中国船级社有限元直接计算软件CSR-DSA
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇中国船级社有限元直接计算软件CSR-DSA范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要:鉴于国际船级社协会(International Association of Classification Societies, IACS)2006年推出的散货船、双壳油船共同结构规范CSR-BC/OT的复杂性,为减小用人工方法施加载荷、处理结果和扣除腐蚀等的工作量,降低出错率,中国船级社(China Classification Society, CCS) 开发出有限元直接计算软件csr-dsa. 该软件以MSC Patran为平台,并使用PCL开发实现自动扣除腐蚀,施加载荷,校核屈服、屈曲、疲劳和细化网格等功能,覆盖CSR-BC/OT的大部分直接强度分析要求. CSR-DSA已得到广泛应用,很大程度上解决该规范带来的工作量大和计算易出错等问题,可以大大缩短船舶设计和审图的工作周期、提高计算准确性.
关键词:共同结构规范; 散货船; 双壳油船; 中国船级社; CSR-DSA; MSC Patran; PCL
中图分类号:U662.1; U662.2; TB115文献标志码:A
Direct finite element computation software CSR-DSA of
China Classification Society
LIU Yuchuan, JIN Liming, WANG Lirong, ZHANG Weixing
(China Classification Society, Beijing100007, China)
Abstract: As to the complexity of CSR-BC/OT proposed for the design of bulk carrier and double hull oil tanker by International Association of Classification Societies(IACS) in 2006, China Classification Society(CCS) developed a direct finite element computation software CSR-DSA to reduce the workload and error rate of manually applying load, processing results and deducting corrosion, and so on. MSC Patran and PCL are used to implement the functions such as corrosion deduction, load applying,check of yielding, buckling and fatigue, mesh refreshment, and so on. These functions can meet most of the direct strength analysis requirements of CSR-BC/OT. The wide application of CSR-DSA indicates that it can solve the problems brought by the rules such as heavy workload and being easy to make mistake to a large extent, and shorten the cycle of ship design and drawing inspecting and improve calculation accuracy.
Key words: common structural rule; bulk carrier; double hull oil tanker; China Classification Society; CSR-DSA; MSC Patran;PCL
收稿日期:2009-[KG*9〗05-[KG*9〗22修回日期:2010-[KG*9〗05-[KG*9〗10
作者简介: 刘玉川(1981―),男,安徽蚌埠人,工程师,硕士,研究方向为CSR规范的软件实现,(E-mail).cn 0引言
国际船级社协会(International Association of Classification Societies,IACS)散货船、油船共同规范CSR-BC/OT于2006年4月1日生效.鉴于CSR规范计算的复杂性,如果用人工方法施加载荷、处理结果和扣除腐蚀等,工作量太大且容易出错,必须有针对性地开发相应的应用软件以提高直接计算的分析效率.
作为IACS成员之一,为满足中国造船市场的需求,中国船级社(China Classification Society,CCS)自主研发并推出基于CSR-BC/OT的有限元直接计算软件CSR-DSA.该软件以行业内常用的有限元计算软件MSC Patran为平台,并使用与其完全兼容的PCL开发,提供专门用于CSR-BC/OT要求的直接计算的前后处理工具,大大提高CSR-BC/OT船舶设计和审图的效率.
1CSR-DSA的主要功能及特点
1.1功能组成
CSR-DSA软件包括散货船计算软件DSA-BC和油船计算软件DSA-OT,基本覆盖CSR-BC/OT对直接计算的要求.除此之外CSR-DSA还提供一些实用工具,大大提高工程计算人员的工作效率.CSR-DSA的实用工具和功能组成及使用流程分别见图1和2.
图 1CSR-DSA的实用工具和功能组成
图 2CSR-DSA的使用流程
1.2特点
直接计算的一般流程为:划分模型网格施加载荷、确定边界约束求解计算处理结果.
从图1和2中可以看出,CSR-DSA能提供相应的工具实现直接计算中的关键步骤.
除此之外,CSR-DSA采用在MSC Patran中外挂菜单工具的方法,使得工具的界面风格与MSC Patran完全统一,使用者可以像使用MSC Patran的其他功能一样使用这些工具.
