上海市“085工程”资助出版精品教材：船体结构有限元建模与分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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熊志鑫 编

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• 船体结构
• 有限元分析
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• 精品教材
• 船舶工程
• 结构力学
• 数值计算

出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313107770

版次：1

商品编码：11526188

包装：平装

丛书名： 上海市“085工程”资助出版精品教材

开本：16开

出版时间：2014-06-01

页数：148

内容简介

　　《上海市“085工程”资助出版精品教材：船体结构有限元建模与分析》介绍了船舶结构强度计算的有限元建模方法及分析过程。全书共分6章，主要内容包括有限元方法的基本原理、船舶结构的有限元建模方法、典型船体结构的有限元分析——“三舱段”有限元建模与分析、锚机基座结构的受力分析、船体横向强度的有限元分析、船体结构振动的有限元分析、船体结构疲劳及噪声有限元分析和通用有限元软件及其在船舶结构中的应用等。
　　《上海市“085工程”资助出版精品教材：船体结构有限元建模与分析》可作为高等学校船舶与海洋工程专业的教材，也可供从事船舶与海洋工程的技术人员参考。

目录

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 有限元方法的历史
1.1.3 有限元方法的现状和发展趋势
1.2 有限元方法在船舶强度分析的发展和应用现状
1.3 有限元方法的分析过程与解法
1.3.1 有限元法的分析过程
1.3.2 有限元法解法
1.3.3 收敛性
1.3.4 有限元求解船舶结构问题
1.3.5 船体结构有限元建模分析
1.4 等参单元
1.4.1 平面四节点等参单元
1.4.2 坐标变换
1.4.3 单位刚度矩阵计算
1.4.4 平面8节点曲边四边形等参元
1.4.5 等参变换的条件
1.5 平面问题的有限元方法
1.5.1 平面问题用有限元法解题的基本步骤
1.5.2 三角形常应变单元
1.5.3 形函数的性质
1.5.4 刚度矩阵
1.5.5 等效节点力载荷列阵
1.6 薄板弯曲问题
1.6.1 薄板弯曲问题的基本方程
1.6.2 弹性薄板的几点简化
1.6.3 矩形薄板单元
1.7 有限元分析的优缺点
1.7.1 优点
1.7.2 缺点

2 船舶结构的有限元建模方法
2.1 概述
2.2 有限元网格划分的基本原则
2.2.1 网格数目
2.2.2 网格疏密
2.2.3 单元阶次
2.2.4 网格质量
2.2.5 网格分界面和分界点
2.2.6 位移协调性
2.2.7 网格布局
2.2.8 节点和单元编号
2.3 结构的模型化
2.3.1 船体结构模型的简化处理
2.3.2 加筋板格的模型化
2.3.3 桁架的模型化
2.3.4 载荷模型化
2.3.5 边界条件的处理
2.4 入级规范对船体结构建模的有关要求
2.4.1 《ccS散货船、油船直接计算指南》的有关规定
2.4.2 《IACs散货船结构共同规范直接强度分析》的有关规定

3 典型船体结构的有限元分析
3.1 船用起重机的支撑结构
3.1.1 概述
3.1.2 船用起重机支撑结构的有限元建模
3.1.3 工况与载荷施加
3.1.4 结果校核与分析
3.2 锚机基座及掣链器的支撑结构
3.2.1 概述
3.2.2 锚机基座及掣链器支撑结构的有限元建模
3.2.3 工况
3.2.4 结果校核与分析
3.3 系泊的支撑结构有限元建模与分析
3.3.1 概述
3.3.2 绞盘及基座示意图
3.3.3 有限元模型
3.3.4 载荷工况及应力标准
3.3.5 应力标准
3.3.6 应力校核与提交
3.4 船体横向强度有限元建模与分析
3.4.1 浮船坞横向强度计算的载荷说明
3.4.2 浮船坞横向强度计算的工况说明
3.4.3 浮船坞横向强度的强度说明和校核标准
3.4.4 浮船坞横向强度的强度计算方法说明
3.5 散货船三舱段”模型建模与分析
3.5.1 舱段计算模型
3.5.2 有限元模型的建立
3.5.3 计算工况
3.5.4 结果校核和显示
3.6 全船有限元建模
3.6.1 全船有限元模型的应用
3.6.2 全船有限元计算模型
3.6.3 惯性释放技术

