[发明专利]风载荷计算方法和计算系统

说明书

本发明公开了一种风载荷计算方法和计算系统，该计算方法包括：判断起重机或者海洋工程装备的构件的截面形状，并根据构件的截面形状确定构件的迎风面；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；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。本发明通过对不同截面形状的构件，确定构件的不同迎风面，进而可以精确计算出构件所受的风载荷，即提高了起重机及海洋工程装备的构件的风载荷计算的精确度，相对于现有技术中的保守计算，可以节约成本，同时保证了构件的结构稳定和安全可靠性。且本发明可以适应不同截面的构件，适用性强，计算快捷。

技术领域

本发明涉及起重机和海洋工程装备领域，特别涉及一种适用于起重机和海洋工程装备的风载荷计算方法和计算系统。

背景技术

为保证起重机及海洋工程装备的主要构件的安全可靠性，需要对其所承受各类载荷工况下的性能进行计算评估，风载荷就是其承受的主要载荷之一。若风载荷计算不够准确，有可能导致设备的倾覆或损毁，若风载荷计算过于保守，则会导致设备的设计制造成本上升，或自重过重。

现有的风载荷的计算依据，主要来自于起重机或海洋结构装备的相关设计规范中提供的公式。但是由于风向角和构件形状等原因，风载荷精确计算的难度较大，故以往多采用简化计算的保守处理，例如将风与构件的空间夹角简化为平面夹角，将构件的多个迎风面简化为一个迎风面等，使风载荷计算结果并不精确，过于保守，影响设备经济性。

发明内容

本发明提供一种风载荷计算方法和计算系统，实现对起重机和海洋工程装备的构件进行风载荷精确计算。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风载荷计算方法，包括：判断起重机或者海洋工程装备的构件的截面形状；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；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。

作为优选，所述构件的截面形状包括圆形截面和非圆形截面。

作为优选，所述构件的截面为圆形时，所述“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。

作为优选，所述构件为圆形截面时，构件所受风载荷Fw为：F_W＝C_fqAsin²θ其中，C_f为风力系数，q为计算风压，。

作为优选，所述构件的截面为非圆形时，所述“确定构件各迎风面的面积以及各迎风面与风的空间夹角”的步骤包括：定义全局坐标系和随体坐标系；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；获取各迎风面在全局坐标系下的方向矢量Si，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。

作为优选，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Di，则A_i＝D_i×L。

作为优选，所述构件为非圆形截面时，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。