1.本发明涉及有限元分析前处理方法，特别是涉及集装箱船船体有限元分析前处理方法。


背景技术：

2.有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟的方法，其一般包括前处理、总装求解和后处理。在超大型集装箱船设计和送审船级社审核阶段，需要进行整船有限元结构强度评估，改善船体主要结构、典型节点、自由边等，同时满足船级社和船东的认可，进一步提高船体结构安全性能，保障船体运行安全和货运物流的稳定发展。
3.目前集装箱船的船型设计正以极快的发展趋势挺进15000箱位～25000箱位，对于不同船级社，提供的软件和规范体系也不同，相应的计算工况也有所差异，往往需要至少10个左右装载工况，每个工况需要加载相应的集装箱数量。在有限元分析的前处理阶段，为每个装载工况加载集装箱时，一般需要手动地将集装箱的节点信息一个接一个地加载到有限元分析软件中，这样无疑增加了工作量，对操作者的要求较高而且容易出现不必要的错误。现有的集装箱船船体有限元分析前处理方法在考虑集装箱节点信息的装载时，大部分都只考虑了船体上货舱的内底和集装箱连接的节点信息，但是船舶在海上运营时，完全平直状态没有，都是处于有角度的运动，导致集装箱也会产生有角度的运动，由于船体上的货舱舱壁上箱格导轨架和集装箱连接，这个时候集装箱会作用于箱格导轨架，因此在进行集装箱船船体有限元分析前处理时，仅考虑船体上货舱的内底和集装箱连接的节点信息而不考虑集装箱和箱格导轨架连接的节点信息，就会导致加载集装箱的节点信息后的船体受力特性不够真实，从而导致得到错误的船体有限元分析结果。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是现有的集装箱船船体有限元分析前处理方法不能自动加载集装箱的节点信息和没有考虑货舱上箱格导轨架与集装箱连接的节点信息。本发明提供了一种集装箱船船体有限元分析前处理方法，应用于集装箱船的船体，所述船体设置有货舱，所述货舱包括隔断舱壁、舱底和箱格导轨架，所述箱格导轨架设置于所述隔断舱壁，所述船体有限元分析前处理方法包括以下步骤：通过软件自动生成集装箱节点信息表，其中，集装箱节点包括集装箱重心、集装箱上和舱底连接的节点、所述集装箱上和箱格导轨架连接的节点以及所述集装箱上与另一个集装箱连接的节点。导入船体主尺寸到有限元分析软件。通过软件导入集装箱节点信息表到所述有限元分析软件。
5.优选地，所述通过软件自动生成集装箱节点信息表的步骤包括：通过软件自动生成集装箱节点位置信息；通过软件自动关联所述集装箱节点；以及通过软件根据集装箱节点位置信息和关联所述集装箱节点的结果生成所述集装箱节点信息表。
6.优选地，所述通过软件自动生成集装箱节点位置信息的步骤包括：通过软件自动
生成集装箱节点纵向位置信息；通过软件自动生成集装箱节点横向位置信息；以及通过软件自动生成集装箱节点垂向位置信息。
7.优选地，所述通过软件自动生成集装箱节点纵向位置信息的步骤包括：通过软件根据货舱肋位信息自动生成集装箱节点纵向位置信息。
8.优选地，所述通过软件根据货舱肋位信息自动生成集装箱节点纵向位置信息的步骤包括：通过软件根据货舱肋位信息自动生成第一类集装箱节点纵向位置信息以及通过软件根据货舱肋位信息自动生成第二类集装箱节点纵向位置信息。
9.优选地，所述通过软件自动生成集装箱节点横向位置信息的步骤包括：通过软件按集装箱宽度自动生成集装箱节点横向位置信息。
10.优选地，所述通过软件按集装箱宽度自动生成集装箱节点横向位置信息的步骤包括：通过软件按第一类集装箱宽度自动生成第一类集装箱节点横向位置信息和通过软件按第二类集装箱宽度自动生成第二类集装箱节点横向位置信息。
11.优选地，所述通过软件自动生成集装箱节点垂向位置信息的步骤包括：通过软件按集装箱高度自动生成集装箱节点垂向位置信息。
12.优选地，所述通过软件按集装箱高度自动生成集装箱节点垂向位置信息的步骤包括：通过软件按第一类集装箱高度自动生成第一类集装箱节点垂向位置信息和通过软件按第二类集装箱高度自动生成第二类集装箱节点垂向位置信息。
