T/CCIASD 10005-2023 集装箱结构有限元分析指南

ICS55.180.10

CCSA85

团体标准

T/CCIASD10005—2023

集装箱结构有限元分析指南

Guideforfiniteelementanalysisofcontainerstructures

2023-02-21发布2023-03-01实施

中国集装箱行业协会发布

T/CCIASD10005—2023

目次

前言...............................................................................III

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义........................................................................1

4概述..............................................................................2

4.1有限元分析目的................................................................2

4.2有限元分析类型................................................................2

5有限元分析流程....................................................................2

6建立分析档案及有限元分析规划......................................................3

6.1建立分析档案..................................................................3

6.2有限元分析规划................................................................4

7建立有限元模型....................................................................4

7.1单位制........................................................................4

7.2坐标系........................................................................4

7.3全局单元长度..................................................................5

7.4单元类型......................................................................5

7.5三维数模预处理................................................................6

7.6零件属性配置..................................................................6

7.7总体结构分级..................................................................7

7.8零部件连接....................................................................7

7.9网格划分.....................................................................11

8有限元模型检查及试算.............................................................11

8.1检查有限元模型自重...........................................................11

8.2检查零部件焊接...............................................................12

8.3检查零部件活动连接...........................................................12

8.4检查网格质量.................................................................12

8.5有限元模型试算...............................................................12

9工况设置、求解及分析结果检查.....................................................12

9.1工况设置及求解...............................................................12

9.2分析结果检查.................................................................13

10分析报告编制及数据归档..........................................................14

I

T/CCIASD10005—2023

10.1编制分析报告................................................................14

10.2数据归档....................................................................14

附录A（资料性）有限元分析单位制系统及网格质量控制指标............................16

附录B（资料性）有限元模型壳-壳焊接方法图示........................................18

附录C（资料性）有限元模型特殊连接方法图示........................................20

参考文献............................................................................21

II

T/CCIASD10005—2023

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国集装箱行业协会标准管理委员会提出并归口。

本文件起草单位：寰宇东方国际集装箱（启东）有限公司、上海寰宇物流科技有限公司、南通中集

特种运输设备制造有限公司。

本文件主要起草人：沈彦杰、许小敏、陆宏、陈健昭、黄红珍、谢韵。

本文件为首次发布。

III

T/CCIASD10005—2023

集装箱结构有限元分析指南

1范围

本文件提供了集装箱结构静强度有限元分析的分析依据、分析流程、分析要求、分析类型、建模原

则、结果评估、模型修正、结果输出、数据处理、报告编写等内容。

本文件适用于通用集装箱产品研制过程中的总装结构静力有限元分析。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T31054机械产品计算机辅助工程有限元数值计算术语

GB/T33582机械产品结构有限元力学分析通用规则

3术语和定义

GB/T31054和GB/T33582界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列

出了GB/T33582的某些术语和定义。

3.1

有限元建模finiteelementmodeling

构建有限元模型的过程，包括几何模型构建和（或）处理、材料属性定义、网格划分、边界条件施

加等步骤。

[来源：GB/T33582-2017，3.1]

3.2

单元element

具有几何、物理属性的最小求解域。

[来源：GB/T33582-2017，3.6]

3.3

质量单元masselement

表征只具备质量属性的单元。

[来源：GB/T33582-2017，3.11]

3.4

板/売plane/shell

1

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一类厚度方向尺寸远小于长度和宽度方向尺寸的结构。

[来源：GB/T33582-2017，3.15]

3.5

实体solidbody

由面或棱边构成封闭体积的三维几何体。

[来源：GB/T33582-2017，3.16]

