一种轮印载荷下车辆装载甲板结构快速评估方法与流程

本发明涉及一种船舶车辆装载甲板结构，具体涉及一种轮印载荷下车辆装载甲板结构评估方法。

背景技术：

1、车辆装载甲板是滚装船等以装载车辆为主船舶的最主要的功能性结构，也是此类船舶结构强度评估中的重点与难点所在。车辆装载甲板主要承受所装车辆的轮印载荷。

2、所谓轮印载荷即是车辆所有轮胎与甲板接触面积范围内承受的车辆重量载荷，如图1所示。一方面，轮胎与甲板接触面积非常小，通常车辆一个轮印长宽在200mm～400mm之间；另一方面，所装载车辆又比较重，通常在20吨以上。轮印载荷的特点是作用面积小，压力大。轮印载荷下车辆装载甲板结构局部应力大，局部强度问题突出。

3、针对在运营的有车辆装载甲板的船舶，经常遇到的情形是新型车辆或临时车辆上船。车辆更新换找周期较船舶短，并且从实际使用角度出发，临时车辆上船很普遍，那么当前装载的车辆重量极可能大于设计船舶时考虑的轮印载荷。车辆装载甲板结构未必满足新型车辆或临时车辆的装载要求。因此，对轮印载荷下车辆装载甲板结构强度进行评估，对于保证船体结构安全和船舶运营安全具有重要的现实意义。

4、现有的评估车辆装载甲板结构强度的方法有规范校核方法和直接计算方法。规范校核方法是依据相应的规范标准中车辆装载甲板结构设计相关章节进行计算，得出满足要求所需的最小板厚、最小纵骨剖面模数等参数，与实际车辆装载甲板结构数据相比较。直接计算方法是采用有限元数值仿真的手段，直接建立车辆装载甲板结构模型，然后加载计算分析并读取应力、变形等数据，与规范衡准比较，判断结构强度是否满足要求。

5、采用规范校核方法进行车辆装载甲板结构评估时，需要了解相关规范的细节，如各参数涵义、取值方法等，对于计算公式繁复且参数较多时，容易发生计算错误。采用直接计算方法进行车辆装载甲板结构评估时，需要建立有限元数值仿真模型，为保证计算精度，往往模型单元数目巨大，计算耗时较多，且工况较多时载荷施加方式复杂多变。

6、不论是规范校核方法，还是直接计算方法都要求评估人员具有较强的专业知识背景和技能。另外，直接计算方法需要建立有限元数值仿真模型并计算，评估过程复杂且耗费时间较多。本发明旨在找到一种轮印载荷下车辆装载甲板结构强度评估的方法，使其能够快速重复使用，减小评估人员时间消耗。同时，使得使用人员不需要较强的专业知识也能应用。

技术实现思路

1、本发明是要提出一种轮印载荷下车辆装载甲板结构快速评估方法，主要是为了解决轮印载荷下车辆装载甲板结构强度评估中专业要求高、评估过程复杂、计算耗时较多等问题，实现车辆装载甲板结构强度快速评估。

2、为实现上述目，本发明的技术方案是：一种轮印载荷下车辆装载甲板结构快速评估方法，首先，在调查车辆轮印尺寸及轮印载荷的基础上，设定不同轮印长度和宽度的组合，使该组合能够覆盖现有车辆轮印尺寸；基于车辆装载甲板规范的强度衡准，针对不同轮印尺寸组合，分别计算甲板板、纵骨的应力，找到其达到许用应力时所对应的轮印载荷，将该许用应力时所对应的轮印载荷作为甲板板、纵骨的最大承载载荷；然后，给出不同轮印尺寸组合下车辆装载甲板板、纵骨的最大承载载荷，将结果绘制成图表，该图表反应的是本船车辆装载甲板的最大承载能力，能重复利用，最后，根据新型车辆或临时上船车辆的轮印尺寸，分别插值得到同样轮印尺寸下的甲板板、纵骨的最大承载载荷，与新型车辆或临时上船车辆的轮印载荷大小比较，即可快速评估车辆装载甲板结构强度。

