三明治结构板用于船舶结构的计算分析方法、设备及介质与流程

本发明涉及船舶制造领域，具体为一种三明治结构板用于船舶结构的计算分析方法、计算机设备和存储介质。

背景技术：

1、船舶结构，又称"船体结构"。是指由板材和球扁钢、t型材等骨材组成的船体结构物的统称。主要包括底部结构、舷侧结构、甲板结构、围壁结构、舱壁结构、首尾结构和上层建筑等。不同用途的船舶其结构尺寸有所不同，但结构形式是相同的。船舶结构应能在外力作用下有足够的强度、刚度、稳定性和可靠性，能保持可靠的水密性，满足营运的要求。

2、对于钢结构船舶，主船体是由船舶外板和连续的上甲板包围起来的水密空心结构，每一部分都是由船底、舷侧、上甲板形成水密的空心结构；在主船体空心结构内部又用水平的与垂直的隔壁分隔成许多舱室。其中，首尾贯通的水平隔壁称下甲板，垂直的隔壁称为舱壁。安装在船宽方向的称为横舱壁，安装在船长方向的舱壁称为纵舱壁。在首尾端设置有艏艉柱；上层建筑指的是上甲板以上的各种围壁建筑物，上层建筑部分有艏楼、桥楼、艉楼、甲板室及各种围壁建筑。

3、金属“三明治”结构中，其面板和支撑板都是金属材料。金属“三明治”结构板可以根据芯部结构分为i型(直的肋板)、c型(矩形管作为芯材)、v型(波状芯材)和x型等等。

4、与传统船舶带筋结构板相比，金属“三明治”结构板具有以下优点：减轻重量、节省空间、降低噪音，提高减振性能、防火安全性，大大改善防撞击性和耐腐蚀性，减少舾装件安装时间。通过精确的预制降低制造成本，容易和快速组装，通过板和接头的模块制造可灵活的应用。

5、三明治结构板要实现等效替代传统船舶板架结构，需要与原传统船舶结构在刚度、强度方面性能相当，并且减重减空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种三明治结构板用于船舶结构的计算分析方法，以解决三明治结构板要实现等效替代传统船舶板架结构，需要与原传统船舶结构在刚度、强度方面性能相当的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种三明治结构板用于船舶结构的计算分析方法，包括如下步骤：

4、获取构成船舶整体结构的若干船舶结构，所述船舶结构包括轻围壁结构、主横舱壁结构、外板结构和甲板结构；

5、根据所述船舶结构包括的底板和底板上等间距设置的若干球扁钢，计算获取每一船舶结构的截面惯性矩；

6、选取用于替代原船舶结构的三明治结构板的结构形式；

7、定义三明治结构板的特征参数包含盖板厚度tc、芯板厚度tw、芯板间距b和芯板高度h，并以每一船舶结构的截面惯性矩为目标设置所述三明治结构板的特征参数的数值；

8、对用于船舶结构的每一三明治结构板分别进行强度校核，获取满足对应船舶结构强度要求的三明治结构板的特征参数的数值。

9、进一步的，所述根据所述船舶结构包括的底板和底板上等间距设置的若干球扁钢，计算获取每一船舶结构的截面惯性矩步骤包括：

10、获取构成所述船舶结构的所有底板和球扁钢的的型号、尺寸以及球扁钢之间的距离；

11、根据球扁钢的的型号获取球扁钢的高度、截面积、重心高度和截面惯性矩；

12、将底板厚度和球扁钢高度相加，获得所述船舶结构的高度h1；

13、将底板及底板上的球扁钢的截面积相加，获得所述船舶结构的截面积sq1；

14、计算获得所述船舶结构的截面惯性矩i1。

15、进一步的，所述定义三明治结构板的特征参数包含盖板厚度tc、芯板厚度tw、芯板间距b和芯板高度h，并以每一船舶结构的截面惯性矩为目标设置所述三明治结构板的特征参数的数值步骤包括：

