基于ANSYS的单体高速船上层建筑结构优化

0 引言

单体钢质高速船作为一种常用的高速船，应用较为广泛。在我国沿海游客运输中占有重要的地位。由于高速航行的要求和运输过程中的舒适性要求，对船体的重量加以严格控制，另外，为了保证船体具有足够的强度储备，在结构重量和强度的保证方面需要较为精确的设计和计算。

对高速船来说，上层建筑应重点考虑轻量化、增大净空高度、变形控制的问题，从而满足降低重量重心、内部舱室舒适、外观造型美观等设计要求

。

2)规则2。竖井掘进机偏移为正大，偏移改变量为零，说明此时机体轴线与设计轴线平行，但存在较大的偏移，为使竖井掘进机尽快回到设计轴线，液压缸压力差应取负大，减小机体的偏移。

有限元法是结构分析的一种数值计算方法。ANSYS软件是融合结构、热、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，通过ANSYS软件建立有限元模型，以杆、板、壳和梁等单元来模拟船体不同受力状态的构件，进行分析求解，得到各个构件的实际变形和应力结果

。ANSYS软件以其强大的功能、简便的操作方法、可靠的计算结果和较高的效率，成为结构工程强有力的分析工具。

1 建模船舶产品特征概述

1.1 船型

本船为航行于浙江舟山附近海域的单体高速客船。设计航区为沿海航区，稳性满足近海航区要求，抗风能力可达抗风七级，无线电通信设备按A1+A2海区配置。

围绕着生本课堂的创建，教师要创新教学的方式，要能够将创新的理念融入到教学工作实际中。尊重学生，激励学生，给学生更多的支持，让学生享有更多的自由，唤醒学生内在的学习热情。所以，作为一名教师，要灵活运用各种教学手段，将当前非常受教育界认可的情境教学、小组合作教学、角色扮演教学、微课堂教学等形式巧妙结合起来，共同促进学生内在学习动机的激发，提高学生自主学习能力。

本船主体为单底、单甲板、钢质全电焊结构，上层建筑为铝质焊接结构，由2台船用柴油机驱动，并配有高效螺旋桨、带短折角的首部V型、圆舭、方尾，消波船型，具有良好的耐波性。

1.2 主尺度

表1为该船主尺度值。

1.3 上层建筑布置

上层建筑是上甲板以上的各种围蔽建筑物的统称，它有船楼和甲板室两种形式。上层建筑可设客舱及船员的生活舱室，设置驾驶室以扩大驾驶视野，还可以增加船舶的储备浮力，减少上浪

。船舶航行遭遇恶劣的海况时，上层建筑可能受到波浪的冲击，承受波浪冲击力，特别是首部受力最大；当船舶迎着风浪航行时，中部上层建筑前端壁受力最大。船舶主体沿船长力向是连续的，而上层建筑却是间断的，船体在上层建筑端部附近，结构发生突变。当船舶总纵弯曲时，在船中的上层建筑端部将会产生严重的应力集中现象。需要对上层建筑的端部应采取一定的加强措施

。

MRA检查结果提示：20例烟雾病患者中可见两侧颈内动脉的末端呈现狭窄闭塞者共计12例；单侧颈内动脉的末端狭窄性闭塞患者共计8例；20例患者均存在不同程度的大脑前或中动脉的主干狭窄闭塞；其中包括3例患者为大脑后动脉的主干狭窄闭塞；20例患者中有5例患者均为血管跳跃征，其特征为受累的脑动脉节段性血流信号处发生缺失，然而患者远端血流依然存在。在MRA检查中未发现患者的大脑后动脉扩张者共计12例；而出现颈外动脉分支扩张者共计7例。