4 船体结构振动的有限元分析
4.1 概述
4.2 船体振动的基础知识
4.2.1 船体振动的分类
4.2.2 船体振动的形式
4.2.3 船体振动的频率
4.2.4 舷外水对船体振动的影响
4.2.5 船体总振动
4.2.6 船体局部振动
4.3 振动分析的模型质量调整
4.4 4800ODWT教学实习船振动分析
4.4.1 船舶基本参数的计算说明
4.4.2 有限元计算分析
4.4.3 全船自由振动结果分析
4.4.4 结论

5 船体结构疲劳及噪声有限元分析
5.1 概述
5.2 结构疲劳及其有限元分析流程
5.2.1 常用的疲劳寿命估算方法简介
5.2.2 疲劳累计损伤理论及有限元疲劳分析流程
5.3 船舶噪声有限元分析
5.3.1 船舶噪声基础知识
5.3.2 船舶噪声的控制
5.3.3 船舶噪声有限元分析
5.4 噪声分析的实例——某油船噪声的有限元计算分析
5.4.1 概述
5.4.2 计算说明
5.4.3 船体主要振动噪声激励源
5.4.4 计算工况
5.4.5 有限元模型
5.4.6 附连水
5.4.7 船舶舱室噪声规范
5.4.8 全船全频域噪声计算模型
5.4.9 舱室振动噪声计算分析
5.4.10 舱室振动噪声传播路径分析
5.4.11 噪声预报结果分析
5.4.12 结果判断

6 通用有限元软件及其在船舶结构中的应用
6.1 有限元分析软件及发展趋势介绍
6.1.1 有限元分析软件简介
6.1.2 有限元分析软件发展趋势
6.1.3 MSC.Patran＼Nastran软件的基础知识
6.2 Patran软件的基本操作
6.2.1 Patran的启动和文件的建立
6.2.2 Patran软件的界面
6.2.3 与MSC.Patran和MSC.Nastran相关的主要文件
6.3 建立结构分析模型
6.3.1 几何模型的建立
6.3.2 几何模型的编辑、修改和删除
6.3.3 有限元模型的建立
6.3.4 材料属性和物理属性设置
6.3.5 载荷和工况
6.3.6 进行分析
6.3.7 后处理
6.4 工程实例
6.4.1 说明
6.4.2 有限元建模分析
6.4.3 应力许用值标准
6.4.4 分析结果
6.4.5 结论
6.4.6 附录：有限元模型图及计算结果的云图显示

