[发明专利]一种甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法

说明书

本发明提供了一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线确定方法，属于船舶结构工程技术领域。一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线确定方法，包括以下几个步骤，第一步，建立大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳力学模型；第二步，建立悬臂横梁力学方程，获得最低阶频率公式；第三步，建立悬臂横梁扭转刚度计算模型，确定扭转刚度；第四步，确定横梁对甲板纵骨支撑刚度；第五步，确定纵骨梁柱屈曲载荷和屈曲临界载荷；第六步，确定纵骨梁柱的临界载荷‑端缩曲线；本发明为快速获取大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线的理论方法，提高了计算精度，相比非线性有限元方法缩短了计算时间，提高了效率。

技术领域

本发明涉及船舶结构工程的技术领域，具体是涉及一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线的确定方法。

背景技术

对船体剩余强度的精确计算和合理评估能有效保证船舶结构设计的合理性以及安全性，确定悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线是确定船体梁剩余极限强度的关键。

国际船级社联盟(International Association of Classification Societies，简称IACS)，在2016年实施的HCSR规范中增加了船体梁破损后的剩余强度校核的内容。HCSR规定了散货船和油船残存极限强度计算的碰撞的破损范围的深度和高度。但未规定破口的长度，一般默认为一个主要支撑构件的间距，这与与事实上的破损长度相差甚远。挪威船级社(DNV)的研究表明，碰撞破损的破口长度可能达到0.1L(L为船体总长)，如按此比列计算，破口将跨越约3～10个横向框架，在如此大的破口区域内，横梁破损一端的支撑刚度将大大减弱，将难以满足对横梁的最小刚度要求，出现甲板整体失稳。

目前，船体梁剩余强度的计算主要通过简化逐步迭代法或非线性有限元法。简化逐步迭代法(简称Smith法)是由Smith基于船体横框架形状保持不变，且认为船体结构屈曲或屈服破坏只发生在强框架间板格和扶强材上，结合平板、加筋板在轴向压缩载荷作用下结构失效问题的研究成果而提出的，但该理论对于船体实际存在的大范围破损并不适用；而非线性有限元法虽然是一种获取结构承载能力的有效方法，但该方法对计算机和操作人员的要求较高，需花费大量的建模和计算时间，效率低，成本高，难于满足船舶设计的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现旨在提供一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法，将破损范围内的甲板横梁简化为一端弹性固定、一端自由的悬臂梁，建立船体大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳计算的力学模型；通过求解弹性固定的悬臂横梁的动力学方程获得其最低阶频率，再进行级数展开和简化获得最低阶频率的计算公式；通过将横梁固定端的结构简化为两端固支的等值薄壁梁，建立悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度的计算模型，并根据薄壁杆件扭转约束问题的扭转角与复杂弯曲挠度的对应关系，确定悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度；利用稳定性问题与横梁自由振动方程的相似性，确定弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度；依据杆系稳定性理论，获得弹性支座的刚性系数；依据结构力学，获得多跨板架纵骨欧拉应力与纵骨作为单跨杆时的欧拉应力之比，从而确定大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲载荷；通过塑性修正，确定大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲的临界载荷；最后通过边缘函数获得大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱临界载荷的端缩曲线。

该方法扩大了现有破损船体剩余强度的Smith法的应用范围，缩短了计算所需时间，提高了效率，并且计算方法简单，精度高，操作要求低，揭示船体大范围破损后板架极限强度的影响规律，指导船体梁剩余强度的设计，保证船舶结构设计的合理性。

具体技术方案如下：

一种悬臂梁支撑甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法，包括以下几个步骤：

第一步，建立船体大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳的力学模型；