一種船型結構物的強度計算方法與流程

2023-08-04 10:34:31 2

本發明船舶建模技術領域，具體是涉及一種船型結構物的強度計算方法。

背景技術：

隨著船舶設計尺寸和設計需求的增加，二維平面的設計模型已經不能符合目前的船型設計需求。

以超大型半潛船為例，該船型除尺度比遠不能滿足規範要求外，其特殊的結構布置、嚴苛的船體重量控制、高大的首樓和獨立可移動的尾浮箱結構及特殊的作業方式和重載貨物不確定性，使得結構設計初期需在嚴苛的船體鋼料重量控制目標下實現船體結構剛度、強度的全船結構宏觀把控，這一點傳統的中剖面設計技術難以很好的滿足；所以需要加入經驗判斷因素輔助設計，造成較大的不便。

另一方面，而目前的現行的有限元分析方法，算法複雜多樣，雖然對各種情況都進行了精確分析，但是對系統和人力成本的要求不斷提高，造成了較大的資源浪費。

技術實現要素：

針對現有技術中存在上述問題，現旨在提供一種船型結構物的強度計算方法，以提供簡單可靠的計算方法。

具體技術方案如下：

一種船型結構物的強度計算方法，提供一船型結構物，所述船型結構物上包括有外板、橫艙壁、橫向強框架以及骨材，具體步驟包括

步驟1，提供第一處理單元，建立船型結構物的初始三維模型；

步驟2，提供第二處理單元，對所述的初始三維模型進行有限元分析得到有限元結構模型；

步驟3，提供第三處理單元，在所述的初始三維模型生成一模擬波浪載荷，並在所述的有限元結構模型中確定波浪載荷；

步驟4，提供第四處理單元，在所述的初始三維模型生成一模擬靜水載荷，並在所述的有限元結構模型中確定靜水載荷；

步驟5，提供第五處理單元，根據所述靜水載荷和所述波浪載荷確定所述船型結構物的三維力學結構模型。

進一步的，通過迭代法對所述步驟3中得到的所述波浪載荷進行動靜平衡檢查。

進一步的，通過迭代法對所所述步驟4中得到的所述靜水載荷進行動靜平衡檢查。

進一步的，在所述步驟2中，引入正交異性板單元確定所述初始三維模型中的所述骨材得到正交異性平移板模型。

進一步的，在步驟2中，通過剪切面積等效定理和平行移軸定理引入所述正交異性板單元。

進一步的，所述步驟3中確定的波浪載荷包括有所述橫艙壁處的外板波浪載荷。

進一步的，所述步驟3中確定的波浪載荷包括有所述橫向強框架處的外板波浪載荷。

進一步的，所述步驟4中確定的靜水載荷包括有所述橫艙壁處的外板靜水載荷。

進一步的，所述步驟4中確定的靜水載荷包括有所述橫向強框架處的外板靜水載荷。

上述技術方案的積極效果是：

上述的船型結構物的強度計算方法，提高了程序處理的效率，操作方便，簡單可靠，最重要的是，這種模型較為節省系統運行成本，提高效率和保證可靠性。

附圖說明

圖1為本發明的一種船型結構物的強度計算方法的實施例的流程圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，以下實施例結合附圖1對本發明提供的技術方案作具體闡述，但以下內容不作為本發明的限定。

一種船型結構物的強度計算方法，提供一船型結構物，船型結構物上包括有外板、橫艙壁、橫向強框架以及骨材，具體步驟包括

步驟1，提供第一處理單元，建立船型結構物的初始三維模型；

步驟2，提供第二處理單元，對初始三維模型進行有限元分析得到有限元結構模型；在步驟2中，引入正交異性板單元確定初始三維模型中的骨材得到正交異性平移板模型。步驟2的目的在於全船三維結構模型的建立，利用剪切面積等效和平行移軸定理引入正交異性板單元以真實模擬縱骨等骨材作用。在步驟2中，通過剪切面積等效定理和平行移軸定理引入正交異性板單元。正交異性平移板的板厚t：

正交異性平移板平移的距離d：

正交異性板的材料屬性：沿骨架方向材料彈性模量與船體結構一致，為2.06E11Pa；其正交方向的材料彈性模量為0。

其中：A-骨材的剖面積；n-桁材間骨材的數目；S-桁材間距；IZ-骨材對水平軸的慣性矩；e-骨材的中和軸距板的距離。

步驟3，提供第三處理單元，在初始三維模型生成一模擬波浪載荷，並在有限元結構模型中確定波浪載荷；通過迭代法對步驟3中得到的波浪載荷進行動靜平衡檢查。步驟3中確定的波浪載荷包括有橫艙壁處的外板波浪載荷。步驟3中確定的波浪載荷包括有橫向強框架處的外板波浪載荷。全船三維結構力學模型的建立中，利用數值處理技術實現波浪載荷的程序化語言輸入，彎矩載荷分布的簡化實現歸結為a1、a2因子的實現；最終施加於有限元模型上的溼表面下強框架(橫艙壁、橫向強框架)處外板載荷為：

最後：

用以上方法初次迭代後的方程(1)必須進行高次迭代：

該項引入的fa3因子一般處於0.98～0.99，具體數值大小要視具體船型而定，迭代收斂的標誌即為全船波浪力合力為0，建議控制在0.0001Δ內，其中Δ為設計吃水時的型排水量。

由此得到的波浪彎矩分布和剪力分布及模擬載荷分布，最終模擬的簡化波浪載荷分布結合空間場的程序語言，以垂向節點力的形式，施加在船體溼表面下的各強框架及橫艙壁處外板結構。

步驟4，提供第四處理單元，在初始三維模型生成一模擬靜水載荷，並在有限元結構模型中確定靜水載荷；全船三維結構力學模型的建立中，利用數值處理技術實現離散化靜水載荷的程序化語言輸入，通過迭代法對所步驟4中得到的靜水載荷進行動靜平衡檢查。步驟4中確定的靜水載荷包括有橫艙壁處的外板靜水載荷。步驟4中確定的靜水載荷包括有橫向強框架處的外板靜水載荷。

步驟5，提供第五處理單元，根據靜水載荷和波浪載荷確定船型結構物的三維力學結構模型。經程序化語言加載所實現的靜水載荷和波浪載荷均須完成各自的靜動平衡檢查(均控制在0.0001Δ內)，形成完整有效的全船三維結構力學模型。

最後，經過以上完整技術方法後的全船三維有限元力學模型完成準靜態計算和校核，指導船體結構設計，上述的第一處理單元至第五處理單元可以集成於同一處理器中，實現數據的處理。

以上僅為本發明較佳的實施例，並非因此限制本發明的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護範圍內。