13.本发明还提供了一种船体，所述船体设置有货舱，所述货舱包括隔断舱壁、舱底和箱格导轨架，所述箱格导轨架设置于所述隔断舱壁，所述船体可以根据所述船体有限元分析前处理方法进行有限元分析前处理。
14.本发明的有益效果在于：通过软件自动生成集装箱节点信息表及导入集装箱节点信息表到有限元分析软件，实现了集装箱节点信息自动加载，提高集装箱节点信息加载效率。综合考虑集装箱重心、集装箱上和舱底连接的节点、集装箱上和箱格导轨架连接的节点以及集装箱上与另一个集装箱连接的节点，使得在通过软件自动导入集装箱节点信息表时，将货舱上箱格导轨架与集装箱连接的节点信息也导入到了有限元分析软件中，使得船体在有限元分析时受力特性更加真实。
15.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明较佳的实施例并配合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
16.图1是本发明实施例中，集装箱船船体带集装箱的俯视示意图；
17.图2是本发明实施例中，集装箱船船体无集装箱的俯视示意图；
18.图3是本发明实施例中，集装箱船船体带集装箱侧面局部剖视图；
19.图4是本发明实施例中，货舱的舱壁正视图；
20.图5是本发明实施例中，第一类集装箱堆叠示意图；
21.图6是本发明实施例中，第二类集装箱堆叠示意图；
22.图7是本发明实施例中，集装箱船船体有限元分析前处理方法流程图；
23.图8到图12是本发明实施例中，集装箱船船体有限元分析前处理方法子流程图。
24.附图标记说明如下：
25.1船体
26.10货舱
27.100隔断舱壁
28.101舱底
29.11箱格导轨架
30.12集装箱
31.120第一类集装箱
32.a1第一类集装箱的重心
33.b1第一类集装箱上和舱底连接的节点
34.c1第一类集装箱上和箱格导轨架连接的节点
35.d1第一类集装箱上与另一个第一类集装箱连接的节点
36.121第二类集装箱
37.a2第二类集装箱的重心
38.b2第二类集装箱上和舱底连接的节点
39.c2第二类集装箱上和箱格导轨架连接的节点
40.d2第二类集装箱上与另一个第二类集装箱连接的节点
41.13/13a肋
42.s1
‑
s3步骤
43.s11
‑
s13步骤s1的子步骤
具体实施方式
44.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
46.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于包覆不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
47.需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含
义。
48.实施例
49.请同时参考图1到图7，本实施例提供了一种集装箱船船体有限元分析前处理方法，应用于集装箱船的船体1，船体1设置有货舱10，货舱10包括隔断舱壁100、舱底101和箱格导轨架11，箱格导轨架11设置于隔断舱壁100。例如，集装箱12可以沿着箱格导轨架11装载到货舱10内并依次堆叠，集装箱12的底部箱角通过底座固定在舱底101的内底板或者箱凳平台结构上，上下集装箱12之间通过堆锥或者扭锁相连，集装箱12的侧部连接于箱格导轨架11。集装箱12与舱底101、箱格导轨架11连接处会形成节点并通过节点将载荷传递至货舱10，因此集装箱12节点信息表至少包含节点的位置信息、节点的载荷信息以及节点的约束信息。因为集装箱12上的节点和舱底101上、箱格导轨架11上对应的节点是作用和反作用的关系，确定了集装箱12上的节点信息，也就能获得舱底101上、箱格导轨架11上与集装箱12相对应的节点信息。集装箱12可以是两种规格(多种规格处理方法类似)，分别为第一类集装箱120和第二类集装箱121。例如，第一类集装箱120的规格为20尺的标准集装箱，第二类集装箱121的规格为40尺的标准集装箱。第一类集装箱120的最下层的第一类集装箱120的底部箱角固定于舱底101。第一类集装箱120的两个侧部中，一个侧部固定于箱格导轨架11，另一个侧部为自由端。