参考文献

《船体结构有限元建模与分析》 内容简介 本书聚焦于船体结构在现代工程设计与建造中的核心技术——有限元建模与分析。作为上海市“085工程”资助出版的精品教材，本书旨在为船舶与海洋工程领域的学生、研究人员及工程师提供一套系统、深入且实用的理论与实践指导。 核心内容概述 本书的编写紧密围绕船体结构的有限元分析过程，从基础理论出发，逐步深入到实际应用。其内容逻辑清晰，结构严谨，覆盖了船体结构有限元建模与分析的各个关键环节。 理论基础的系统梳理： 本书首先会详细阐述有限元方法的基本原理，包括形函数、单元插值、虚功原理、刚度矩阵的建立等。对于船体结构特有的板壳单元、梁单元等，会进行深入的数学推导和物理意义的解释，帮助读者建立扎实的理论基础。同时，将介绍材料力学、结构力学中与船体结构分析相关的关键概念，如应力、应变、屈曲、振动等，并阐明这些概念如何融入有限元模型中。 船体结构有限元建模技术的详尽讲解： 建模是有限元分析的第一步，也是至关重要的一步。本书将重点介绍如何针对复杂船体结构进行精确、高效的有限元建模。这包括： 几何建模： 阐述如何从CAD模型出发，进行模型的简化、清理与修复，以适应有限元分析的需求。讨论不同建模策略（如基于特征建模、基于体素建模等）的优缺点及其适用场景。 网格划分： 详细介绍结构化网格与非结构化网格的生成方法、网格质量的评估标准（如纵横比、雅可比行列式、畸变度等）以及网格细化与自适应网格划分技术。针对船体结构中常见的板壳、梁、点焊等细节，提供专门的网格划分指导。 单元选择： 深入分析不同类型单元（如壳单元、实体单元、梁单元、连接单元）的适用性、精度与计算效率。指导读者根据实际工程问题选择最恰当的单元类型，例如，针对板壳结构，会详细讲解厚壳单元、薄壳单元、混合单元的建模细节与适用范围。 材料属性的定义： 介绍如何准确定义船体结构所用材料的各项力学参数，包括弹性模量、泊松比、密度、屈服强度等。对于复合材料、异性材料的应用，将提供专门的建模方法。 边界条件与载荷施加： 详细讲解如何准确地在有限元模型中施加约束（如固定约束、弹性约束、位移约束）和外部载荷（如静水压力、波浪载荷、惯性力、集中力、温度载荷等）。强调边界条件与载荷的物理意义以及对分析结果的影响。 各类船体结构有限元分析方法的深度探讨： 本书将系统介绍船体结构常见的有限元分析类型，并给出详细的操作步骤与注意事项。 静力分析： 重点讲解应力、应变、位移的计算方法，以及如何识别结构的薄弱环节、进行强度校核。涵盖载荷工况的设计与组合，例如，考虑船舶在不同工况下的受力情况，如装卸货、航行、靠泊等。 模态分析（振动分析）： 介绍如何计算结构的固有频率和振型，分析结构的动力学特性，避免共振现象的发生。重点关注船体结构在发动机、螺旋桨等激励下的振动响应。 屈曲分析： 针对薄壁结构，讲解屈曲临界载荷的计算方法，分析结构在大载荷作用下的稳定性问题，确保结构安全。 疲劳分析： 介绍如何基于应力分析结果，对船体结构进行疲劳寿命评估，预测结构的长期可靠性。 非线性分析： 涉及材料非线性（如塑性变形）和几何非线性（如大变形、接触问题）的分析方法，适用于分析船体结构在极端载荷下的响应。 常用有限元软件的操作与应用实例： 本书并非局限于理论，而是紧密结合工程实践。将以市场上主流的有限元分析软件（如ANSYS, ABAQUS, NASTRAN等）为例，详细演示如何在软件中完成建模、网格划分、边界条件施加、求解器设置、结果后处理等全过程。通过丰富的实例，展示如何将有限元分析方法应用于解决实际的船体结构设计、强度评估、优化设计等问题。例如，可能包含： 大型集装箱船的整体强度分析。 油轮舱壁结构的局部应力分析。 复杂海洋平台立柱的模态与屈曲分析。 船体分段制造过程中的应力控制。 结果解释与优化设计： 分析结果的正确解释是有限元分析的关键。本书将指导读者如何有效地进行结果后处理，包括应力云图、位移云图、应变云图、振型动画等的解读。同时，将介绍如何基于分析结果对船体结构进行优化设计，例如，通过改变结构形式、材料分布或加强筋布置，以达到减重、提高强度、降低成本等目标。 本书特色与价值 系统性强： 全面覆盖船体结构有限元建模与分析的理论知识和工程实践，形成完整的知识体系。 实践性高： 理论联系实际，通过大量的实例和软件操作指导，帮助读者快速掌握实际应用技能。 前沿性： 紧跟船舶与海洋工程领域的发展趋势，引入最新的分析技术和方法。 权威性： 作为“085工程”资助出版的精品教材，内容经过严格审核，具有较高的学术价值和指导意义。 本书的出版，将为我国船舶与海洋工程领域培养更多具备扎实理论功底和精湛实践能力的专业人才提供有力支撑，为提升我国船舶设计与建造的整体水平贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面和简介，无不透露出一种严谨、科学的态度，这让我深信它将是一部非常有价值的著作。在船舶工程领域，材料的选择和性能分析至关重要。我期待书中能够详细探讨不同材料在船体结构中的应用，以及有限元分析如何帮助我们评估这些材料的力学性能。例如，在高温环境下，材料的强度和刚度可能会发生变化，这对于一些特殊用途的船舶（如LNG运输船）来说，尤为关键。我希望书中能够提供关于材料本构模型在有限元分析中的应用的指导，以及如何处理材料的非线性行为。此外，我也对书中可能涉及到的损伤力学和断裂力学在船体结构分析中的应用抱有浓厚的兴趣。如何预测船体结构在承受极端载荷下的断裂行为，识别潜在的裂纹扩展路径，并采取有效的预防措施，是保证船舶安全性的重要考量。

