[发明专利]风载荷计算方法和计算系统

权利要求书

1.一种风载荷计算方法，其特征在于，包括：

判断起重机或者海洋工程装备的构件的截面形状，所述截面形状包括圆形截面和非圆形截面；

根据所述截面形状确定构件各迎风面的面积以及各迎风面与风矢量的空间夹角，其中，

所述截面形状为非圆形时，包括：

定义全局坐标系OXYZ和随体坐标系oxyz；

在随体坐标系oxyz中为构件的各个面定义标签，定义ox为构件轴线方向，yoz为垂直于ox轴的构件截面所在平面，根据构件各个面在yoz平面中所处的相对位置，使用z轴正方向标签、z轴负方向标签、y轴正方向标签、y轴负方向标签为构件各个面定义位置标签；

将风矢量W由全局坐标系投影到随体坐标系中，并得到风矢量W在局部坐标系yoz中的坐标(y_W，z_W)；

根据风矢量在随体坐标系中的投影分量以及在构件上定义的所述标签判断构件的迎风面，并对迎风面作相应标记，迎风面的判断方式为：当风矢量的投影向量的坐标y_W0时，被定义为位于yoz平面y轴负方向标签的面为迎风面，反之，被定义为位于yoz平面y轴正方向标签的面为迎风面，同理，当风矢量的投影向量的坐标z_W0时，被定义为位于yoz平面z轴负方向标签的面为迎风面，反之，被定义为位于yoz平面z轴正方向标签的面为迎风面；

获取各迎风面在全局坐标系下的方向矢量S_i，并计算方向矢量S_i与风矢量在全局坐标系下的夹角α，获得迎风面与风矢量的空间夹角θ_i，i＝1、2、3…；

计算求得各迎风面的面积A_i；

根据各迎风面的面积及各迎风面与风矢量的空间夹角，计算获取构件所受风载荷；

构件的各迎风面所受风载荷为：

F_Wi＝C_fqA_isin²θ_i，其中，C_f为风力系数，q为计算风压，i＝1、2、3…；

将构件的各迎风面的风载荷F_Wi求和，得到总的风载荷Fw。

2.如权利要求1所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述构件的截面为圆形时，所述“根据所述截面形状确定构件各迎风面的面积以及各迎风面与风矢量的空间夹角”的步骤包括：

沿构件的轴线方向取得构件的长度L，同时获取构件的截面直径D；

计算构件的迎风面的面积A＝D×L；

计算构件的轴线与风矢量在全局坐标系下的空间夹角θ。

3.如权利要求2所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述构件为圆形截面时，构件所受风载荷F_w为：

F_W＝C_fθAsin²θ

其中，C_f为风力系数，q为计算风压。

4.如权利要求1所述的风载荷计算方法，其特征在于，各迎风面的面积A_i的计算过程为：沿构件的轴线方向取得构件的长度L，并在构件的截面中获取各迎风面的宽度D_i，则A_i＝D_i×L。

5.如权利要求1所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述“将风矢量由全局坐标系投影到随体坐标系中；根据风矢量在随体坐标系中的投影分量判断构件的迎风面，并对迎风面作相应标记”的步骤包括：

将风矢量投影到随体坐标系在构件截面上的局部坐标系中，并得到风矢量在局部坐标系中的坐标；

在随体坐标系中对构件的各个面进行定义；

根据风矢量在局部坐标系中的坐标，对构件的各个面进行判断，进而标记出各迎风面。

6.如权利要求5所述的风载荷计算方法，其特征在于，将局部坐标系中的各迎风面的方向矢量，通过转换矩阵转换到全局坐标系中，以得到各迎风面在全局坐标下的方向矢量S_i。

7.一种风载荷计算系统，其特征在于，包括：

用于从软件模型中读取起重机或者海洋工程装备的构件的特征参数信息的信息读取模块；

用于输入风矢量参数信息的输入模块；

用于判断起重机或者海洋工程装备的构件的截面形状，所述截面形状包括圆形截面和非圆形截面；根据所述截面形状确定构件各迎风面的面积以及各迎风面与风矢量的空间夹角，其中，

所述截面形状为非圆形时，包括：定义全局坐标系OXYZ和随体坐标系oxyz；在随体坐标系oxyz中为构件的各个面定义标签，定义ox为构件轴线方向，yoz为垂直于ox轴的构件截面所在平面，根据构件各个面在yoz平面中所处的相对位置，使用z轴正方向标签、z轴负方向标签、y轴正方向标签、y轴负方向标签为构件各个面定义位置标签；将风矢量由全局坐标系投影到随体坐标系中，并得到风矢量W在局部坐标系yoz中的坐标(y_W，z_W)；根据风矢量在随体坐标系中的投影分量以及在构件上定义的所述标签判断构件的迎风面，并对迎风面作相应标记，迎风面的判断方式为：当风矢量的投影向量的坐标y_W0时，被定义为位于yoz平面y轴负方向标签的面为迎风面，反之，被定义为位于yoz平面y轴正方向标签的面为迎风面，同理，当风矢量的投影向量的坐标z_W0时，被定义为位于yoz平面z轴负方向标签的面为迎风面，反之，被定义为位于yoz平面z轴正方向标签的面为迎风面；获取各迎风面在全局坐标系下的方向矢量S_i，并计算方向矢量S_i与风矢量在全局坐标系下的夹角α，获得迎风面与风矢量的空间夹角θ_i，i＝1、2、3…；计算求得各迎风面的面积A_i；

根据各迎风面的面积及各迎风面与风矢量的空间夹角，计算获取构件所受风载荷；构件的各迎风面所受风载荷为：F_Wi＝C_fqA_isin²θ_i，其中，C_f为风力系数，q为计算风压，i＝1、2、3…；将构件的各迎风面的风载荷F_Wi求和，得到总的风载荷Fw

以及用于将信息处理与计算模块的风载荷结果反馈给软件模型的载荷结果输出模块。