综上所述,CSR-DSA提供一整套高效、准确、灵活、易学易用的工具.通过使用这些工具,即使是对CSR-BC/OT不太了解的工程人员也可以很方便地对有关船舶进行分析和计算.
2技术重点和难点
IACS推出的CSR-BC/OT在腐蚀扣除、载荷施加、结果处理等方面都比以前的规范要复杂很多,使得软件开发的复杂程度也有所增加.
2.1腐蚀扣除
净厚度方法和腐蚀扣除是CSR-BC/OT明确提出的要求,几乎所有的计算和评估都基于扣除一定腐蚀后的模型.这意味着模型中所有二维和一维单元都需要根据所处环境扣除相应的腐蚀.更为复杂的是,CSR-BC/OT要求对于不同的计算扣除的腐蚀也不同,如净模型需要扣除全部的腐蚀,而疲劳计算的模型只需要扣除一半的腐蚀.
CSR-DSA通过定义单元两侧环境的方法来解决这个问题,使用者只需要定义单元两侧的环境,软件会自动根据用户要求扣除指定腐蚀.同时,对于梁单元,软件还可以自动计算其偏心.图3为CSR-DSA腐蚀扣除工具界面.
图 3CSR-DSA腐蚀扣除工具界面
2.2载荷施加
载荷的复杂性是CSR-BC/OT区别于以往CCS规范的显著特征之一.每种船型都有几十种工况需要计算,手工计算几乎不可能.即使用软件计算也需要编写大量函数来处理每种工况,同时还需要将载荷对应到相应的单元.
在对典型船型归纳总结的基础上,CSR-DSA定义一系列载荷计算使用的组.CSR-DSA的使用者只需要将相应的单元放在对应的载荷组中,软件就可以自动进行加载.这样做的好处就是载荷的施加过程对使用者完全透明.图4为分组和自动加载界面(以散货船为例).
图 4CSR-DSA分组和自动加载界面
2.3细化分析
CSR-BC/OT对细化分析有明确要求.这里有几个难点:(1)精细网格如何划分;(2)细化后单元属性和载荷如何施加;(3)计算后的细化模型如何处理.针对这些难点,CSR-DSA的开发人员提供1套分析流程来解决这些问题,见图5.
图 5CSR-DSA的细化分析流程这个流程中的每个步骤都有对应的工具与之配合.软件使用者只需要通过很少的操作就可以完成模型的细化分析.
3工程应用
CSR-DSA推出后,在业界得到广泛应用.用这套软件计算过的船舶很多.比较有代表性的就是18万吨级散货船和30万吨级VLCC油船.在设计和审图的过程中,CSR-DSA的应用大大缩短工作周期并提高设计和审图的准确性.图6为这2条船的应用情况.
(a)18万吨级散货船(b)30万吨级VLCC油船图 6CSR-DSA应用情况
4总结及展望
可以看出CSR-DSA是可以满足CSR-BC/OT直接强度分析要求的工程计算软件,具有高效、准确、灵活、易学易用的特点,在CSR-BC/OT船舶的设计和审图过程中发挥重要作用.然而,随着船舶复杂度的增加、CSR规范的不断完善和软件使用者需求的提升,CSR-DSA在很多方面尚需完善.(1)需增加属性自动生成.使用者只需要简单定义好船舶的基本舱室信息和单元基本属性,软件就可以自动生成其他相关单元属性.(2)需增加更多的计算功能.以后软件会提供更多的前后处理工具.(3)需增加更加丰富的软件接口.软件将会支持更多的CAD软件,不仅可以支持几何模型接口,而且可以支持相关的属性接口,进一步提高设计人员的效率.参考文献:
[1]冯文琴.中国船级社“海虹之彩”船体结构安全解决方案软件系统[J]. 中国船检,2000(2): 21-24.
[2]中国船级社. BC结构设计程序使用手册[EB/OL]. (2010-02-09) [2009-11-12]. .cn/ccsewwms2007/displayCommonNorms.do?normType=bulk.
[3]中国船级社. OT结构设计程序使用手册[EB/OL]. (2010-02-09) [2009-11-12]. .cn/ccsewwms2007/displayCommonNorms.do?normType=tankers.