[发明专利]一种计算豪华邮轮极限强度的双梁迭代法

说明书

一种适用于豪华邮轮极限强度计算的双梁迭代法，给出了相关公式，将主船体与上层建筑横截面作为两个平截面并绕着各自的中和轴弯曲，当距船体两端部分转化层的平均剪切位移达到极限剪切位移时，转换层所受到的水平剪力保持不变，直到整个增加曲率的过程结束，曲率‑总弯矩曲线的最高点便是该船体梁的极限弯矩。计算结果表明，本发明具有较高精度和效率。

技术领域

本发明属于船舶结构设计领域，涉及豪华邮轮极限强度的简化计 算方法。

背景技术

豪华邮轮上层建筑体积庞大、结构复杂且侧壁大面积开口导致剪 切刚度较小，剪切变形会比较大，从而削弱了上层建筑在总纵弯曲过 程中的作用，降低了船体梁的极限强度。豪华邮轮在弯曲过程中由于 剪切变形的存在，不满足平截面假定，所以传统的Smith法不能直接 用来计算豪华邮轮的极限强度。虽然对整船的非线性有限元计算能够 得出豪华邮轮船体梁的极限强度，但是需要耗费大量的时间和精力， 因此，开展对豪华邮轮极限强度简化计算方法的研究很有必要。

在船舶极限强度的理论计算方法中，Smith法应用最为广泛，该 方法假定船体梁满足平截面假定，破坏仅发生在强框架之间，并将船 体梁的结构离散成相互独立的结构单元，通过一系列的迭代计算，获 得船体梁的极限强度。然而，豪华邮轮在弯曲过程中由于剪切变形的 存在，不满足平截面假定，所以不能直接采用Smith法计算豪华邮轮 的极限强度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明将主船体与上层建筑横截面视 作两个平截面并绕着各自的中和轴弯曲，考虑主船体与上层建筑之间 水平剪力，以及所受到的轴力对规范Smith法中规定的普通扶强材单 元受压时应力-应变关系的影响，提出了一种计算豪华邮轮极限强度的 方法。本发明将主船体与上层建筑横截面视作两个平截面并绕着各自 的中和轴弯曲，考虑主船体与上层建筑之间水平剪力的作用，以及主 船体与上层建筑所受轴力对普通扶强材单元受压时应力-应变关系的 影响，并修正转换层的极限剪力规定，提出了一种计算豪华邮轮极限 强度的双梁迭代法。算例表明，本方法具有较高的精度和效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种计算豪华邮轮极限强度的双梁迭代法，通过不断增加主船体 和上层建筑的曲率，当距船体两端(1/6)l部分转化层的平均剪切位 移达到极限剪切位移时，认为转换层达到极限状态，其所受到的水平 剪力保持不变，继续增加曲率，曲率-总弯矩曲线的最高点便是该船体 梁的极限弯矩，包括以下步骤：

步骤S1，船体梁横剖面将截面划分成普通扶强材单元、硬角单元 和加筋板单元，建立其极限强度计算模型。考虑轴力的影响定义这三 种单元的应力—应变关系；

步骤S2，计算转换层每个支撑构件的剪切刚度、极限剪切位移、 总的剪切刚度，由此获得整个转换层的极限剪切位移；

步骤S3，分别计算主船体和上层建筑的初始中和弹性中和轴位置；

步骤S4，计算各个单元对应的应变和应力；

步骤S5，分别计算上层建筑和主船体纵向拉压力，并判断力是否 达到平衡，如果没有，则调整中和轴位置，进行多次调整、计算，直 到实现拉压力平衡为止；

步骤S6，计算主船体与上层建筑在船舯连接处的水平剪力，以及 主船体和上层建筑各自受到的弯矩，由此得出整个船体梁横剖面上所 受到的总弯矩，以及距船体两端(1/6)l(l为上层建筑的长度)部分 转化层的平均剪切位移；

步骤S7，继续对主船体和上层建筑增加曲率，重复步骤S4-S6， 当距船体两端(1/6)l部分转化层的平均剪切位移达到极限剪切位移 时，转换层所受到的水平剪力保持不变，直到整个增加曲率的过程结 束，曲率-总弯矩曲线的最高点便是该船体梁的极限弯矩。