[發明專利]一種船體優化結構疲勞累積總損傷度的快速計算方法

有效

• 申請號: 202110535946.8
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113221421B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 劉玉超;任慧龍;劉玉杰;馮國慶;孫士麗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F119/04;G06F119/14
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1.一種船體優化結構疲勞累積總損傷度的快速計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取船舶優化方案及船舶原設計方案，確定海況散布圖、計算浪向集合J、計算頻率集合W₁及優化的疲勞熱點；獲取船舶原設計方案中優化的疲勞熱點處對應于每一種計算浪向j的結構分析結果，得到優化的疲勞熱點處對應于計算浪向j、計算頻率ω_u的應力響應σ_Aj(ω_u)，j∈J，ω_u∈W₁，u＝1,2,...,l，l為計算頻率集合W₁中頻率的數量；

步驟2：計算優化的疲勞熱點處對應于計算浪向j、計算頻率ω_u的基準值Q_Aj(ω_u)；

其中，σ_Aj-max(ω_α0j)為優化的疲勞熱點處對應于計算浪向j的應力響應σ_Aj(ω_u)的最大值，ω_α0j為該最大值對應的計算頻率，ω_α0j∈W₁；

步驟3：取海況散布圖中有義波高的最小值設定為H_s；將有義波高H_s和海況散布圖中各平均跨零周期T_z組成n_s個短期海況，n_s為海況散布圖中平均跨零周期的數量；根據計算頻率集合W₁獲取各短期海況的波浪譜曲線G_ηη(ω_u)；

步驟4：獲取每一種計算浪向j對應的主要研究頻率集合W_6j，

步驟5：構建包含優化的疲勞熱點的船體優化結構子模型；

步驟5.1：將船舶優化方案對應的船體優化結構劃分為子模型；

考慮疲勞熱點間存在的相互影響現象的合理性，將需要考慮彼此間相互影響的疲勞熱點劃分到一個子模型中；將無需考慮彼此間相互影響的疲勞熱點劃分為單獨的子模型；子模型的模型范圍選取應在能保證子模型的邊界位移不會隨著結構優化過程而發生改變的條件下，盡可能地小，且子模型的邊界范圍應選在疲勞熱點的細化區域之外；

步驟5.2：從劃分出的子模型中取包含優化的疲勞熱點的子模型；

步驟5.3：根據每一種計算浪向j對應的主要研究頻率集合W_6j，確定需施加在船體優化結構的計算載荷；

步驟5.4：獲取包含優化的疲勞熱點的子模型邊界節點集合Node；采用子模型邊界位移的自動提取方法，自動提取船體優化結構全船模型中對應邊界節點的節點位移，獲得與子模型邊界節點集合Node中各邊界節點一一對應的邊界節點位移向量集合U_Node；進而形成包括{Node，U_Node}信息的子模型邊界位移施加文件；

步驟5.5：采用子模型邊界位移的自動施加方法，根據已獲得的子模型邊界位移施加文件，將子模型的邊界位移自動施加在包含優化的疲勞熱點的子模型上；

步驟6：將船體優化結構子模型在每一種計算浪向j下進行結構分析，獲取船體優化結構子模型中優化的疲勞熱點處對應于計算頻率ω_α0j、各主要研究頻率ω_α6j的結構應力響應σ_Bj(ω_α0j)、σ_Bj(ω_α6j)；ω_α6j∈W_6j；

步驟7：計算船體優化結構子模型在優化的疲勞熱點處對應于各計算浪向j、計算頻率ω_u的結構應力響應σ_Bj(ω_u)；

步驟8：計算船體優化結構子模型在優化的疲勞熱點處對應于各計算浪向j、計算頻率ω_u的基準值Q_Bj(ω_u)；

步驟9：計算船舶優化方案對應的每一種計算浪向j的系數R_j；

其中，p_j為計算浪向j出現的概率；δ為在航率系數；T_L為船舶疲勞計算的回復期；m為S-N曲線的兩個參數，根據船體結構疲勞規范進行選取；為伽瑪函數；p_n為第n個裝載的時間分配系數；p_i為海況散布圖中各短期計算海況i出現的概率；ω_eju為船舶在計算浪向j下的遭遇頻率，v為船舶的航速；θ_j為計算浪向j的浪向角；

步驟10：計算船體優化結構在計算浪向集合J下的疲勞累積總損傷度；

2.根據權利要求1所述的一種船體優化結構疲勞累積總損傷度的快速計算方法，其特征在于：所述的步驟4中獲取每一種計算浪向j對應的主要研究頻率集合W_6j的方法具體為：

步驟4.1：初始化計算浪向j對應的主要研究頻率集合W_6j

步驟4.2：取各短期海況的波浪譜曲線G_ηη(ω_u)中峰值對應的頻率ω_α2j，ω_α2j∈W₁，構建頻率集合W₂；

步驟4.3：取滿足Q_Aj(ω_u)≥0.5的頻率ω_α3j，ω_α3j∈W₁，構建高應力區頻率集合W_3j，計算頻率集合W₁中其余頻率組成低應力區頻率集合W_4j；

步驟4.4：計算各短期海況對應的曲線取中峰值對應的頻率ω_α5j，ω_α5j∈W₁，構建頻率集合W_5j；

步驟4.5：構建計算浪向j對應的主要研究頻率集合W_6j；

步驟4.5.1：將頻率集合W_5j中所有頻率加入到主要研究頻率集合W_6j中；

步驟4.5.2：對于高應力區頻率集合W_3j中的頻率ω_α3j，若ω_α3j∈W₂，則將頻率ω_α3j加入到主要研究頻率集合W_6j中；

步驟4.5.3：獲取頻率集合W₂中頻率的最小值ω_2min和最大值ω_2max；對于經過步驟4.5.2篩選后的高應力區頻率集合W_3j中頻率ω_α3j，若ω_2min＜ω_α3j＜ω_2max，則將頻率ω_α3j加入到主要研究頻率集合W_6j中；

步驟4.5.4：對于低應力區頻率集合W_4j中的頻率ω_α4j，若ω_α4j∈W₂且Q_Aj(ω_α4j)＞β，則將頻率ω_α4j加入到主要研究頻率集合W_6j中；其中，β為設定的計算精度，0.1≤β≤0.4。