[发明专利]海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法

权利要求书

1.海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，应用于海上结构的逻辑化防撞装置，该防撞装置包括承载部、固定部和弹簧系统，该弹簧系统包括多个连续设置的弹簧单元，每个弹簧单元均包括斜撑和线性弹簧，所述斜撑包括第一斜撑和第二斜撑，第一斜撑和第二斜撑均为成对设置，两个第一斜撑的一端间隔铰接在承载部的两端、且另一端朝相对的方向倾斜，两个第二斜撑的一端间隔铰接在固定部的两端、且另一端朝相对的方向倾斜，其另一端分别与对应的第一斜撑的另一端铰接；所述线性弹簧设置在承载部和固定部之间、且其两端分别铰接在第一斜撑和第二斜撑的交点；所述方法包括：

S1、根据斜撑的长度、斜撑的初始夹角和承载部的位移，确定两个斜撑交点的横向位移和斜撑的转角；

S2、根据两个斜撑交点的横向位移和斜撑的转角，基于哈密顿原理，确定防撞装置的动力学方程；

S3、根据两个斜撑交点的横向位移、斜撑的转角和动力学方程，得到恢复力关于承载部的位移的函数；

S4、根据恢复力关于承载部的位移函数的切线斜率，得到等效刚度；

斜撑的初始角度为θ₀，θ₀的取值范围为：30°≦θ₀≦50°。

2.根据权利要求1所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，还包括

S11、根据承载部的位移，确定两个斜撑交点的竖向位移。

3.根据权利要求2所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，所步骤S2中，还包括如下步骤：

S21、根据承载部的位移，确定装置的动能；

S22、根据弹簧单元的数量、线性弹簧的弹射刚度以及两个斜撑交点的横向位移，确定装置的势能；

S23、根据外部载荷和承载部的位移，确定非保守力的虚功；

S24、根据装置的动能、势能和非保守力的虚功，基于哈密顿原理，得到装置的动力学方程。

4.根据权利要求3所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，根据以下公式得到两个斜撑交点的竖向位移：

其中，h为两个斜撑交点的竖向位移，y为承载部向下位移。

5.根据权利要求4所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，根据以下公式得到两个斜撑交点的横向位移：

其中，x为两个斜撑交点的横向位移，l为斜撑长度，θ₀为斜撑的初始夹角，h为两个斜撑交点的竖向位移。

6.根据权利要求5所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，根据以下公式得到斜撑的转角：

其中，为斜撑的转角，l为斜撑长度，θ₀为斜撑的初始夹角，h为两个斜撑交点的竖向位移。

7.根据权利要求6所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，根据以下公式得到装置的动能：

其中，T为装置的动能，m为承载部的质量，为承载部的位移对时间的一阶导数。

8.根据权利要求7所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，根据以下公式得到装置的势能：

其中,V为装置的势能，k为线性弹簧的弹簧刚度，n为弹簧单元的组数。

9.根据权利要求8所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，根据以下公式得到装置的非保守力的虚功：

其中，δW为非保守力虚功的变量，c为结构系统的等效粘性阻尼系数，δy为承载部的位移的变量，为承载部的位移对时间的一阶导数，F(t)为外载荷。

10.根据权利要求9所述的海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，其特征在于，将公式(3)、(4)和(5)代入哈密顿原理，得到装置的动力学方程(6)：

其中，为承载部的位移对时间的二阶导数，K(y)为弹簧系统的恢复力关于承载部的位移的函数；

将公式(1)和(2)代入公式(6)中，得到恢复力关于承载部的位移函数：