2 上层建筑的结构设计载荷

根据设计任务书的要求，本船按中国船级社《海上高速船入级与建造规范(2015)》

对本船设计航区营运限制要求进行结构强度设计。每三个肋位设强框架，每档肋位设横向加强材(横梁、肋骨、底肋骨)。部分构件由局部强度计算定。

本船L

=42.6m<50m，L/D=42.6/3.30=12.9>12，按4.8.1.1及4.9.1.1规定

，应该校核总纵强度及构件的纵向稳定性。

铝合金具有密度小、重量轻、比强度高、耐腐蚀、无磁性、低温性能好、可焊接且易于加工成型等优点。本船上层建筑采用的铝材材质为：板材5083H

,其屈服强度

=215N/mm

,抗拉强度

=300N/mm

；普通型材6082T

，其

=250N/mm

,

=290N/mm

。其退火状态下的非比例伸长应力为125N/mm

。参照中国船级社《船体结构强度直接计算指南》中局部强度计算标准，铝合金结构局部强度计算的构件应力应不小于0.77

0.2

，故许用应力[

]=0.77×125=96N/mm

。

上层建筑局部强度的计算载荷，按照规范要求需计算局部结构面积上的压力载荷。

【查阅资料】酒精，化学名称为乙醇，化学式为C2H5OH，熔点为-114.1℃，沸点为78.5℃，易溶于水，能与水以任意比互溶。

2.1 上层建筑和甲板室计算压力

按文献3中的4.4.4.6计算上层建筑和甲板室计算压力

=15.6

(

+0.8-0.3

)kN/m

表2为该船上层建筑和甲板室计算压力。

参试品种有金优38、泰优2806、两优33、甬优4949、A 优 338、天两优 953、黄华占、黄科香 1号、黄科香2号、黄广油占，对照为黄华占。

2.2 上层建筑局部强度校核

2.2.1 围壁及顶板

(4)排导槽工程：在沟口位置设置一道排导槽，规整沟槽断面，将拦挡坝下游的泥石流物质顺畅地导入柏枝溪，保护流通堆积区金狮村居民区的安全。

2.2.2 骨材剖面模数

表3为该船围壁及顶板局部强度校核。

按4.5.3.1对围壁及顶板进行局部强度校核。

按4.5.3.2确定上层建筑骨材剖面模数。

3 上层建筑强构件的强度校核

计算范围从#48号肋位至#71号肋位，计算载荷取为6.6kN/m

。#48、#56、#63号和#71号肋位的甲板纵桁为自由支持，竖桁与下层甲板的连接处为自由支持。甲板载荷等效为线性均布载荷作用在甲板纵桁上，强横梁作为纵桁的支持构件。

教学结束后，采用自制调查问卷对两组护生职业核心能力和人文素养各项指标进行测评。问卷包括主动学习力、学习兴趣、团队协作、语言表达能力、沟通能力、人文素养6个方面，满分100分，分值越高表明能力越强。问卷以不记名方式填写。共发放问卷127份，回收127份，有效回收率100%。

3.1 驾驶室顶棚甲板及其侧壁竖桁

3.1.1 计算方法

3.2.2 构件的剖面要素

在表示日本将尽可能降低核能依赖性的同时，规划还指出，核电份额目标将通过重启核电机组并持续提升安全水平来实现。

3.1.2 构件的剖面要素

MY沥青砂添加剂对基质沥青的性能改善，最终体现道路沥青混合料的路用性能指标上。以《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011的内容为依据，采用AC-16型混合料级配，对改性沥青混合料路用性能进行综合评价[15,16]。

表5为构件的剖面要素。

3.1.3 计算结果

根据绘制的单体高速客船上层建筑结构图中的顶棚甲板图，找到其强构件的坐标，并根据坐标在ANSYS程序中建立关键点，基本确立顶棚甲板的框架，并附上梁的属性，进行网格划分，根据实际的情况对其边界进行约束，把换算荷载加载到纵桁上，运行程序进行计算。图1为顶棚甲板计算结果应力云。表6为甲板纵桁、强横梁和侧壁竖桁的最大应力。

