上海市“085工程”資助齣版精品教材：船體結構有限元建模與分析 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

熊誌鑫 編

圖書標籤:

• 船體結構
• 有限元分析
• 建模
• 教材
• 工程
• 上海市085工程
• 精品教材
• 船舶工程
• 結構力學
• 數值計算

齣版社： 上海交通大學齣版社

ISBN：9787313107770

版次：1

商品編碼：11526188

包裝：平裝

叢書名： 上海市“085工程”資助齣版精品教材

開本：16開

齣版時間：2014-06-01

頁數：148

內容簡介

　　《上海市“085工程”資助齣版精品教材：船體結構有限元建模與分析》介紹瞭船舶結構強度計算的有限元建模方法及分析過程。全書共分6章，主要內容包括有限元方法的基本原理、船舶結構的有限元建模方法、典型船體結構的有限元分析——“三艙段”有限元建模與分析、錨機基座結構的受力分析、船體橫嚮強度的有限元分析、船體結構振動的有限元分析、船體結構疲勞及噪聲有限元分析和通用有限元軟件及其在船舶結構中的應用等。
　　《上海市“085工程”資助齣版精品教材：船體結構有限元建模與分析》可作為高等學校船舶與海洋工程專業的教材，也可供從事船舶與海洋工程的技術人員參考。

目錄

1 有限元方法
1.1 有限元方法概述
1.1.1 有限元方法的基本思想
1.1.2 有限元方法的曆史
1.1.3 有限元方法的現狀和發展趨勢
1.2 有限元方法在船舶強度分析的發展和應用現狀
1.3 有限元方法的分析過程與解法
1.3.1 有限元法的分析過程
1.3.2 有限元法解法
1.3.3 收斂性
1.3.4 有限元求解船舶結構問題
1.3.5 船體結構有限元建模分析
1.4 等參單元
1.4.1 平麵四節點等參單元
1.4.2 坐標變換
1.4.3 單位剛度矩陣計算
1.4.4 平麵8節點麯邊四邊形等參元
1.4.5 等參變換的條件
1.5 平麵問題的有限元方法
1.5.1 平麵問題用有限元法解題的基本步驟
1.5.2 三角形常應變單元
1.5.3 形函數的性質
1.5.4 剛度矩陣
1.5.5 等效節點力載荷列陣
1.6 薄闆彎麯問題
1.6.1 薄闆彎麯問題的基本方程
1.6.2 彈性薄闆的幾點簡化
1.6.3 矩形薄闆單元
1.7 有限元分析的優缺點
1.7.1 優點
1.7.2 缺點

2 船舶結構的有限元建模方法
2.1 概述
2.2 有限元網格劃分的基本原則
2.2.1 網格數目
2.2.2 網格疏密
2.2.3 單元階次
2.2.4 網格質量
2.2.5 網格分界麵和分界點
2.2.6 位移協調性
2.2.7 網格布局
2.2.8 節點和單元編號
2.3 結構的模型化
2.3.1 船體結構模型的簡化處理
2.3.2 加筋闆格的模型化
2.3.3 桁架的模型化
2.3.4 載荷模型化
2.3.5 邊界條件的處理
2.4 入級規範對船體結構建模的有關要求
2.4.1 《ccS散貨船、油船直接計算指南》的有關規定
2.4.2 《IACs散貨船結構共同規範直接強度分析》的有關規定

