[發明專利]一種甲板縱骨梁柱屈曲的載荷-端縮曲線確定方法

有效

• 申請號: 201611206886.0
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN107066658B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 賀遠松;吳劍國;彭營豪;伍友軍;馬劍
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司第七0八研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發明提供了一種懸臂橫梁支撐的甲板縱骨梁柱屈曲的載荷?端縮曲線確定方法，屬于船舶結構工程技術領域。一種懸臂橫梁支撐的甲板縱骨梁柱屈曲的載荷?端縮曲線確定方法，包括以下幾個步驟，第一步，建立大范圍碰撞后甲板縱骨梁柱失穩力學模型；第二步，建立懸臂橫梁力學方程，獲得最低階頻率公式；第三步，建立懸臂橫梁扭轉剛度計算模型，確定扭轉剛度；第四步，確定橫梁對甲板縱骨支撐剛度；第五步，確定縱骨梁柱屈曲載荷和屈曲臨界載荷；第六步，確定縱骨梁柱的臨界載荷?端縮曲線；本發明為快速獲取大范圍碰撞破損后懸臂橫梁支撐的縱骨梁柱屈曲的載荷?端縮曲線的理論方法，提高了計算精度，相比非線性有限元方法縮短了計算時間，提高了效率。

技術領域

本發明涉及船舶結構工程的技術領域，具體是涉及一種懸臂橫梁支撐的甲板縱骨梁柱屈曲的載荷-端縮曲線的確定方法。

背景技術

對船體剩余強度的精確計算和合理評估能有效保證船舶結構設計的合理性以及安全性，確定懸臂橫梁支撐的甲板縱骨梁柱屈曲的載荷-端縮曲線是確定船體梁剩余極限強度的關鍵。

國際船級社聯盟(International Association of Classification Societies，簡稱IACS)，在2016年實施的HCSR規范中增加了船體梁破損后的剩余強度校核的內容。HCSR規定了散貨船和油船殘存極限強度計算的碰撞的破損范圍的深度和高度。但未規定破口的長度，一般默認為一個主要支撐構件的間距，這與與事實上的破損長度相差甚遠。挪威船級社(DNV)的研究表明，碰撞破損的破口長度可能達到0.1L(L為船體總長)，如按此比列計算，破口將跨越約3～10個橫向框架，在如此大的破口區域內，橫梁破損一端的支撐剛度將大大減弱，將難以滿足對橫梁的最小剛度要求，出現甲板整體失穩。

目前，船體梁剩余強度的計算主要通過簡化逐步迭代法或非線性有限元法。簡化逐步迭代法(簡稱Smith法)是由Smith基于船體橫框架形狀保持不變，且認為船體結構屈曲或屈服破壞只發生在強框架間板格和扶強材上，結合平板、加筋板在軸向壓縮載荷作用下結構失效問題的研究成果而提出的，但該理論對于船體實際存在的大范圍破損并不適用；而非線性有限元法雖然是一種獲取結構承載能力的有效方法，但該方法對計算機和操作人員的要求較高，需花費大量的建模和計算時間，效率低，成本高，難于滿足船舶設計的需求。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，現旨在提供一種懸臂橫梁支撐的甲板縱骨梁柱屈曲的載荷-端縮曲線確定方法，將破損范圍內的甲板橫梁簡化為一端彈性固定、一端自由的懸臂梁，建立船體大范圍碰撞后甲板縱骨梁柱失穩計算的力學模型；通過求解彈性固定的懸臂橫梁的動力學方程獲得其最低階頻率，再進行級數展開和簡化獲得最低階頻率的計算公式；通過將橫梁固定端的結構簡化為兩端固支的等值薄壁梁，建立懸臂橫梁彈性固定端的扭轉剛度的計算模型，并根據薄壁桿件扭轉約束問題的扭轉角與復雜彎曲撓度的對應關系，確定懸臂橫梁彈性固定端的扭轉剛度；利用穩定性問題與橫梁自由振動方程的相似性，確定彈性固定的懸臂橫梁對甲板縱骨支撐剛度；依據桿系穩定性理論，獲得彈性支座的剛性系數；依據結構力學，獲得多跨板架縱骨歐拉應力與縱骨作為單跨桿時的歐拉應力之比，從而確定大范圍碰撞破損后懸臂橫梁支撐的縱骨梁柱屈曲載荷；通過塑性修正，確定大范圍碰撞破損后懸臂橫梁支撐的縱骨梁柱屈曲的臨界載荷；最后通過邊緣函數獲得大范圍碰撞破損后懸臂橫梁支撐的縱骨梁柱臨界載荷的端縮曲線。

該方法擴大了現有破損船體剩余強度的Smith法的應用范圍，縮短了計算所需時間，提高了效率，并且計算方法簡單，精度高，操作要求低，揭示船體大范圍破損后板架極限強度的影響規律，指導船體梁剩余強度的設計，保證船舶結構設計的合理性。

具體技術方案如下：

一種懸臂梁支撐甲板縱骨梁柱屈曲的載荷-端縮曲線確定方法，包括以下幾個步驟：

第一步，建立船體大范圍碰撞后甲板縱骨梁柱失穩的力學模型；