国内外关于退货方面的研究已经非常成熟，而近年来研究方向也逐渐向退货费用等方面转移。Posselt将零售商的退货政策分为顾客所需做出的努力程度、退回商品的具体时限和顾客退回费用的高低三个维度[1]。Bower调研发现如果消费者在得知退回商品仍需自付退货费用时，往往不再愿意购买该电商的产品[2]。国内关于退货费用方面的研究则以运费险为主，单汨源通过构建模型证明消费者的退货率和产品售价均会因商家提供运费险而提升[3]，郑春东利用实证研究发现运费险可减少顾客网购担忧并提高购买意愿[4]。

3.2 驾驶甲板及侧壁竖桁

3.2.1 计算方法

由表6可知，甲板纵桁、强横梁、侧壁竖桁的最大应力值是

=87.7N/mm

。因为

<[

]=96N/mm

，所以驾驶室顶棚甲板强构件及其侧壁竖桁的尺寸满足局部强度要求。

对于上层建筑各层甲板的直接计算采取分层分段建模。为了正确校核上层建筑甲板的承载能力和侧壁的承载能力，计算模型简化为空间梁系结构，梁系由甲板纵桁、强横梁和侧壁竖桁组成。

驾驶室顶棚甲板结构取计算范围从#36号肋位至#56号肋位。计算载荷取为4kN/m

。在#36、#48、#56号肋位处甲板纵桁为自由支持，竖桁与下层甲板的连接处为自由支持。甲板载荷等效为线性均布载荷作用在甲板纵桁上，强横梁作为纵桁的支持构件。

分析数据资料均来源于《湖南省统计年鉴(2002-2016)》、《中国环境统计年鉴(2002-2016)》、《中国城市建设统计年鉴2002-2016》、《2001-2015年湖南省水资源公报》、《2001-2015年湖南省环境状况公报》及湖南省各年统计公报、环境统计相关资料。

表7为构件的剖面要素。

3.2.3 计算结果

图2为驾驶甲板及侧壁竖桁的程序输出结果。

表8为甲板纵桁、强横梁、侧壁竖桁的最大应力。

由表8可知，甲板纵桁、强横梁、侧壁竖桁的最大应力值是 。因为 ，所以驾驶甲板强构件尺寸满足局部强度要求。

3.3 驾驶甲板板格强度计算

3.3.1 计算方法

选取#56号肋位到#59号肋位之间板格进行校核。计算载荷取4kN/m

，周边为刚性固定，外力作为均布载荷作用在甲板板上。

3.3.2 构件的剖面要素

甲板板厚3mm，表9为构件的剖面要素。

3.3.3 计算结果

图3为驾驶甲板板Von-Mises应力程序输出结果；图4为驾驶甲板板架Von-Mises应力程序输出结果；表10为甲板板格板的最大应力。

由表10可知，前端壁构件的最大应力值是

=16.75 N/mm

，因为

<[

]=96N/mm

。所以客舱前端壁构件尺寸满足局部强度要求。

研究区春玉米的生长日期一般在5月初至9月底，约150 d左右。在苗期，玉米的植株较小，需水量也较小，一般在2.5 mm/d。而进入拔节期后，叶面积迅速增加，这时日需水量从3.0 mm/d增加到约5.0 mm/d。进入灌浆期后，叶面积逐渐呈现减小趋势。到成熟期后需水量从3.0 mm/d下降到约1.0 mm/d左右。春玉米生育期内的日需水量变化过程如图2所示。

4 结语

本文主要是利用有限元软件ANSYS，根据中国船级社高速船的规范，确定上层建筑的所承受的外载荷，选定结构尺寸，结合船舶结构直接计算法，选取单体高速船上层建筑的主要构件建立三维有限元模型，对其附属性和外部荷载，对其进行局部强度核算分析和优化，从而满足单体高速船上层建筑的设计要求。

[1]陈南华等.42.5m铝合金高速船结构设计[J].武汉:船海工程,2021,50(5):82-85.

[2]任思杨.工程船结构强度直接计算及优化研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.

[3]刘雪梅.船舶结构与识图[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2017.

[4]徐得志.船舶强度计算与结构设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2021.

[5]中国船级社.海上高速船入级与建造规范[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.