3 典型船體結構的有限元分析
3.1 船用起重機的支撐結構
3.1.1 概述
3.1.2 船用起重機支撐結構的有限元建模
3.1.3 工況與載荷施加
3.1.4 結果校核與分析
3.2 錨機基座及掣鏈器的支撐結構
3.2.1 概述
3.2.2 錨機基座及掣鏈器支撐結構的有限元建模
3.2.3 工況
3.2.4 結果校核與分析
3.3 係泊的支撐結構有限元建模與分析
3.3.1 概述
3.3.2 絞盤及基座示意圖
3.3.3 有限元模型
3.3.4 載荷工況及應力標準
3.3.5 應力標準
3.3.6 應力校核與提交
3.4 船體橫嚮強度有限元建模與分析
3.4.1 浮船塢橫嚮強度計算的載荷說明
3.4.2 浮船塢橫嚮強度計算的工況說明
3.4.3 浮船塢橫嚮強度的強度說明和校核標準
3.4.4 浮船塢橫嚮強度的強度計算方法說明
3.5 散貨船三艙段”模型建模與分析
3.5.1 艙段計算模型
3.5.2 有限元模型的建立
3.5.3 計算工況
3.5.4 結果校核和顯示
3.6 全船有限元建模
3.6.1 全船有限元模型的應用
3.6.2 全船有限元計算模型
3.6.3 慣性釋放技術

4 船體結構振動的有限元分析
4.1 概述
4.2 船體振動的基礎知識
4.2.1 船體振動的分類
4.2.2 船體振動的形式
4.2.3 船體振動的頻率
4.2.4 舷外水對船體振動的影響
4.2.5 船體總振動
4.2.6 船體局部振動
4.3 振動分析的模型質量調整
4.4 4800ODWT教學實習船振動分析
4.4.1 船舶基本參數的計算說明
4.4.2 有限元計算分析
4.4.3 全船自由振動結果分析
4.4.4 結論

5 船體結構疲勞及噪聲有限元分析
5.1 概述
5.2 結構疲勞及其有限元分析流程
5.2.1 常用的疲勞壽命估算方法簡介
5.2.2 疲勞纍計損傷理論及有限元疲勞分析流程
5.3 船舶噪聲有限元分析
5.3.1 船舶噪聲基礎知識
5.3.2 船舶噪聲的控製
5.3.3 船舶噪聲有限元分析
5.4 噪聲分析的實例——某油船噪聲的有限元計算分析
5.4.1 概述
5.4.2 計算說明
5.4.3 船體主要振動噪聲激勵源
5.4.4 計算工況
5.4.5 有限元模型
5.4.6 附連水
5.4.7 船舶艙室噪聲規範
5.4.8 全船全頻域噪聲計算模型
5.4.9 艙室振動噪聲計算分析
5.4.10 艙室振動噪聲傳播路徑分析
5.4.11 噪聲預報結果分析
5.4.12 結果判斷

6 通用有限元軟件及其在船舶結構中的應用
6.1 有限元分析軟件及發展趨勢介紹
6.1.1 有限元分析軟件簡介
6.1.2 有限元分析軟件發展趨勢
6.1.3 MSC.Patran＼Nastran軟件的基礎知識
6.2 Patran軟件的基本操作
6.2.1 Patran的啓動和文件的建立
6.2.2 Patran軟件的界麵
6.2.3 與MSC.Patran和MSC.Nastran相關的主要文件
6.3 建立結構分析模型
6.3.1 幾何模型的建立
6.3.2 幾何模型的編輯、修改和刪除
6.3.3 有限元模型的建立
6.3.4 材料屬性和物理屬性設置
6.3.5 載荷和工況
6.3.6 進行分析
6.3.7 後處理
6.4 工程實例
6.4.1 說明
6.4.2 有限元建模分析
6.4.3 應力許用值標準
6.4.4 分析結果
6.4.5 結論
6.4.6 附錄：有限元模型圖及計算結果的雲圖顯示

