[发明专利]一种船体优化结构疲劳累积总损伤度的快速计算方法

权利要求书

1.一种船体优化结构疲劳累积总损伤度的快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取船舶优化方案及船舶原设计方案，确定海况散布图、计算浪向集合J、计算频率集合W₁及优化的疲劳热点；获取船舶原设计方案中优化的疲劳热点处对应于每一种计算浪向j的结构分析结果，得到优化的疲劳热点处对应于计算浪向j、计算频率ω_u的应力响应σ_Aj(ω_u)，j∈J，ω_u∈W₁，u＝1,2,...,l，l为计算频率集合W₁中频率的数量；

步骤2：计算优化的疲劳热点处对应于计算浪向j、计算频率ω_u的基准值Q_Aj(ω_u)；

其中，σ_Aj-max(ω_α0j)为优化的疲劳热点处对应于计算浪向j的应力响应σ_Aj(ω_u)的最大值，ω_α0j为该最大值对应的计算频率，ω_α0j∈W₁；

步骤3：取海况散布图中有义波高的最小值设定为H_s；将有义波高H_s和海况散布图中各平均跨零周期T_z组成n_s个短期海况，n_s为海况散布图中平均跨零周期的数量；根据计算频率集合W₁获取各短期海况的波浪谱曲线G_ηη(ω_u)；

步骤4：获取每一种计算浪向j对应的主要研究频率集合W_6j，

步骤5：构建包含优化的疲劳热点的船体优化结构子模型；

步骤5.1：将船舶优化方案对应的船体优化结构划分为子模型；

考虑疲劳热点间存在的相互影响现象的合理性，将需要考虑彼此间相互影响的疲劳热点划分到一个子模型中；将无需考虑彼此间相互影响的疲劳热点划分为单独的子模型；子模型的模型范围选取应在能保证子模型的边界位移不会随着结构优化过程而发生改变的条件下，尽可能地小，且子模型的边界范围应选在疲劳热点的细化区域之外；

步骤5.2：从划分出的子模型中取包含优化的疲劳热点的子模型；

步骤5.3：根据每一种计算浪向j对应的主要研究频率集合W_6j，确定需施加在船体优化结构的计算载荷；

步骤5.4：获取包含优化的疲劳热点的子模型边界节点集合Node；采用子模型边界位移的自动提取方法，自动提取船体优化结构全船模型中对应边界节点的节点位移，获得与子模型边界节点集合Node中各边界节点一一对应的边界节点位移向量集合U_Node；进而形成包括{Node，U_Node}信息的子模型边界位移施加文件；

步骤5.5：采用子模型边界位移的自动施加方法，根据已获得的子模型边界位移施加文件，将子模型的边界位移自动施加在包含优化的疲劳热点的子模型上；

步骤6：将船体优化结构子模型在每一种计算浪向j下进行结构分析，获取船体优化结构子模型中优化的疲劳热点处对应于计算频率ω_α0j、各主要研究频率ω_α6j的结构应力响应σ_Bj(ω_α0j)、σ_Bj(ω_α6j)；ω_α6j∈W_6j；

步骤7：计算船体优化结构子模型在优化的疲劳热点处对应于各计算浪向j、计算频率ω_u的结构应力响应σ_Bj(ω_u)；

步骤8：计算船体优化结构子模型在优化的疲劳热点处对应于各计算浪向j、计算频率ω_u的基准值Q_Bj(ω_u)；

步骤9：计算船舶优化方案对应的每一种计算浪向j的系数R_j；

其中，p_j为计算浪向j出现的概率；δ为在航率系数；T_L为船舶疲劳计算的回复期；m为S-N曲线的两个参数，根据船体结构疲劳规范进行选取；为伽玛函数；p_n为第n个装载的时间分配系数；p_i为海况散布图中各短期计算海况i出现的概率；ω_eju为船舶在计算浪向j下的遭遇频率，v为船舶的航速；θ_j为计算浪向j的浪向角；

步骤10：计算船体优化结构在计算浪向集合J下的疲劳累积总损伤度；

2.根据权利要求1所述的一种船体优化结构疲劳累积总损伤度的快速计算方法，其特征在于：所述的步骤4中获取每一种计算浪向j对应的主要研究频率集合W_6j的方法具体为：

步骤4.1：初始化计算浪向j对应的主要研究频率集合W_6j

步骤4.2：取各短期海况的波浪谱曲线G_ηη(ω_u)中峰值对应的频率ω_α2j，ω_α2j∈W₁，构建频率集合W₂；

步骤4.3：取满足Q_Aj(ω_u)≥0.5的频率ω_α3j，ω_α3j∈W₁，构建高应力区频率集合W_3j，计算频率集合W₁中其余频率组成低应力区频率集合W_4j；

步骤4.4：计算各短期海况对应的曲线取中峰值对应的频率ω_α5j，ω_α5j∈W₁，构建频率集合W_5j；

步骤4.5：构建计算浪向j对应的主要研究频率集合W_6j；

步骤4.5.1：将频率集合W_5j中所有频率加入到主要研究频率集合W_6j中；

步骤4.5.2：对于高应力区频率集合W_3j中的频率ω_α3j，若ω_α3j∈W₂，则将频率ω_α3j加入到主要研究频率集合W_6j中；

步骤4.5.3：获取频率集合W₂中频率的最小值ω_2min和最大值ω_2max；对于经过步骤4.5.2筛选后的高应力区频率集合W_3j中频率ω_α3j，若ω_2min＜ω_α3j＜ω_2max，则将频率ω_α3j加入到主要研究频率集合W_6j中；

步骤4.5.4：对于低应力区频率集合W_4j中的频率ω_α4j，若ω_α4j∈W₂且Q_Aj(ω_α4j)＞β，则将频率ω_α4j加入到主要研究频率集合W_6j中；其中，β为设定的计算精度，0.1≤β≤0.4。