第二类集装箱121的最下层的第二类集装箱121的底部箱角也固定于舱底101。第二类集装箱121的两个侧部均固定于箱格导轨架11。集装箱船船体有限元分析前处理方法包括以下步骤：s1：通过软件自动生成集装箱12(包括第一类集装箱120和第二类集装箱121)节点信息表，其中，第一类集装箱120节点包括第一类集装箱120重心a1、第一类集装箱120上和舱底101连接的节点b1、第一类集装箱120上和箱格导轨架11连接的节点c1以及第一类集装箱120上与另一个第一类集装箱120连接的节点d1(第一类集装箱120和第二类集装箱121均存在上述节点，此处仅以第一类集装箱120的节点为例)。例如软件可以是ansys、adina、abaqus和msc。可以通过有限元软件面向对象开发语言例如c++、c#或java进行二次开发自动生成集装箱12节点信息表。请同时参考图3和图6，第二类集装箱121节点包括第二类集装箱121重心a2,第二类集装箱121上和舱底101连接的节点b2,第二类集装箱121上和箱格导轨架11连接的节点c2,第二类集装箱121上与另一个第二类集装箱121连接的节点d2，一般地，在进行有限元分析前处理时，节点c2和节点d2的位置相同，但是载荷和约束不同，需要各自单独进行关联。s2：导入船体1主尺寸到有限元分析软件，例如船体1的主尺寸包括货舱10、箱格导轨架11的长度、宽度和高度。s3：通过软件自动导入集装箱12节点信息表到有限元分析软件。由于每个第一类集装箱120至少有7个节点，每个第二类集装箱121至少有9个节点，每艘船通常有上万个集装箱12(包括第一类集装箱120和第二类集装箱121)，因此在进行船体1有限元分析前处理时，需要生成的集装箱12的节点数量十分庞大，通过手工输入每个集装箱12的节点信息，工作量将非常巨大而且容易出错。集装箱12的尺寸和重量是可以提前确定的，进而集装箱的节点信息也是可以提前确定并呈一定规律变化的(例如集装箱12节点位置信息可以通过集装箱12的个数乘以集装箱12长宽高尺寸得到)，通过软件可以将这种规律变化对应成函数关系式，这样只需要知道集装箱12的数量和位置，就能通过函数关系式自动计算出各个节点的信息，例如集装箱12节点的位置及载荷。
50.通过软件自动生成集装箱12节点信息表及导入集装箱12节点信息表到有限元分析软件中，实现了集装箱12节点信息自动加载，提高集装箱12节点信息加载效率。综合考虑
集装箱12重心、集装箱12上和舱底101连接的节点、集装箱12上和箱格导轨架11连接的节点以及集装箱12上与另一个集装箱12连接的节点，使得在通过软件自动导入集装箱12节点信息表时，将箱格导轨架11与集装箱12连接的节点信息也导入到了有限元分析软件中，使得船体1在有限元分析时受力特性更加真实。
51.如图8所示，优选地，步骤s1包括：s11：通过软件自动生成集装箱12节点位置信息。s12：通过软件自动关联集装箱12节点，关联集装箱12节点即把集装箱12节点的位置信息、集装箱12节点上的载荷信息和集装箱12节点上的约束信息进行关联求解。例如可以用rbe3(rigid body element3，刚性元件3)形式的mpc(multi
‑
point constraint，多点约束)关联集装箱12节点。s13：通过软件根据集装箱12节点位置信息和关联集装箱12节点的结果生成集装箱12节点信息表。例如，节点信息表可以是包含集装箱船每个工况的所有集装箱12节点的位置信息、载荷信息或约束信息的表格。
52.请同时参照图1和图9，优选地，步骤s11包括：通过软件自动生成集装箱12节点纵向位置信息。通过软件自动生成集装箱12节点横向位置信息。通过软件自动生成集装箱12节点垂向位置信息。例如，可以在船体1上建立直角坐标系，以直角坐标系的x轴方向为纵向，以直角坐标系的y轴方向为横向，以直角坐标系的z轴方向为垂向。
