基于ANSYS Workbench的3200噸甲板駁建模

孟巧

摘要：船舶有限元方法廣泛應用在船舶結構強度分析中，其中船體的有限元建模是比較耗時、且內容繁重的一項環節，船體結構具有三維曲度且船首尾兩端線型復雜、變化急劇，同時船體結構又是左右對稱的，船中部線型平緩幾乎不變，根據這一特點，利用ANSYS Workbench軟件的DM建模平臺及強大的圖形布爾操作、映射等功能對3200噸甲板駁的船體進行建模，實踐證明這種建模方法是可行的，比傳統建模方法省時間，且也滿足計算模型要求。

關鍵詞：ANSY Workbench；DM平臺；建模

ANSYS Workbench Environment（簡稱AWE）是ANSYS公司發布的新一代的協同仿真環境，至今已發展到ANSYS19.0版本，AWE可實現經典版本絕大多數已有的功能，并大幅擴展了協同仿真能力。這使得ANSYS在易用性、功能、性能、可靠性及運行環境的適用性等方面能很好的滿足用戶的需求。基于此，本文采用ANYS Workbench19.0對3200噸甲板駁船體進行建模。

1 3200噸甲板駁結構特點

船體外板是一個具有三維曲度的復雜自由曲面，這使得用有限元軟件建模具有一定困難，但同時，3200噸甲板駁船型簡單，從FR47～FR104都為平行中體，各肋位型值表數值不變，尾部FR19～FR46和首部FR105～FR120肋位雖然不是平行體，但是型值變化不大，從FR19～FR120部分采用縱骨架結構，基于上述規律性，使得ANSYS建模變得簡單易操作。

2 ANSYS建模

有限元模型建立是整個后續計算的關鍵，首先有限元模型為計算提供所有原始數據，如果模型誤差較大，可能產生與實際不符的分析結果。其次有限元模型的形式對計算過程產生很大影響，因此在建模時需要綜合考慮很多因素，所以在整個有限元分析過程中，建模時間占有很大比重，根據船型的復雜程度一般需要幾周或幾個月時間。由此也可看出建模的重要性

2.1 建模方法

有限元幾何建模方法按照生成圖形的順序可分為自下而上和自上而下兩種方法，前者即按照點、線、面、體的順序進行建模，后者即按照體、面、線、點的順序進行建模。幾何模型生成后要賦予一定的單元和材料屬性，之后進行網格劃分、添加載荷、求解及結果的后處理。整個建模流程見圖1所示。

2.2 船體建模

建模前首先要對問題進行分析，本文是關于3200噸甲板駁的船體進行建模，這是一個簡單的船體結構，結構由板、縱橫構件組成，因為是船體結構建模，采用自下向上的方法有利于控制線的方向，從而方便后續操作。其次要分析單元類型、材料屬性、幾何特征、簡化模型等，本例中所用到的單元類型有、桿、梁、板殼等，材料為船用鋼板和軋制型材，幾何特征為中間很大一段為平行體，縱骨架式，形式相對較簡單，簡化為殼和線體。

所有信息確定好之后，進入ANSYS Workbench平臺的DM模塊進行建模。先建立一個流程圖，如圖2所示，然后進入DM建模，根據主尺度和型值表的信息，建立船體外板模型。注意船體外殼是一個板架結構，舷側、船底、甲板及艙壁板上的縱橫骨架采用映射（Imprint face）命令可以很快地進行創建，這里縱橫骨材定義成線體，船殼、艙壁、甲板等定義為面體，然后分別定義各部位縱橫骨架的截面形式及尺寸即可，如圖3所示。注意橫向構件為了避免與隨后添加的縱向構件發生布爾并運算需要生成凍結狀態，在凍結狀態下各個橫向構件具有各自獨立的橫截面特征。

船中部分建好后即可根據型值表建立船首和船尾部模型，由于線性復雜，可以用樣條曲線建好一個橫剖面，然后根據指定路徑拖曳而成。

這種建模方法充分利用了計算機的高性能，避開復雜、重復性人共工作，為后續網格劃分及其相應計算提供便利。

3 小結

本文主要通過船體曲線三維設計與表達，應用映射在船體外板和縱橫艙壁上生成線體，然后再定義線體橫截面，從而生成肋骨、縱桁、縱骨等型材，經過實踐表明利用ANSYS workbench中DM平臺對甲板駁主船體建模是可行的，可大大提高船體有限元建模的效率。當然也可以用經典界面通過對船體結構關鍵點進行編號控制、利用型值表建立船體型線、利用插值生成縱桁構建交叉點出關鍵點，最后生成船體外板及縱橫骨架。兩種ANSYS建模方法并沒有對比，有待于今后進一步研究。

課題：本課題來源于南通理工學院校級課題（課題編號：20150032）