[发明专利]一种悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法

说明书

本发明提供了一种弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法，属于船舶结构工程的技术领域。一种弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法，主要包括以下几个步骤：步骤一，建立悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度计算模型；步骤二，建立弹性固定悬臂横梁的动力学方程，获得最低阶频率公式；步骤三，建立悬臂横梁弹性固定端扭转刚度计算模型；步骤四，确定悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度；步骤五，确定悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度；步骤六，结合悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的影响因素，确定船舶结构设计重点。本发明提出了大范围破损处悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法，为研究破损后船体结构的刚度、强度、稳定性问题打下了基础。

技术领域

本发明涉及船舶结构工程的技术领域，具体是涉及船体破损后一种弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法。

背景技术

对船体剩余强度的准确计算和合理评估能有效保证船舶结构设计的合理性和安全性，破损船体构件对甲板纵骨的支撑刚度校核是决定甲板纵骨轴向承载力的关键。

国际船级社联盟(International Association of Classification Societies，简称IACS)，在2016年实施的HCSR规范中增加了船体梁破损后的剩余强度校核的内容。HCSR规定了散货船和油船残存极限强度计算的碰撞的破损范围的深度和高度，但未规定破口的长度，一般默认为是一个主要支撑构件的间距。但这与事实上的破损长度相差甚远，挪威船级社(DNV)的研究表明，碰撞破损的破口长度可能达到0.1L(L为船体总长)，如按此比列计算，破口将跨越约3～10个横向框架，在如此大的破口区域内，甲板横梁舷侧一端的支撑刚度将大大减弱，导致横梁不能满足最小刚度要求，将出现甲板整体失稳的危险。

目前，对破损船体结构承载能力的计算主要是采用非线性有限元方法。由于非线性有限元法对计算机、软件操作人员的要求较高，且需花费大量的建模和计算时间，给船体结构设计和性能评估造成了不便，急需一种快速、合理和安全的确定大范围悬臂支撑板架的极限承载力的理论方法，而这种方法的关键就在于找到一种弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法。

发明内容

针对船体梁破损后强度和稳定性计算中存在的问题，现旨在提供一种船体破损后悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法，这种方法的流程是：将破损范围内的甲板横梁视作一端弹性固定、一端自由的悬臂梁，破损范围内甲板纵骨视为支撑在弹性固定的悬臂横梁上，由此建立确定大范围碰撞后甲板纵骨支撑刚度的力学模型；通过建立弹性固定的悬臂横梁的动力学方程式，求解获得其最低阶频率，并进行级数展开和简化得到最低阶频率的计算公式；再将固定端结构简化为两端固支的等值薄壁梁，建立悬臂端的扭转刚度的计算模型，并根据薄壁杆件扭转约束问题的扭转角与复杂弯曲挠度的对应关系，确定弹性固定端的扭转刚度；最后利用稳定性问题与横梁自由振动方程的相似性，确定弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度；这种方法可确定大范围破损板架的纵骨支撑刚度的影响因素，快速且合理的得到大范围悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度，保证船舶结构设计的合理性。

具体技术方案如下：

一种悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的确定方法，包括以下几个步骤：

第一步，建立悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度的计算模型；

针对大范围舷侧破损结构，将破损范围内的甲板横梁简化为一端弹性固定、一端自由的悬臂梁，并作为破损范围内的甲板纵骨的支撑，由此建立大范围碰撞后悬臂横梁对甲板纵骨支撑刚度计算的力学模型；

第二步，建立弹性固定的悬臂横梁的动力学方程，获得其最低阶频率公式；

建立弹性固定的悬臂横梁的动力学方程，通过求解该方程获得弹性悬臂横梁的最低阶频率，并进行级数展开和简化，获得其最低阶频率的计算公式；

第三步，建立悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度计算模型；