4概述

4.1有限元分析目的

集装箱结构有限元分析的主要目的是：预测结构在载荷下的力学响应，并为优化设计提供方向，通

常有如下应用场景：

a)在概念设计阶段，支持集装箱结构空间布局、零件选型和材料选择；

b)在详细设计阶段，评估集装箱结构在设计标准规定工况下的强度、刚度；

c)在设计变更阶段，提供变更前后结构设计力学性能对比，评估设计变更的合理性与安全性；

d)在施工部署阶段，评估施工工艺对集装箱结构影响，支持工艺优化和工装设计；

e)优化设计，通过定量分析提供结构优化设计方案，实现材料、加工成本、结构力学性能、使用

功能的平衡；

f)极限分析，计算给定集装箱结构在特定场景下可承受的极限载荷；

g)失效诊断，对实际使用中发生结构失效的集装箱进行诊断，分析失效原因。

4.2有限元分析类型

4.2.1按力学类型分

按力学类型，可将有限元分析分为：

a)静力学分析，包含线性静力学和非线性静力学分析；

b)动力学分析，包含线性动力学和非线性动力学分析。

4.2.2按结构层级分

根据集装箱结构组成层级，可将有限元分析分为：

a)零件级分析；

b)部装或模块级分析；

c)总装或系统级分析。

5有限元分析流程

集装箱结构有限元分析流程如下：

a)建立分析档案；

b)有限元分析规划；

2

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c)建立有限元模型；

d)有限元模型检查；

e)有限元模型试算；

f)工况设置及求解；

g)分析结果检查；

h)编制分析报告；

i)数据归档。

6建立分析档案及有限元分析规划

6.1建立分析档案

6.1.1基础信息归集

开始有限元分析工作前宜梳理、归集所需的基础信息并建立分析档案，包括：

a)任务目标，包括：

1)任务要求完成时间，其决定了采用的分析方法；

2)分析报告形式，用于内部设计评审宜采用简单报告，用于外发客户或第三方审查宜采用

正式报告；

3)分析报告语言，宜根据报告阅读人员实际需求，采用中文或外文。

b)产品结构设计标准中对产品结构刚度、强度相关要求；

c)产品结构图纸和三维数模，注意下列要点：

1)如采用三维设计，可直接归档三维数模；

2)如采用CAD软件建立图纸再用三维建模软件建立数模，宜先校对三维数模与图纸的一致

性，确认无误后再归档。

d)产品额定重量，包括：

1)产品理论总重、自重、载重；

2)对于设备箱等载重分布明显不连续的集装箱，补充采集箱内载重具体分布。

e)零件材料清单，包括：

1)零件与材料的对应关系；

2)金属材料的弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、延伸率等参数；

3)非金属材料一般作为各向同性材料简化处理，列出密度、等效弹性模量、等效泊松比；

4)非金属材料如要精确处理的，宜根据其材料本构，通过查询材料手册或进行材料试验来

获取相关力学参数。

f)满焊以外的间断焊、塞焊、铰接、螺栓、螺钉、铆钉、卡扣等特殊连接清单；

g)产品结构设计标准规定的测试工况，以及根据特殊使用需求定义的非标测试工况。

6.1.2补充信息搜集

除上述信息外，可补充搜集下列信息：

3

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a)产品实际用途，有时客户对产品有着超常规的使用方式，了解客户实际如何使用产品有助于定

义非标测试工况；

b)产品特殊工作场景，了解产品在建造、运输、部署、维护等全生命周期内存在的特殊工作场景，

以确定特殊载荷条件；

c)产品历史失效记录，了解产品曾经出现过的失效形式，搜集相关照片、视频及失效前使用状态

等信息；

d)产品历史测试记录，搜集产品以前的相关测试数据，如样箱试验数据等。

6.2有限元分析规划

有限元分析规划是为了制定总体分析方案，包括：

a)确定有限元分析类型，包括下列要点：

1)判断测试大纲中的工况需要采用静力线性还是非线性分析；

2)大平板受面压，其法向刚度随变形加大而增加，宜打开几何非线性开关；

3)梁在轴心受压，弯曲变形较大时要考虑失稳，宜打开几何非线性开关；

4)考察零部件塑性变形时，宜采用非线性材料本构；

5)零部件之间变形后互相接触和分离，宜采用状态非线性分析。

b)确定计算规模和模型精度，根据任务目标规定的时间要求和可用的人力、硬件算力评估有限元

模型允许的计算规模和模型精度；

c)定义有限元模型，包括下列要点：

1)确定纳入有限元模型的零部件范围，对整体结构强度、刚度没有贡献的零件无需纳入有限

元模型，如卷帘门、逃生门、活动盖板等覆盖件，通风器、门把手、胶条、绳环、拉棒等

附属件；

2)若产品设计标准已明确对有限元模型的零部件范围进行了定义，则遵循设计标准进行有限

元模型的建立，如DNV2.7-1中对近海集装箱需要参与结构计算的零部件进行了明确定义。

d)定义有限元分析判定准则，根据产品结构设计标准以及非标工况的结构力学性能要求进行制定；

e)定义有限元分析结果合理性和准确性的校验方法，如通过产品历史样机测试数据或相近产品的

分析数据、测试数据等。

7建立有限元模型

7.1单位制

有限元模型单位制宜统一且简洁，可采用国际单位制（SI）（见附录A.1）。但对集装箱的结构有

限元分析推荐采用常用单位制（见附录A.2），因其变形、应力等单位与行业常用单位保持了一致。

7.2坐标系

7.2.1全局坐标系

7.2.1.1坐标轴定义

4

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全局坐标系一般选择右手笛卡尔直角坐标系。

推荐将直角坐标系的X轴对应箱体纵向，Y轴对应箱体垂向，Z轴对应箱体横向。箱体纵向与底架

侧梁长度方向一致，箱体横向与底架横梁长度方向一致，箱体垂向与箱体高度方向一致。

7.2.1.2坐标轴正方向定义

集装箱行业对箱体有前、后、左、右的定义。以20英尺标准集装箱为例，沿箱体纵向有门的一端为

后端，与之相对的一端为前端；站在后端面朝前端，左手一侧为箱体左侧，右手一侧为箱体右侧。

推荐坐标轴正方向为：X轴正方向由箱体前端指向后端，Y轴正方向由箱底指向箱顶，Z轴正方向

由箱体右侧指向左侧，这与集装箱图纸常见的绘图坐标系也保持了一致。

7.2.1.3坐标系原点位置

推荐将全局坐标系原点放置在箱体八个角件包络空间的中心，便于利用集装箱结构对称性进行有限

元模型前处理和计算。

7.2.2局部坐标系

局部坐标系用于处理局部有限元分析模型的建立和结果的显示。例如当载荷的方向与全局坐标系的

坐标轴方向不一致时，可以建立局部坐标系，使局部坐标系的坐标轴方向和要施加的载荷方向保持一致，

便于加载。

7.3全局单元长度

宜根据有限元分析类型、有限元模型允许的计算规模及模型精度综合确定全局单元长度，也即网格

划分的长度。推荐采用均匀的单元长度