53.请同时参照图3和图10，优选地，通过软件自动生成集装箱12节点纵向位置信息包括：通过软件根据货舱10肋位信息自动生成第一类集装箱120节点纵向位置信息。通过软件根据货舱10肋位信息自动生成第二类集装箱121节点纵向位置信息。例如，肋13等间距分布在舱底101并垂直直角坐标系的xoz平面，将集装箱12的节点在x轴靠近的肋13的位置定义为该节点的纵向位置，例如纵向为直角坐标系的x轴方向时，第一类集装箱120上和舱底101连接的节点b1靠近肋13a,则x轴方向上从直角坐标系的零点起到肋13a处的肋13的数量乘以两肋之间的间距就是节点b1在x轴方向的位置信息(第一类集装箱120的其他节点，如a1、c1和d1在纵向位置信息确定方法和b1类似，第二类集装箱121的节点a2、b2、c2和d2在纵向位置信息确定方法和b1也类似)。由于船体1在设计时，多个肋13的间距是恒定的并且可以预先知道的，通过肋13的间距就能知道集装箱12的节点纵向位置信息(可以认为肋13和集装箱12纵向位置信息存在函数关系，例如集装箱12纵向位置和肋13的数量成正比关系)。因此可以通过软件，进行二次开发设定好对应函数关系，通过函数关系，已知集装箱12的个数和初始位置就能自动生成所有集装箱12节点的纵向位置信息。可以省去手动生成集装箱12节点在纵向位置信息，不用挨个输入每个集装箱12节点纵向位置信息，提高了集装箱12节点纵向位置信息的生成效率。
54.请同时参考图1和图11，优选地，通过软件自动生成集装箱12节点横向位置信息包括：通过软件按第一类集装箱120宽度自动生成第一类集装箱120节点横向位置信息。通过软件按第二类集装箱121宽度自动生成第二类集装箱121节点横向位置信息。例如，以直角坐标系的y轴方向为横向时，由于集装箱12的宽度是恒定的并且是可以预先知道的(例如国际标准的集装箱12的宽度是2438毫米)，集装箱12的节点在横向位置信息即为集装箱12的节点在y轴方向距离直角坐标系的零点的集装箱12的个数乘以集装箱12的宽度(可以认为集装箱12的宽度和集装箱12节点横向位置存在正比函数关系)。由于集装箱12的宽度是恒定的并且是可以预先知道的，通过集装箱12的个数就能知道集装箱12的节点横向位置信息。因此可以通过软件，进行二次开发设定好对应函数关系，通过函数关系，已知集装箱12
的个数和初始位置就能自动生成所有集装箱12节点在货舱10的横向位置信息。可以省去手动生成集装箱12节点横向位置信息，不用挨个输入集装箱12节点横向位置信息，提高了集装箱12节点横向位置信息的生成效率。
55.请同时参考图1和图12，优选地，通过软件自动生成集装箱12节点垂向位置信息包括：通过软件按第一类集装箱120高度自动生成第一类集装箱120节点垂向位置信息。通过软件按第二类集装箱121高度自动生成第二类集装箱121节点垂向位置信息。例如，以直角坐标系的z轴方向为垂向时，由于集装箱12的高度是恒定的并且是可以预先知道的，集装箱12的节点垂向位置信息即为集装箱12的节点在z轴方向距离直角坐标系的零点的集装箱12个数乘以集装箱12的高度。由于集装箱12的高度的是恒定的并可以预先确定(可以认为集装箱12节点垂向位置信息和集装箱12存在正比函数关系)，通过集装箱12的数量就能确定集装箱12节点的垂向位置信息。因此可以通过软件，进行二次开发设定好对应函数关系，通过函数关系，已知集装箱12的个数和初始位置就能自动生成所有集装箱12节点垂向位置信息，可以省去手动生成每个集装箱12节点垂向位置信息，不用挨个输入集装箱12节点垂向位置信息。提高了集装箱12节点垂向位置信息的生成效率。
56.请同时参照图1到图4，优选地，本实施例还提供了一种船体1，船体1设置有货舱10，货舱10包括隔断舱壁100、舱底101和箱格导轨架11，箱格导轨架11设置于隔断舱壁100，船体1可以根据的集装箱船船体有限元分析前处理方法进行有限元分析前处理。例如，隔断舱壁100平面可以是和直角坐标系的yoz平面平行，箱格导轨架11和隔断舱壁100平面平行设置并垂直于直角坐标系的xoy平面，箱格导轨架11可以通过焊接的方式设置于隔断舱壁100。
57.以上对本发明实施例所生成的一种集装箱船船体有限元分析前处理方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依据本发明的精神与技术思想所做的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。