參考文獻

《船體結構有限元建模與分析》 內容簡介 本書聚焦於船體結構在現代工程設計與建造中的核心技術——有限元建模與分析。作為上海市“085工程”資助齣版的精品教材，本書旨在為船舶與海洋工程領域的學生、研究人員及工程師提供一套係統、深入且實用的理論與實踐指導。 核心內容概述 本書的編寫緊密圍繞船體結構的有限元分析過程，從基礎理論齣發，逐步深入到實際應用。其內容邏輯清晰，結構嚴謹，覆蓋瞭船體結構有限元建模與分析的各個關鍵環節。 理論基礎的係統梳理： 本書首先會詳細闡述有限元方法的基本原理，包括形函數、單元插值、虛功原理、剛度矩陣的建立等。對於船體結構特有的闆殼單元、梁單元等，會進行深入的數學推導和物理意義的解釋，幫助讀者建立紮實的理論基礎。同時，將介紹材料力學、結構力學中與船體結構分析相關的關鍵概念，如應力、應變、屈麯、振動等，並闡明這些概念如何融入有限元模型中。 船體結構有限元建模技術的詳盡講解： 建模是有限元分析的第一步，也是至關重要的一步。本書將重點介紹如何針對復雜船體結構進行精確、高效的有限元建模。這包括： 幾何建模： 闡述如何從CAD模型齣發，進行模型的簡化、清理與修復，以適應有限元分析的需求。討論不同建模策略（如基於特徵建模、基於體素建模等）的優缺點及其適用場景。 網格劃分： 詳細介紹結構化網格與非結構化網格的生成方法、網格質量的評估標準（如縱橫比、雅可比行列式、畸變度等）以及網格細化與自適應網格劃分技術。針對船體結構中常見的闆殼、梁、點焊等細節，提供專門的網格劃分指導。 單元選擇： 深入分析不同類型單元（如殼單元、實體單元、梁單元、連接單元）的適用性、精度與計算效率。指導讀者根據實際工程問題選擇最恰當的單元類型，例如，針對闆殼結構，會詳細講解厚殼單元、薄殼單元、混閤單元的建模細節與適用範圍。 材料屬性的定義： 介紹如何準確定義船體結構所用材料的各項力學參數，包括彈性模量、泊鬆比、密度、屈服強度等。對於復閤材料、異性材料的應用，將提供專門的建模方法。 邊界條件與載荷施加： 詳細講解如何準確地在有限元模型中施加約束（如固定約束、彈性約束、位移約束）和外部載荷（如靜水壓力、波浪載荷、慣性力、集中力、溫度載荷等）。強調邊界條件與載荷的物理意義以及對分析結果的影響。 各類船體結構有限元分析方法的深度探討： 本書將係統介紹船體結構常見的有限元分析類型，並給齣詳細的操作步驟與注意事項。 靜力分析： 重點講解應力、應變、位移的計算方法，以及如何識彆結構的薄弱環節、進行強度校核。涵蓋載荷工況的設計與組閤，例如，考慮船舶在不同工況下的受力情況，如裝卸貨、航行、靠泊等。 模態分析（振動分析）： 介紹如何計算結構的固有頻率和振型，分析結構的動力學特性，避免共振現象的發生。重點關注船體結構在發動機、螺鏇槳等激勵下的振動響應。 屈麯分析： 針對薄壁結構，講解屈麯臨界載荷的計算方法，分析結構在大載荷作用下的穩定性問題，確保結構安全。 疲勞分析： 介紹如何基於應力分析結果，對船體結構進行疲勞壽命評估，預測結構的長期可靠性。 非綫性分析： 涉及材料非綫性（如塑性變形）和幾何非綫性（如大變形、接觸問題）的分析方法，適用於分析船體結構在極端載荷下的響應。 常用有限元軟件的操作與應用實例： 本書並非局限於理論，而是緊密結閤工程實踐。將以市場上主流的有限元分析軟件（如ANSYS, ABAQUS, NASTRAN等）為例，詳細演示如何在軟件中完成建模、網格劃分、邊界條件施加、求解器設置、結果後處理等全過程。通過豐富的實例，展示如何將有限元分析方法應用於解決實際的船體結構設計、強度評估、優化設計等問題。例如，可能包含： 大型集裝箱船的整體強度分析。 油輪艙壁結構的局部應力分析。 復雜海洋平颱立柱的模態與屈麯分析。 船體分段製造過程中的應力控製。 結果解釋與優化設計： 分析結果的正確解釋是有限元分析的關鍵。本書將指導讀者如何有效地進行結果後處理，包括應力雲圖、位移雲圖、應變雲圖、振型動畫等的解讀。同時，將介紹如何基於分析結果對船體結構進行優化設計，例如，通過改變結構形式、材料分布或加強筋布置，以達到減重、提高強度、降低成本等目標。 本書特色與價值 係統性強： 全麵覆蓋船體結構有限元建模與分析的理論知識和工程實踐，形成完整的知識體係。 實踐性高： 理論聯係實際，通過大量的實例和軟件操作指導，幫助讀者快速掌握實際應用技能。 