船舶工业有限元分析

随着对船舶性能要求的提高，全球船舶和海洋工程市场的竞争日趋激烈。毫无疑问，全球造船业的机会和挑战并存，获取利润需要强有力的竞争手段和技术领先作为保障。降低设计成本，缩短产品开发周期，提供更完善的服务和维护，对法规变化的快速反应能力等，已经成为船舶和海洋工程项目成功的关键。
全球各大造船企业，纷纷加大对先进CAD/CAE/CAM技术的投入，把基于计算机辅助工程的设计技术与自动化制造技术有机集成，支撑船舶和海上设施设计和建造规范的实施，并为评定和仲裁船舶和海上设施的失效提供详细准确的技术数据。

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由于船舶的运行环境十分复杂，而且其运行环境经常是高速、强水流、强气流等条件，因此，在CAE分析中需要用可靠性高的软件来计算在复杂载荷条件下结构的静、动力响应，损伤破坏和系统的寿命。此外，强大的数值运算能力和高效的求解技术，以及快速生成网格的技术，方便的前后处理技术和良好的开放性特征也尤为重要。

从应用领域来看，船舶行业在设计和CAE分析中遇到的问题主要有以下四个方面：

1、军用船舶：主要考虑船舶在战争中的生存能力，如水下爆炸的时候抗击冲击波的能力；提高舰船的隐蔽性，船载设备在爆炸载荷下的生存能力等。

2、游艇和客运船舶：对于小型的船只和游艇，主要是考虑船舶的总体强度，减低振动的影响以及制造成本；对于大型的客船，主要也是考虑船舶的强度、在风浪中的承载力以及减低振动的影响，并减短设计周期；对于赛艇，主要是提高性能和减轻质量，会设计大量新型复合材料的设施。

3、商用货运船舶：主要是提高船舶的质量，提高承载力，尤其是近年来些新型船舶的出现，如LNG船、LPG船，对设计要求越来越高。

4、发动机等船舶辅助设施：要求是提高能效、减轻重量、减振降噪。

有限元分析优势.png

分析内容

主要分析项目		主要分析内容
结构强度与稳定性	总纵强度	船体在波浪中的中垂/中拱弯曲
	局部强度	舱口角隅应力集中（疲劳热点），液货舱晃荡冲击（SLOShing分析）
	稳定性分析	受压板格屈曲（如船底板、舷侧骨架），潜艇耐压舱体失稳（椭圆度缺陷敏感度）
动力学与振动	全船模态分析	避免主机/螺旋桨激励频率与船体共振（如0.8~1.2倍叶频）
	冲击响应	水下爆炸冲击波传递路径（军用舰艇），砰击载荷（Slamming）对船首结构的瞬态冲击
	噪声预测	推进系统振动通过基座传递至居住区
疲劳寿命评估	关键区域	焊缝疲劳（热点应力法，DNV-RP-C203），缆桩、系泊设备循环载荷损伤
疲劳寿命评估	载荷谱	基于波浪散布图（如北大西洋工况）的长期应力范围统计
流体-结构耦合（FSI）	水弹性分析	波浪诱导的船体颤振（如集装箱船大开口扭转响应）
	桨-轴-船体耦合	螺旋桨激振力导致的船尾振动
	冰载荷耦合	破冰船与冰层碰撞的显式动力学仿真
特殊工况与失效分析	搁浅/碰撞	双层底结构压溃变形，LNG船泄漏风险评估
特殊工况与失效分析	腐蚀与老化	涂层失效区域的应力腐蚀开裂（SCC），复合材料船艇的紫外老化强度衰减

船舶产品分析对象

产品类别	关键系统/部件	有限元分析重点
民用船舶	散货船、集装箱船、油轮	货舱横舱壁强度、球鼻艏砰击压力、疲劳敏感区（如舱口围）
特种工程船	半潜式钻井平台、起重船	桩腿站立稳定性、吊机基座局部强度、月池流体共振
LNG运输船	薄膜型液货舱（MARK III/NO96）	次屏蔽层热应力（-163℃）、晃荡载荷下绝缘箱连接结构
军用舰艇	驱逐舰、潜艇、航母	装甲抗弹性能、声呐罩透声效率、核反应堆舱室抗冲击
高性能船	双体船、水翼艇、气垫船	连接桥波浪载荷、水翼空化振动、气囊接地压力分布