评分☆☆☆☆☆

当我翻阅这本书的目录时，一股浓厚的研究氛围扑面而来。那些专业术语，虽然有些对我来说尚属陌生，但字里行间透露出的系统性和逻辑性，却让我感受到了作者的精心编排和严谨治学态度。我特别关注到一些章节的标题，它们似乎指向了船体结构在不同工况下的力学行为，以及如何运用有限元方法来模拟和预测这些行为。这让我联想到，在实际的船舶设计和建造过程中，对船体结构的安全性、可靠性和经济性有着至关重要的要求。而有限元分析，作为一种强大的数值计算工具，无疑是满足这些要求的关键技术之一。我猜想，书中会详细介绍如何将复杂的船体结构离散化为有限个单元，如何建立单元之间的力学关系，以及如何通过求解大型线性方程组来获得结构的应力、应变和变形等信息。这其中的每一个步骤，都需要扎实的理论基础和精密的计算方法。我对书中可能涉及到的各种边界条件、载荷类型以及材料模型的选择和应用充满了好奇。究竟有哪些关键的参数需要被准确地设定？不同的设定又会对分析结果产生怎样的影响？这些都是我在今后的学习中需要深入探究的问题。这本书，在我看来，不仅仅是一本教材，更像是一扇通往高级工程分析世界的大门，它将引导我掌握一套强大的工具，去解决工程实践中的实际问题。

评分☆☆☆☆☆

当我看到“有限元建模与分析”这个核心内容时，我就知道这本书一定是我一直在寻找的。我之前在其他资料中接触过有限元法的基本原理，但总觉得不够系统和深入，特别是如何将其应用于如此庞大而复杂的船体结构。我特别期待书中能够提供一套系统性的建模流程，从三维几何模型的建立，到网格划分的策略，再到材料属性和边界条件的定义。网格的质量和密度对于分析结果的精度有着至关重要的影响，我希望书中能详细介绍如何根据船体结构的特点，选择合适的单元类型和网格密度，以达到计算精度和效率的平衡。此外，我对于船体结构在承受冲击载荷（如碰撞、搁浅）时的行为预测也充满好奇。这种非线性的动态分析通常非常复杂，我希望书中能提供相关的理论指导和数值方法，让我能够理解并掌握如何进行这类分析，从而为船舶的安全性设计提供更全面的保障。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“船体结构有限元建模与分析”，直接点明了其核心内容，这对于正在学习或从事船舶工程相关工作的我来说，极具吸引力。我非常期待书中能够对有限元分析的网格收敛性进行深入的讨论。网格收敛性是评价有限元分析结果可靠性的重要指标，它指的是当网格密度不断增加时，分析结果趋于稳定。我希望书中能够提供清晰的指导，说明如何通过网格细化等方法，来确保分析结果的准确性和可靠性。此外，我对于书中可能涉及到的优化设计内容也充满兴趣。有限元分析不仅仅是为了评估结构的性能，更是为了指导结构的优化设计。我希望书中能够展示如何利用有限元分析结果，来调整船体结构的几何参数、材料属性或连接方式，以达到更优的强度、刚度、重量或成本等指标。这对于提高船舶的设计效率和经济效益具有重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计，说实话，第一眼看上去就带着一种厚重和专业感。那深邃的蓝色调，配合着精致的烫金字体，让人立刻联想到严谨的学术研究和高精尖的技术领域。当拿到手中，那沉甸甸的质感，更是让我对它所承载的内容充满了期待。我知道，这不仅仅是一本书，更是上海市“085工程”倾力打造的一份精品教材，这本身就意味着它在内容、深度和权威性上都有着相当的保障。虽然我还没有开始阅读，但仅仅是这个外在的呈现，就足以激发我深入探索其内在乾坤的强烈欲望。我设想着，在接下来的日子里，这本书将伴随我度过无数个沉浸在知识海洋中的时光，它或许会引领我穿越复杂的理论迷宫，或许会揭示隐藏在繁杂数据背后的深层规律，又或许会让我对船舶工程这个领域产生全新的、更加深刻的认识。它的存在，就像是知识的灯塔，指引着我在工程技术这条道路上不断前行，不断突破。我对这本书的内容充满了无限的好奇，它究竟会以怎样的方式来阐述船体结构有限元建模与分析这一复杂的主题？会用到哪些前沿的理论和技术？又会呈现出哪些令人眼前一亮的案例和图示？这些都如同一个个待解的谜题，在我心中激起层层涟漪，让我迫不及待地想要翻开它，去寻找那些属于我的答案。

