一种基于集中力的船体总纵强度计算方法与流程

本发明属于船体结构设计计算领域，具体涉及一种基于集中力的船体总纵强度计算方法。

背景技术：

1、有限元强度分析方法是船舶设计过程中校核船体结构总纵强度较为行之有效的现代分析方法。通常整船强度计算所施加的载荷主要有：(1)重力载荷，它是分布在其实际作用区的重力，包括由其派生的货物的侧压力；(2)静水浮力；(3)波浪流体动压力；(4)船舶运动产生的惯性力。以上四种载荷组成了精确的平衡力系，将这些载荷施加于结构有限元模型上实现整船强度的校核。

2、在采用全船有限元计算船体总纵强度的过程中，重力一般按照区域控制不同的材料密度系数或加载质量点的形式来实现，静水浮力可按工况的吃水作用在船体外部湿表面上，波浪流体动压力及惯性力则需要根据二维或三维线性理论采用等效设计波法进行计算，后根据计算结果数据对模型进行加载。然而，在船体设计过程初期，由于设计深度不足，无法得到全船的重力、静水压力等外载荷沿船长的分布情况，此时，评估总体方案及船体结构的可行性较为困难。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，依据由母型船推算得到设计船弯矩分布曲线来开展船体结构的强度校核，根据弯矩分布进行反演，获得施加于结构有限元模型上的等效外载荷，并将其以合适的方式加载到模型中，从而实现船体结构总纵强度的校核。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，包括以下步骤：

3、步骤1：将某一船体梁，切分为n个剖面，设中垂工况时各个剖面弯矩分布值分别为mi(i＝1,2......n)，并设定其艏端点和艉端点所受弯矩值为mb和ms；

4、步骤2：假定每个剖面受集中力ni作用，计算在ni作用下引起的每个剖面的船体梁弯矩与艏端点和艉端点弯矩值mb和ms作用后引起的每个剖面弯矩值之和，得到每个剖面的弯矩值；

5、步骤3：根据步骤2得到的船体梁各剖面弯矩值反算船体梁每个剖面的等效集中力ni；

6、步骤4：将步骤3中得到的船体梁等效集中力ni加载到模型中计算船体梁总纵强度。

7、优选的，步骤2具体包括以下步骤：

8、步骤2.1：计算每个剖面上的集中力ni分别单独作用引起的各剖面所产生的弯矩值；

9、步骤2.2：计算艏端点和艉端点弯矩mb和ms作用下各剖面所产生的弯矩值；

10、步骤2.3：将步骤2.1和2.2中计算得到的弯矩值叠加得到船体梁各剖面弯矩值；

11、优选的，在步骤2.1中，计算每个剖面上的集中力ni分别单独作用引起的各剖面所产生的弯矩值的具体方法如下：

12、设各剖面距原点距离为xi(i＝1,2......n)，则每个剖面上的集中力ni分别单独作用引起的各剖面所产生的弯矩值可通过式(1)计算得到：

13、

14、式中，l为船体梁长度，为集中力ni距艉端点距离，为集中力ni距艏端点距离。

15、优选的，在步骤2.2中，艏端点和艉端点弯矩mb和ms作用下各剖面所产生的弯矩值可由式(2)计算得到：

16、

17、式中，mei为艏端点和艉端点弯矩mb和ms作用下各剖面所产生的弯矩值。

18、优选的，在步骤2.3中，船体梁各剖面弯矩值的计算方法具体如下：

19、结合式(1)和式(2)，将各剖面上集中力ni分别单独作用引起的船体梁弯矩和艏端点和艉端点弯矩作用后引起的弯矩叠加，得到的弯矩即为各个剖面的弯矩值，如式(3)所示：

20、

21、式中，mi为各个剖面的弯矩值。

22、优选的，在步骤3中，作用在船体梁上的等效集中力ni可根据式(3)计算得到：

23、

24、优选的，在步骤4中，在选取加载剖面时，选取本站内水线以下外板上所有节点作为加载点。

25、与现有技术相比，本发明具备以下优点：

26、本发明提供的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，根据已知弯矩结合船体结构力学理论进行载荷反算，得到适合于全船总纵强度直接计算用的集中力分布，并采用合适的加载方案，实现了在仅获知弯矩曲线载荷条件下的全船总纵强度直接计算校核，有效支撑了设计初期船体结构方案的制定。本发明使得有限元模型中的剪力、弯矩分布与实际船体梁中的剪力、弯矩分布基本保持一致，从而保证了加载方案的合理性。

技术特征：

1.一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：在所述步骤2.1中，计算每个剖面上的集中力ni分别单独作用引起的各剖面所产生的弯矩值的具体方法如下：

4.如权利要求3所述的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：在所述步骤2.2中，艏端点和艉端点弯矩mb和ms作用下各剖面所产生的弯矩值可由式(2)计算得到：

5.如权利要求4所述的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：在所述步骤2.3中，船体梁各剖面弯矩值的计算方法具体如下：

6.如权利要求5所述的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：在所述步骤3中，作用在船体梁上的等效集中力ni可根据式(3)计算得到：

7.如权利要求6所述的一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，其特征在于：在所述步骤4中，在选取加载剖面时，选取本站内水线以下外板上所有节点作为加载点。

技术总结
本发明公开了一种基于集中力的船体总纵强度计算方法，该方法将弯矩分布结合相应的结构力学模型计算船体梁所受等效外力，同时利用全船有限元模型计算约束节点位置和加载方案的选取对计算结果的影响，最终得到较为合理的约束节点选择方法和加载方案，使得有限元模型中的剪力、弯矩分布与实际船体梁中的剪力、弯矩分布基本保持一致，从而保证了加载方案的合理性。

技术研发人员：李军,贺双元,滕树生
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15