16、定义三明治结构板的特征参数包含盖板厚度tc、芯板厚度tw、芯板间距b和芯板高度h；

17、根据所述船舶结构的底板的厚度确定三明治结构板的盖板厚度tc以及芯板厚度tw的取值范围，分别设定三明治结构板的盖板厚度tc和芯板厚度tw的取值，按减空间或减重的比例目标设定三明治结构板芯板间距b的取值；

18、计算获得以截面积sq2表征的三明治结构板质量和以芯板高度h或芯板间距b表征的三明治结构板截面惯性矩i2的表达式；

19、设置三明治结构板截面惯性矩i2等于所述船舶结构的截面惯性矩i1；求解得出芯板的高度值h；

20、利用已知的盖板厚度tc、芯板度厚tw、芯板的间距b以及芯板的高度值h，计算得出三明治结构板的截面积sq2和高度h2；

21、调整盖板厚度tc、芯板厚度tw、芯板的间距b的取值，重复计算获取对应的芯板的高度值h、三明治结构板的截面积sq2和高度h2，得到若干组三明治结构板的特征参数的数值。

22、进一步的，所述根据所述船舶结构的底板的厚度确定三明治结构板的盖板厚度tc以及芯板厚度tw的取值范围步骤包括：

23、设置三明治结构板的盖板厚度tc取值小于所述船舶结构的底板的厚度值，并且设置三明治结构板的芯板厚度tw取值大于等于三明治结构板的盖板厚度tc取值。

24、进一步的，在以每一船舶结构的截面惯性矩为目标设置所述三明治结构板的特征参数的数值步骤之后还包括：

25、计算获得三明治结构板用于船舶结构后相比于原船舶结构的减重比例；

26、计算获得三明治结构板用于船舶结构后相比于原船舶结构的减空间比例。

27、进一步的，所述计算获得三明治结构板用于船舶结构后相比于原船舶结构的减重比例步骤包括：

28、若三明治结构板和原船舶结构的材料密度相同，则通过公式计算获得三明治结构板用于船舶结构后相比于原船舶结构的减重比例

29、进一步的，所述计算获得三明治结构板用于船舶结构后相比于原船舶结构的减空间比例步骤包括：

30、若三明治结构板和原船舶结构的材料密度相同，则通过公式计算获得三明治结构板用于船舶结构后相比于原船舶结构的减空间比例。

31、进一步的，所述选取用于替代原船舶结构的三明治结构板的结构形式步骤包括：

32、选取用于替代原船舶结构的三明治结构板的结构形式包括“[”型三明治结构板或“i”型三明治结构板，其中“[”型三明治结构板的芯板通过“i”型三明治结构板的芯板在上下同侧方向折弯芯板形成。

33、进一步的，所述对用于船舶结构的每一三明治结构板分别进行强度校核，获取满足对应船舶结构强度要求的三明治结构板的特征参数的数值步骤包括：

34、将原船舶结构和满足对应船舶结构强度要求的三明治结构板置于同样水深的压力下，并用有限元软件进行建模、加载，并采用有限元软件进行计算，计算在此压力作用下的应力水平；

35、比较原船舶结构和三明治结构板的应力峰值的大小，如果三明治结构板的应力峰值低于原船舶结构的应力峰值，则判定三明治结构板可替代原船舶结构，反之则判定三明治结构板不可替代原船舶结构。

36、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现前文所述方法的步骤。

37、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前文所述的方法的步骤。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、本发明以每一船舶结构的截面惯性矩为目标设置所述三明治结构板的特征参数的数值，通过等“刚度”计算，可获得全替代三明治结构板的特征参数的数值，与所替代的传统船舶结构相比，符合减重、减空间要求，再进行强度校核，最后选择满足强度要求的结构尺寸方案，为生产制造提供了有效而准确的数据参考。