评分☆☆☆☆☆

这本书散发着一种严谨而求实的学术气息，这对于我们这些追求知识的读者来说，无疑是一种极大的鼓舞。在阅读之前，我便对“085工程”资助出版这一信息有了深刻的认识，它意味着这本书的质量是经过严格筛选和把关的，其内容必定是精炼且具有前瞻性的。我期待书中能够深入剖析船体结构在承受各种复杂载荷（如波浪载荷、起重载荷、碰撞载荷等）时的应力分布和变形规律。这些载荷往往是动态且不规则的，如何有效地模拟这些载荷对船体结构的影响，并准确预测其潜在的失效模式，是船体结构分析的核心挑战。我设想，书中会详细介绍如何建立精确的载荷模型，包括但不限于静载荷、动载荷以及环境载荷等。同时，对于不同材料属性（如钢材、铝合金等）在不同温度和压力条件下的力学响应，也希望能有详尽的讨论。例如，在极端寒冷环境下，材料的韧性可能会下降，这对于船体结构的安全性至关重要。我渴望从中学习到如何通过有限元分析，为船体结构的安全性设计提供坚实的技术支撑，确保船舶在各种恶劣条件下都能安全可靠地运行。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对船舶工程领域充满热情的学习者，我一直深知掌握先进的分析技术对于提升工程设计水平的重要性。这本书恰好填补了我在这方面的知识空白。从我粗略的浏览来看，它所涵盖的知识体系非常全面，从基础的有限元理论，到具体的船体结构建模技巧，再到复杂的分析流程和结果解读，似乎都进行了深入的阐述。我特别期待书中对于船体结构建模的详细讲解。船体结构是一个极其复杂的整体，包含着大量的板架、梁柱、加强筋等构件，如何准确地将其转化为有限元模型，是进行有效分析的前提。我猜想，书中会涉及到各种建模软件的应用，以及如何根据实际的几何形状和材料特性，构建出精确的数字模型。此外，对于有限元分析的后处理和结果解释，我也抱有极大的兴趣。仅仅得到一堆数据是远远不够的，如何从这些数据中提取出有用的信息，识别结构的薄弱环节，评估其安全性，并据此提出优化设计方案，这才是有限元分析的真正价值所在。我希望这本书能够提供清晰的指导，让我能够真正地理解并运用有限元分析技术，而不是仅仅停留在理论层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版背景“上海市‘085工程’资助出版精品教材”，让我对其学术价值和前沿性充满了信心。这不仅仅是一本普通的教材，更是一项高水平的学术成果的体现。我对书中可能涉及到的关于疲劳分析的内容非常感兴趣。船体结构在长期的服役过程中，会不断地受到各种循环载荷的作用，这些载荷会导致材料产生疲劳损伤，最终可能引发裂纹萌生和扩展，危及船舶的安全。我希望书中能够深入阐述如何运用有限元分析来预测船体结构的疲劳寿命，识别关键的疲劳区域，并提出相应的疲劳寿命延长措施。这其中可能涉及到复杂的损伤累积模型和裂纹扩展的数值模拟。我期望书中能够提供清晰的理论框架和实用的计算方法，让我能够掌握如何评估船体结构的疲劳性能，并为船舶的长期服役提供可靠的保障。

评分☆☆☆☆☆

当我得知这本书的名称时，我的脑海中立刻浮现出无数个关于船舶工程的疑问和挑战。作为一本“精品教材”，它一定在内容的深度和广度上都有着过人之处。我尤其关注书中对于结构动力学分析的探讨。船舶在航行过程中，会受到各种外部激励，如发动机的振动、螺旋桨的激振力、波浪的拍击等，这些都会引起船体结构的动力响应。如何准确地模拟这些动力响应，并评估其对船体结构性能的影响，是保证船舶舒适性和安全性的重要环节。我希望书中能够详细介绍如何建立船体结构的动力学模型，包括质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的构建，以及求解动力学方程的各种方法。我也对书中可能涉及到的模态分析、瞬态响应分析以及频率响应分析等内容充满期待，希望能从中学习到如何利用这些分析手段，来优化船体结构的动力学性能，减少不必要的振动和噪声，提高乘客的乘坐体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题本身就具有极强的吸引力。“上海市‘085工程’资助出版精品教材”的标签，就足以让人感受到其内容的权威性和实用性。我猜测，这本书不仅仅停留在理论的探讨，更强调实践的应用。我非常期待书中能够提供大量的实例，来演示如何将有限元理论应用于实际的船体结构设计中。这些实例或许会涵盖不同类型的船舶，如货船、油轮、客船，甚至是特种船舶，展示在不同的设计要求和工况下，如何运用有限元分析来解决实际工程问题。例如，一个大型集装箱船在装载货物时，船体结构会承受巨大的弯曲应力，如何通过有限元分析来优化甲板和船壳的结构设计，以保证其强度和稳定性，将是我非常感兴趣的部分。又或者是，潜艇的耐压壳体在深海压力下的变形和应力分布，其分析的复杂性和重要性不言而喻。我希望书中能够提供详细的建模步骤、分析参数设置以及结果解读的范例，让我能够从中学习到实用的操作技巧，并将其应用到我自己的学习和研究中。