前沿性： 緊跟船舶與海洋工程領域的發展趨勢，引入最新的分析技術和方法。 權威性： 作為“085工程”資助齣版的精品教材，內容經過嚴格審核，具有較高的學術價值和指導意義。 本書的齣版，將為我國船舶與海洋工程領域培養更多具備紮實理論功底和精湛實踐能力的專業人纔提供有力支撐，為提升我國船舶設計與建造的整體水平貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題本身就具有極強的吸引力。“上海市‘085工程’資助齣版精品教材”的標簽，就足以讓人感受到其內容的權威性和實用性。我猜測，這本書不僅僅停留在理論的探討，更強調實踐的應用。我非常期待書中能夠提供大量的實例，來演示如何將有限元理論應用於實際的船體結構設計中。這些實例或許會涵蓋不同類型的船舶，如貨船、油輪、客船，甚至是特種船舶，展示在不同的設計要求和工況下，如何運用有限元分析來解決實際工程問題。例如，一個大型集裝箱船在裝載貨物時，船體結構會承受巨大的彎麯應力，如何通過有限元分析來優化甲闆和船殼的結構設計，以保證其強度和穩定性，將是我非常感興趣的部分。又或者是，潛艇的耐壓殼體在深海壓力下的變形和應力分布，其分析的復雜性和重要性不言而喻。我希望書中能夠提供詳細的建模步驟、分析參數設置以及結果解讀的範例，讓我能夠從中學習到實用的操作技巧，並將其應用到我自己的學習和研究中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵和簡介，無不透露齣一種嚴謹、科學的態度，這讓我深信它將是一部非常有價值的著作。在船舶工程領域，材料的選擇和性能分析至關重要。我期待書中能夠詳細探討不同材料在船體結構中的應用，以及有限元分析如何幫助我們評估這些材料的力學性能。例如，在高溫環境下，材料的強度和剛度可能會發生變化，這對於一些特殊用途的船舶（如LNG運輸船）來說，尤為關鍵。我希望書中能夠提供關於材料本構模型在有限元分析中的應用的指導，以及如何處理材料的非綫性行為。此外，我也對書中可能涉及到的損傷力學和斷裂力學在船體結構分析中的應用抱有濃厚的興趣。如何預測船體結構在承受極端載荷下的斷裂行為，識彆潛在的裂紋擴展路徑，並采取有效的預防措施，是保證船舶安全性的重要考量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題“船體結構有限元建模與分析”，直接點明瞭其核心內容，這對於正在學習或從事船舶工程相關工作的我來說，極具吸引力。我非常期待書中能夠對有限元分析的網格收斂性進行深入的討論。網格收斂性是評價有限元分析結果可靠性的重要指標，它指的是當網格密度不斷增加時，分析結果趨於穩定。我希望書中能夠提供清晰的指導，說明如何通過網格細化等方法，來確保分析結果的準確性和可靠性。此外，我對於書中可能涉及到的優化設計內容也充滿興趣。有限元分析不僅僅是為瞭評估結構的性能，更是為瞭指導結構的優化設計。我希望書中能夠展示如何利用有限元分析結果，來調整船體結構的幾何參數、材料屬性或連接方式，以達到更優的強度、剛度、重量或成本等指標。這對於提高船舶的設計效率和經濟效益具有重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對船舶工程領域充滿熱情的學習者，我一直深知掌握先進的分析技術對於提升工程設計水平的重要性。這本書恰好填補瞭我在這方麵的知識空白。從我粗略的瀏覽來看，它所涵蓋的知識體係非常全麵，從基礎的有限元理論，到具體的船體結構建模技巧，再到復雜的分析流程和結果解讀，似乎都進行瞭深入的闡述。我特彆期待書中對於船體結構建模的詳細講解。船體結構是一個極其復雜的整體，包含著大量的闆架、梁柱、加強筋等構件，如何準確地將其轉化為有限元模型，是進行有效分析的前提。我猜想，書中會涉及到各種建模軟件的應用，以及如何根據實際的幾何形狀和材料特性，構建齣精確的數字模型。此外，對於有限元分析的後處理和結果解釋，我也抱有極大的興趣。僅僅得到一堆數據是遠遠不夠的，如何從這些數據中提取齣有用的信息，識彆結構的薄弱環節，評估其安全性，並據此提齣優化設計方案，這纔是有限元分析的真正價值所在。我希望這本書能夠提供清晰的指導，讓我能夠真正地理解並運用有限元分析技術，而不是僅僅停留在理論層麵。

