[发明专利]一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法

说明书

本发明提供了一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，属于船舶结构工程的技术领域。该方法包括以下几个步骤，第一步，建立甲板纵骨梁柱失稳力学模型，第二步，建立悬臂横梁动力学方程，确定最低阶频率计算公式；第三步，建立悬臂横梁固定端扭转刚度计算模型，并确定扭转刚度；第四步，确定悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度；第五步，确定悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲载荷；第六步，悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷；第七步，结合船体梁剩余强度影响因素，指导船舶结构设计；本发明提供快速确定大范围碰撞破损，甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，揭示大范围破损后甲板板架极限强度影响规律，指导船体梁剩余强度设计。

技术领域

本发明涉及船舶结构工程的技术领域，具体是涉及一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法。

背景技术

对船体破损剩余强度的精确计算和合理评估能有效保证船舶结构设计的合理性以及安全性，确定悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲载荷是确定破损船体梁极限强度的关键。

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。但由于未规定破口的长度，通常默认为一个主要支撑构件的间距，导致理论破口长度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，舷侧结构的破损导致甲板横梁支座刚度大大减弱，将难以满足横梁的最小刚度要求，出现甲板整体失稳的危险。

目前,船舶结构力学领域缺乏快速确定悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的临界载荷的计算模型和理论方法。船体大范围破损的甲板屈曲载荷主要通过非线性有限元方法计算。但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，并且无法获得大范围碰撞破损的船体板架纵骨的稳定性计算公式和大范围破损板架极限强度的影响规律。给船体结构设计和性能评估造成了不便，对船体梁剩余强度的计算精度和效率低下，影响了船舶设计的质量和精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现旨在提供一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，船舶在大范围碰撞破损后，将破损范围内甲板简化成一端弹性固定的悬臂梁，建立船体大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳的力学模型；通过求解弹性固定的悬臂横梁的动力学方程获得其最低阶频率，再进行级数展开和简化获得最低阶频率的计算公式；通过将横梁弹性固定端的结构简化为两端固支的等值薄壁梁，建立横梁弹性固定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；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支撑刚度；依据杆系稳定性理论，获得弹性支座的刚性系数；依据结构力学，获得多跨板架纵骨欧拉应力与纵骨作为单跨杆是的欧拉应力之比，从而确定大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲载荷；最后通过塑性修正，确定大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲的临界载荷；本发明解决了现有船舶结构力学领域缺乏快速确定悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲的临界载荷的计算模型和理论方法的问题，揭示船体大范围破损后板架极限强度的影响规律，提高船体梁剩余强度的计算精度和效率，可指导船体梁剩余强度的设计，提高船舶结构的安全性。

具体技术方案如下：

一种悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，包括以下几个步骤：

第一步，建立船体大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳的力学模型；