k,100,0.8,0.2,0.9 k,101,0.8,-.2,.9 k,102,4.2,.2,.9 k,103,4.2,-.2,.9 k,2,5,0.2,0 k,3,5,-0.2,0 k,4,0,-0.2,0 a,1,100,101,4 a,100,101,103,102 a,102,2,3,103 !腹板 k,5,0,0,0 k,104,0.8,0,.9 k,105,4.2,0,.9 k,6,5,0,0 k,7,5,0,-.2 k,8,4.2,0,.5 k,9,.8,0,.5 k,10,0,0,-0.2
a,5,104,105,6,7,8,9,10 !下板 k,11,0,0.2,-0.2 k,12,0,-0.2,-0.2 k,13,.8,-0.2,.5 k,14,.8,0.2,.5 k,15,4.2,0.2,.5 k,16,4.2,-0.2,.5 k,17,5,-0.2,-0.2 k,18,5,0.2,-0.2
横跨梁结构设计与强度分析 - 10 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
a,11,12,13,14 a,13,14,15,16 a,15,16,17,18 !两侧板
a,1,4,12,11 a,3,2,18,17
!腹板加强板 k,106,.8,.2,.5 k,107,.8,-.2,.5 k,108,.8,-.2,.9 k,109,.8,.2,.9 k,110,1.65,.2,.5 k,111,1.65,-.2,.5 k,112,1.65,-.2,.9 k,113,1.65,.2,.9 k,19,3.35,-0.2,.9 k,20,3.35,0.2,.9 k,21,3.35,0.2,.5 k,22,3.35,-0.2,.5 k,23,4.2,-0.2,.9 k,24,4.2,0.2,.9 k,25,4.2,0.2,.5 k,26,4.2,-0.2,.5 k,27,2.5,.2,.5 k,28,2.5,0.2,.9 k,29,2.5,-0.2,.9 k,30,2.5,-0.2,.5 a,19,20,21,22 a,23,24,25,26 a,27,28,29,30 a,106,107,108,109 a,110,111,112,113
!圆柱支撑面 k,31,0,0,0 k,32,5,0,0 k,33,5,-.15,0 k,34,5.3,-.15,0 k,35,0,-0.15,0 k,36,-0.3,-0.15,0 l,33,34 l,35,36
横跨梁结构设计与强度分析 - 11 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
arotat,53,,,,,,31,32,180 arotat,54,,,,,,31,32,180
asba,10,4,sepo,0,keep asba,11,4,sepo,0,keep asba,12,4,sepo,0,keep asba,13,4,sepo,0,keep asba,14,4,sepo,0,keep
a,33,34,40,39 a,35,36,44,43 k,114,0,0,0 k,115,-0.3,0,0 k,116,5,0,0 k,117,5.3,0,0 a,41,42,115,114 a,37,38,117,116 !圆管加强板 !k,200,0,0,-0.01 !k,201,-0.04,0,-0.01 !k,202,-0.04,0,-0.09 !k,203,0,0,-0.09 !k,204,5,0,-0.01 !k,205,5.04,0,-0.01 !k,206,5.04,0,-0.09 !k,207,5,0,-0.09 !k,208,0,0,-0.31 !k,209,-0.04,0,-0.31 !k,210,-0.04,0,-0.39 !k,211,0,0,-0.39 !k,212,5,0,-0.31 !k,213,5.04,0,-0.3 !k,214,5.04,0,-0.39 !k,215,5,0,-0.39 !a,200,201,202,203 !a,204,205,206,207 !a,208,209,210,211 !a,212,213,214,215
aovlap,all
!网格划分
et,1,SHELL63
横跨梁结构设计与强度分析 - 12 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
r,1,0.02,0.02,0.02,0.02 r,2,0.015,0.015,0.015,0.015 r,3,0.008,0.008,0.008,0.008 r,4,0.03,0.03,0.03,0.03 r,5,0.035,0.035,0.035,0.035 r,6,0.04,0.04,0.04,0.04 MP,EX,1,2.1E11 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7850 !上板 ASEL,ALL !ASEL,S,loc,z,.9 ASEL,A,area,,1,3 AATT,1,1,1 aesize,all,0.02 mshape,0
mshkey,0 amesh,all
!中间各板 ASEL,ALL
ASEL,S,LOC,X,0.1,4.9 ASEL,R,LOC,Z,-0.06,-0.38 aesize,all,0.02 AATT,1,3,1 mshape,0
mshkey,0 amesh,all !两侧板 ASEL,ALL ASEL,S,LOC,X,0 ASEL,A,LOC,X,5 ASEL,U,LOC,X,-0.03 ASEL,U,LOC,X,5.03 AATT,1,4,1 aesize,all,0.02 mshape,0
mshkey,0 amesh,all !两圆管
横跨梁结构设计与强度分析 - 13 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
ASEL,ALL
ASEL,S,LOC,X,-0.1,-0.3
ASEL,A,LOC,X,5.1,5.3 AATT,1,6,1 aesize,all,0.02 mshape,0
mshkey,0 amesh,all
!圆管加强版 ASEL,ALL
ASEL,S,LOC,X,-0.01,-0.03 ASEL,A,LOC,X,5.01,5.03 asel,U,loc,X,-0.1,-0.3 asel,U,loc,X,5.1,5.3 AATT,1,4,1 aesize,all,0.02 mshape,0
mshkey,0 amesh,all !下板 ASEL,ALL
ASEL,S,LOC,X,0.1,4.9 ASEL,U,LOC,Z,0,-0.38 LSLA,ALL LESIZE,ALL,0.02 AATT,1,2,1 mshape,0
mshkey,1 amesh,all
!加载与求解 nsel,all
NSEL,S,LOC,X,-0.3,-0.02
NSEL,R,LOC,Z,-0.35,-0.2 D,ALL,UX D,ALL,UY
D,ALL,UZ
nsel,all
横跨梁结构设计与强度分析 - 14 - 船舶结构分析软件及模型化课程作业
NSEL,S,LOC,X,5.02,5.3 NSEL,R,LOC,Z,-0.35,-0.2 D,ALL,UX D,ALL,UY D,ALL,UZ nsel,all
NSEL,S,LOC,X,2.46,2.54 NSEL,R,LOC,Z,0, aaaa=NDINQR(0,13) F,ALL,FZ,-35000*9.8/aaaa ALLSEL ACEL,0,0,9.8 /SOLU ANTYPE,0 SOLVE
!求总体质量 /POST1 alls
ETABLE,EVOL,VOLU SSUM *GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOL OBJWEIGHT=7850*VTOT
横跨梁结构设计与强度分析 - 15 -
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