基于ANSYS Workbench的3200吨甲板驳建模

孟巧

摘要：船舶有限元方法广泛应用在船舶结构强度分析中，其中船体的有限元建模是比较耗时、且内容繁重的一项环节，船体结构具有三维曲度且船首尾两端线型复杂、变化急剧，同时船体结构又是左右对称的，船中部线型平缓几乎不变，根据这一特点，利用ANSYS Workbench软件的DM建模平台及强大的图形布尔操作、映射等功能对3200吨甲板驳的船体进行建模，实践证明这种建模方法是可行的，比传统建模方法省时间，且也满足计算模型要求。

关键词：ANSY Workbench；DM平台；建模

ANSYS Workbench Environment（简称AWE）是ANSYS公司发布的新一代的协同仿真环境，至今已发展到ANSYS19.0版本，AWE可实现经典版本绝大多数已有的功能，并大幅扩展了协同仿真能力。这使得ANSYS在易用性、功能、性能、可靠性及运行环境的适用性等方面能很好的满足用户的需求。基于此，本文采用ANYS Workbench19.0对3200吨甲板驳船体进行建模。

1 3200吨甲板驳结构特点

船体外板是一个具有三维曲度的复杂自由曲面，这使得用有限元软件建模具有一定困难，但同时，3200吨甲板驳船型简单，从FR47～FR104都为平行中体，各肋位型值表数值不变，尾部FR19～FR46和首部FR105～FR120肋位虽然不是平行体，但是型值变化不大，从FR19～FR120部分采用纵骨架结构，基于上述规律性，使得ANSYS建模变得简单易操作。

2 ANSYS建模

有限元模型建立是整个后续计算的关键，首先有限元模型为计算提供所有原始数据，如果模型误差较大，可能产生与实际不符的分析结果。其次有限元模型的形式对计算过程产生很大影响，因此在建模时需要综合考虑很多因素，所以在整个有限元分析過程中，建模时间占有很大比重，根据船型的复杂程度一般需要几周或几个月时间。由此也可看出建模的重要性

2.1 建模方法

有限元几何建模方法按照生成图形的顺序可分为自下而上和自上而下两种方法，前者即按照点、线、面、体的顺序进行建模，后者即按照体、面、线、点的顺序进行建模。几何模型生成后要赋予一定的单元和材料属性，之后进行网格划分、添加载荷、求解及结果的后处理。整个建模流程见图1所示。

2.2 船体建模

建模前首先要对问题进行分析，本文是关于3200吨甲板驳的船体进行建模，这是一个简单的船体结构，结构由板、纵横构件组成，因为是船体结构建模，采用自下向上的方法有利于控制线的方向，从而方便后续操作。其次要分析单元类型、材料属性、几何特征、简化模型等，本例中所用到的单元类型有、杆、梁、板壳等，材料为船用钢板和轧制型材，几何特征为中间很大一段为平行体，纵骨架式，形式相对较简单，简化为壳和线体。

所有信息确定好之后，进入ANSYS Workbench平台的DM模块进行建模。先建立一个流程图，如图2所示，然后进入DM建模，根据主尺度和型值表的信息，建立船体外板模型。注意船体外壳是一个板架结构，舷侧、船底、甲板及舱壁板上的纵横骨架采用映射（Imprint face）命令可以很快地进行创建，这里纵横骨材定义成线体，船壳、舱壁、甲板等定义为面体，然后分别定义各部位纵横骨架的截面形式及尺寸即可，如图3所示。注意横向构件为了避免与随后添加的纵向构件发生布尔并运算需要生成冻结状态，在冻结状态下各个横向构件具有各自独立的横截面特征。

船中部分建好后即可根据型值表建立船首和船尾部模型，由于线性复杂，可以用样条曲线建好一个横剖面，然后根据指定路径拖曳而成。

这种建模方法充分利用了计算机的高性能，避开复杂、重复性人共工作，为后续网格划分及其相应计算提供便利。

3 小结

本文主要通过船体曲线三维设计与表达，应用映射在船体外板和纵横舱壁上生成线体，然后再定义线体横截面，从而生成肋骨、纵桁、纵骨等型材，经过实践表明利用ANSYS workbench中DM平台对甲板驳主船体建模是可行的，可大大提高船体有限元建模的效率。当然也可以用经典界面通过对船体结构关键点进行编号控制、利用型值表建立船体型线、利用插值生成纵桁构建交叉点出关键点，最后生成船体外板及纵横骨架。两种ANSYS建模方法并没有对比，有待于今后进一步研究。

课题：本课题来源于南通理工学院校级课题（课题编号：20150032）