評分☆☆☆☆☆

當我翻閱這本書的目錄時，一股濃厚的研究氛圍撲麵而來。那些專業術語，雖然有些對我來說尚屬陌生，但字裏行間透露齣的係統性和邏輯性，卻讓我感受到瞭作者的精心編排和嚴謹治學態度。我特彆關注到一些章節的標題，它們似乎指嚮瞭船體結構在不同工況下的力學行為，以及如何運用有限元方法來模擬和預測這些行為。這讓我聯想到，在實際的船舶設計和建造過程中，對船體結構的安全性、可靠性和經濟性有著至關重要的要求。而有限元分析，作為一種強大的數值計算工具，無疑是滿足這些要求的關鍵技術之一。我猜想，書中會詳細介紹如何將復雜的船體結構離散化為有限個單元，如何建立單元之間的力學關係，以及如何通過求解大型綫性方程組來獲得結構的應力、應變和變形等信息。這其中的每一個步驟，都需要紮實的理論基礎和精密的計算方法。我對書中可能涉及到的各種邊界條件、載荷類型以及材料模型的選擇和應用充滿瞭好奇。究竟有哪些關鍵的參數需要被準確地設定？不同的設定又會對分析結果産生怎樣的影響？這些都是我在今後的學習中需要深入探究的問題。這本書，在我看來，不僅僅是一本教材，更像是一扇通往高級工程分析世界的大門，它將引導我掌握一套強大的工具，去解決工程實踐中的實際問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書散發著一種嚴謹而求實的學術氣息，這對於我們這些追求知識的讀者來說，無疑是一種極大的鼓舞。在閱讀之前，我便對“085工程”資助齣版這一信息有瞭深刻的認識，它意味著這本書的質量是經過嚴格篩選和把關的，其內容必定是精煉且具有前瞻性的。我期待書中能夠深入剖析船體結構在承受各種復雜載荷（如波浪載荷、起重載荷、碰撞載荷等）時的應力分布和變形規律。這些載荷往往是動態且不規則的，如何有效地模擬這些載荷對船體結構的影響，並準確預測其潛在的失效模式，是船體結構分析的核心挑戰。我設想，書中會詳細介紹如何建立精確的載荷模型，包括但不限於靜載荷、動載荷以及環境載荷等。同時，對於不同材料屬性（如鋼材、鋁閤金等）在不同溫度和壓力條件下的力學響應，也希望能有詳盡的討論。例如，在極端寒冷環境下，材料的韌性可能會下降，這對於船體結構的安全性至關重要。我渴望從中學習到如何通過有限元分析，為船體結構的安全性設計提供堅實的技術支撐，確保船舶在各種惡劣條件下都能安全可靠地運行。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版背景“上海市‘085工程’資助齣版精品教材”，讓我對其學術價值和前沿性充滿瞭信心。這不僅僅是一本普通的教材，更是一項高水平的學術成果的體現。我對書中可能涉及到的關於疲勞分析的內容非常感興趣。船體結構在長期的服役過程中，會不斷地受到各種循環載荷的作用，這些載荷會導緻材料産生疲勞損傷，最終可能引發裂紋萌生和擴展，危及船舶的安全。我希望書中能夠深入闡述如何運用有限元分析來預測船體結構的疲勞壽命，識彆關鍵的疲勞區域，並提齣相應的疲勞壽命延長措施。這其中可能涉及到復雜的損傷纍積模型和裂紋擴展的數值模擬。我期望書中能夠提供清晰的理論框架和實用的計算方法，讓我能夠掌握如何評估船體結構的疲勞性能，並為船舶的長期服役提供可靠的保障。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計，說實話，第一眼看上去就帶著一種厚重和專業感。那深邃的藍色調，配閤著精緻的燙金字體，讓人立刻聯想到嚴謹的學術研究和高精尖的技術領域。當拿到手中，那沉甸甸的質感，更是讓我對它所承載的內容充滿瞭期待。我知道，這不僅僅是一本書，更是上海市“085工程”傾力打造的一份精品教材，這本身就意味著它在內容、深度和權威性上都有著相當的保障。雖然我還沒有開始閱讀，但僅僅是這個外在的呈現，就足以激發我深入探索其內在乾坤的強烈欲望。我設想著，在接下來的日子裏，這本書將伴隨我度過無數個沉浸在知識海洋中的時光，它或許會引領我穿越復雜的理論迷宮，或許會揭示隱藏在繁雜數據背後的深層規律，又或許會讓我對船舶工程這個領域産生全新的、更加深刻的認識。它的存在，就像是知識的燈塔，指引著我在工程技術這條道路上不斷前行，不斷突破。我對這本書的內容充滿瞭無限的好奇，它究竟會以怎樣的方式來闡述船體結構有限元建模與分析這一復雜的主題？會用到哪些前沿的理論和技術？又會呈現齣哪些令人眼前一亮的案例和圖示？這些都如同一個個待解的謎題，在我心中激起層層漣漪，讓我迫不及待地想要翻開它，去尋找那些屬於我的答案。

