第二章 有限元直接计算介绍

在校核船体强度时，有限元直接计算法根据有限元理论，使用有限元软件进行分析。在进行船舶结构强度的校核时，需要学会相关的有限元软件操作以及有限元方法的使用。有限元软件分为专业和通用的计算机软件。专用程序的优点为程序较小，更容易开发，并且能更好的解决专业问题。通用软件优点是用户不需要太多专业的计算机知识，并且其拥有固定的规范和格式，使用的范围较广，可以解决很多问题，因而其非常流行。缺点为程序大造成开发的工作量较大。现在比较常见的有限元软件有:ANSYS、ABAQUS、MSC。Patran/Nastran、Hypermesh等等。

在本章中主要介绍了MSC。Patran/Nastran软件和有限元在船舶校核方面的优点以及有限元法的理论。论文网

2。1 MSC。Patran/Nastran有限元软件的简介

2。1。1 MSC。Patran/Nastran软件概述

MSC。Patran/Nastran由MSC。Software Corporation于20世纪80年代研发。MSC。Software Corporation是一家建在美国洛杉矶的软件供应商，供应的主要为有限元分析与计算机仿真预测应用软件。

MSC。Patran/Nastran是在美国宇航局NASA的帮助下产生的计算机辅助工程分析软件。该软件拥有多功能以及开放的结构体系，在设计和分析以及结果的直观方面组成了完全的CAE（Computer Aided Engineering）系统。在工程应用中的有限元分析及前后结果处理的领域里非常出名。MSC。Patran/Nastran能让设计人员直接从设计阶段到制造阶段都能仿真模拟后得到结果分析并且在其基础上进行改进。MSC。Patran/Nastran软件界面简洁明了，其用户界面友好，便于使用者进行软件操作入门的学习且容易记忆选项。在简单学习后工程人员就可以用该软件上手操作进行工程实例的应用，节省工作人员的时间，避免将大量时间精力花在学习软件上。现在MSC。Patran/Nastran软件由于其优点已经大量的应用在汽车、造船、航空等多方面工程领域中。

2。1。2 MSC。Patran/Nastran软件基本功能

MSC。Patran/Nastran软件可以进行前处理——建立有限元模型并划分网格，也可以进行后处理——分析与对分析结果的评估。其用户界面友好，在其上有一个显而易见的工具栏，用户可以通过这些工具栏进行相应的一项主操作。并且每个主工具栏都有小工具栏，具体的细节操作都可以通过小工具栏里的选项完成操作，实现一定的功能。

MSC。Patran/Nastran软件的使用流程一般为：

建立几何模型；

选择分析求解器；

建立有限元分析模型；

提交分析；

显示分析结果（后处理）。

2。1。2。1建立几何与有限元模型

MSC。Patran/Nastran软件拥有有关建立几何模型的相关功能。可以对各种几何元素执行创建、显示、变换、删除等功能。

MSC。Patran/Nastran软件拥有完整全面且便利的有限元建模的相关功能，在各种建模精度下都可以完成工作。在进行前处理——有限元模型的建立网格划分时在软件里用户可以自由调节网格的大小和密度，在修改后最后可以生成满足用户不同计算需求的网格。

2。1。2。2 分析条件的定义

为了对建成的有限元模型进行分析计算，需对模型里的材料属性定义，单元进行定义，输入载荷场函数和边界条件。MSC。Patran/Nastran软件可以让用户很方便的将这些属性加入所建立的有限元模型中，并且在有限元模型中施加载荷以及边界条件。由于这些相关的属性以及载荷场函数与边界条件与几何模型一直保持相关性，在改变几何模型时不需要再重复定义一次。