[发明专利]一种船舶静水剪力及弯矩计算方法

摘要

本发明公开了一种船舶静水剪力及弯矩计算方法，包括如下步骤建立船舶外壳及所有舱室的三维光刻格式模型即STL模型；计算船舶任意装载状态下的浮态；计算船舶的浮力分布曲线、重量分布曲线、载荷分布曲线、剪力分布曲线和弯矩分布曲线。本发明基于STL模型计算船舶任意装载状况下的浮态，能同时计算船舶的横倾和纵倾，弥补了传统方法中只能计算船舶纵倾角的不足，提高了计算精度。本发明基于船舶外壳STL模型可以计算船舶任意横倾和纵倾下的浮力曲线。本发明提出了舱室“重量分布表”的概念，计算时只需按照装货高度插值出各个肋位间的体积分布，既能提高计算精度又能保证计算效率。

主权项

一种船舶静水剪力及弯矩计算方法，其特征在于：包括如下步骤：A、建立船舶外壳及所有舱室的三维光刻格式模型即STL模型通过以下两个途径之一建立船舶外壳及所有舱室的STL模型，并声明一个数组FrameDisArr[]，用于存储肋距表：A1、对于存在设计数据的船舶，用船舶设计软件导出IGES模型，然后再通过3D建模软件转换成STL模型；转步骤B；A2、对于没有船舶设计数据的船舶，根据装载手册中的型值表、静水力数值表、总布置图、舱容图及舱容表数据利用建模工具对船舶外壳及所有舱室进行三维重建得到船舶外壳及所有舱室的STL模型；B、计算船舶任意装载状态下的浮态船舶平衡时所确定的浮态方程组为：其中：tanθ及分别为浮态参数，即横倾角及纵倾角；V0为由排水量除以密度得到的排水体积；XG、YG、ZG分别为船舶重心纵向坐标、重心横向坐标及重心垂向坐标；XB、YB、ZB分别为船舶的浮心纵向坐标、浮心横向坐标及浮心垂向坐标；V为倾斜水线面下的排水体积；这是一个隐式的非线性方程组，用逐次非线性优化方法的Newton迭代法求解浮态方程组，计算船舶任意装载状况下的船中吃水、横倾角及纵倾角；C、计算船舶的浮力分布曲线C1、读取步骤A建立的船舶外壳的STL模型到内存中定义为STL_A，读取船舶设计部门提供的“肋距表”到数组FrameDisArr[]；C2、根据步骤B计算出的浮态，得到船舶倾斜水线面，用水线面所在的平面切割外壳STL模型STL_A得到水下部分的STL模型，定义为STL_B；C3、遍历数组FrameDisArr[]的所有元素，设当前值为x＝FrameDisArr[i]，i为数组索引，从0开始遍历；建立以过x且垂直于船长方向的切割平面切割船舶水下外壳模型STL_B得到横剖面；C4、采用格林公式计算横剖面的面积S，以船舶肋位为横轴，每个肋位上的横剖面积为竖轴得到船舶浮力分布曲线；D、计算船舶的重量分布曲线所述的重量分布曲线包括固定重量分布曲线和可变重量分布曲线；固定重量为船舶空船重量，从船舶装载手册获得；对于可变重量部分，建立每个舱室的“重量分布表”，第一行为舱室所占的肋位分布，第一列为装货高度，中间部分为装货高度一定时各个肋位间的体积分布值，装货高度间隔取0.02‑0.5m；首先遍历船舶所有的舱室，根据每个舱室的当前的装货高度查询“重量分布表”线性插值出每个肋位的分布体积，从而计算出各个肋位的“重量分布系数”，再与装载质量相乘得到每个肋位的可变重量分布，然后与每个肋位的固定重量相加得到当前肋位的总重量分布，以肋位为横轴，以肋位的总重量为竖轴得到重量分布曲线；E、计算船舶的载荷分布曲线在某一装载状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线称为载荷分布曲线，其是重力分布曲线与浮力分布曲线的差值；E1、计算第i‑1号肋位与第i号肋位间的浮力：Bi=ΔLi2(Ai-1+Ai)·ρ]]>其中，ΔLi为肋位间距；Ai‑1，Ai为第i‑1及i号肋位处浸水横剖面面积，由浮力分布曲线获得；ρ为海水密度；E2、计算第i‑1号肋位与第i号肋位间的载荷：Qi＝Wi‑Bi其中，Bi为肋位间浮力；Wi为肋位间重量，由重量分布曲线获得；F、计算船舶的剪力分布曲线计算第i‑1号肋位与第i号肋位间的剪力：Ni=ΣiQj=Ni-1+Qi]]>G、计算船舶的弯矩分布曲线计算第i‑1号肋位与第i号肋位间的弯矩：Mi=Mi-1+ΔLi2(Ni+Ni-1).]]>