3、进一步，所述设定不同轮印长度和宽度的组合，使该组合能够覆盖现有车辆轮印尺寸采用车辆轮印尺寸大小统计表，根据统计表确定不同的车辆轮印尺寸组合范围，作为计算轮印载荷的作用面积。

4、进一步，所述基于车辆装载甲板规范的强度衡准，确定甲板板的许用应力[σ1]、确定甲板纵骨的许用应力[σ2]。

5、进一步，所述不同轮印尺寸组合下车辆装载甲板板的最大承载载荷、纵骨的最大承载载荷是通过有限元计算分析得到，并建立甲板板、纵骨最大承载载荷对于轮印长度、宽度的曲线图。

6、进一步，所述有限元计算分析采用建立车辆装载甲板有限元计算模型，并施加边界约束。

7、进一步，所述车辆装载甲板板最大承载载荷计算的具体方法：

8、(1)将轮印载荷施加在车辆装载甲板的板格中心，初始设定轮印载荷为1t，分别计算不同轮印尺寸下的甲板板响应，得到不同轮印尺寸时1t轮载作用下的车辆装载甲板板应力；

9、(2)考虑到计算过程中载荷和应力满足线性关系，所以通过比例换算得到不同轮印尺寸下甲板板许用应力[σ1]所对应的轮印载荷，即为甲板板的最大承载载荷。

10、进一步，所述建立甲板板最大承载载荷对于轮印长度、宽度的曲线图，以车辆轮印长度为x坐标，甲板板最大承载载荷为y坐标，作出不同轮印宽度下的曲线图，即可得到甲板板最大承载载荷的曲线图。

11、进一步，所述车辆装载甲板纵骨最大承载载荷计算的具体方法：

12、(1)将轮印载荷施加在车辆装载甲板纵骨的中心，初始设定轮印载荷为1t，分别计算不同轮印尺寸下的甲板纵骨响应，得到不同轮印尺寸时1t轮载作用下的车辆装载甲板纵骨应力；

13、(2)考虑到计算过程中载荷和应力满足线性关系，所以通过比例换算可得到不同轮印尺寸下甲板纵骨许用应力[σ2]所对应的轮印载荷，即为甲板纵骨的最大承载载荷。

14、进一步，所述建立甲板纵骨最大承载载荷对于轮印长度、宽度的曲线图，以车辆轮印长度为x坐标，甲板纵骨最大承载载荷为y坐标，作出不同轮印宽度下的曲线图，即可得到甲板纵骨最大承载载荷的曲线图。

15、进一步，所述快速评估车辆装载甲板结构强度的具体方法：

16、(1)确定新型车辆或临时上船车辆的轮印长度a0、宽度b0和轮印载荷p0。

17、(2)依据甲板板最大承载载荷的曲线图，对轮印长度a0和宽度b0进行插值，即可得到该车辆装载甲板板的最大承载荷p1max,与轮印载荷p0比较，即可判断甲板板能否满足承载要求；

18、(3)依据甲板纵骨最大承载载荷的曲线图，对轮印长度a0、宽度b0进行插值，即可得到该车辆装载甲板纵骨的最大承载荷p2max,与轮印载荷p0比较，即可判断甲板纵骨能否满足承载要求。

19、本发明的有益效果为：

20、(1)提出一种轮印载荷下车辆装载甲板结构快速评估方法；

21、(2)本发明提出的通过建立最大承载载荷曲线图并插值校核的方法，有效回避了运营船舶装载新型车辆或临时上船车辆时，车辆装载甲板结构强度评估中专业要求高、评估过程复杂、计算耗时较多的问题；

22、(3)本发明提出的通过建立最大承载载荷曲线图并插值校核的方法，快速简单易用，且针对某一特定车辆装载甲板，仅开始需要通过计算分析确定曲线图，以后使用过程中可一直重复利用。

23、综上，本发明提出了一种轮印载荷下车辆装载甲板结构快速评估方法，通过有限元计算分析得到不同轮印尺寸下甲板板、纵骨最大承载载荷，建立甲板板、纵骨最大承载载荷对于轮印长度、宽度的曲线图，通过对运营船舶装载新型车辆或临时上船车辆的轮印载荷参数插值，快速评估甲板结构强度。