評分☆☆☆☆☆

當我得知這本書的名稱時，我的腦海中立刻浮現齣無數個關於船舶工程的疑問和挑戰。作為一本“精品教材”，它一定在內容的深度和廣度上都有著過人之處。我尤其關注書中對於結構動力學分析的探討。船舶在航行過程中，會受到各種外部激勵，如發動機的振動、螺鏇槳的激振力、波浪的拍擊等，這些都會引起船體結構的動力響應。如何準確地模擬這些動力響應，並評估其對船體結構性能的影響，是保證船舶舒適性和安全性的重要環節。我希望書中能夠詳細介紹如何建立船體結構的動力學模型，包括質量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣的構建，以及求解動力學方程的各種方法。我也對書中可能涉及到的模態分析、瞬態響應分析以及頻率響應分析等內容充滿期待，希望能從中學習到如何利用這些分析手段，來優化船體結構的動力學性能，減少不必要的振動和噪聲，提高乘客的乘坐體驗。

評分☆☆☆☆☆

當我看到“有限元建模與分析”這個核心內容時，我就知道這本書一定是我一直在尋找的。我之前在其他資料中接觸過有限元法的基本原理，但總覺得不夠係統和深入，特彆是如何將其應用於如此龐大而復雜的船體結構。我特彆期待書中能夠提供一套係統性的建模流程，從三維幾何模型的建立，到網格劃分的策略，再到材料屬性和邊界條件的定義。網格的質量和密度對於分析結果的精度有著至關重要的影響，我希望書中能詳細介紹如何根據船體結構的特點，選擇閤適的單元類型和網格密度，以達到計算精度和效率的平衡。此外，我對於船體結構在承受衝擊載荷（如碰撞、擱淺）時的行為預測也充滿好奇。這種非綫性的動態分析通常非常復雜，我希望書中能提供相關的理論指導和數值方法，讓我能夠理解並掌握如何進行這類分析，從而為船舶的安全性設計提供更全麵的保障。