[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

说明书

本发明公开了一种海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，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，所述方法包括：S1、确定两个斜撑交点的横向位移和斜撑的转角；S2、确定防撞装置的动力学方程；S3、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；采用本申请方法，可以计算出本申请中的逻辑化防撞装置的等效刚度，利用该等效刚度，确定其高刚度转变为低刚度的阈值、最大刚度等，可对该防撞装置进行优化设计。

技术领域

本发明涉及海洋与船舶技术领域，具体涉及一种海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法。

背景技术

海洋与船舶工程结构可能承受失控船舶撞击等短时强载荷，有效实施防撞已成为保证海洋工程结构安全的重大需求。

传统的防撞方法中，将空气囊、粘弹性材料(橡胶)、金属泡沫等引入被保护结构(例如海上风机)，以上结构可降低撞击接触力，但其刚度很低，正常工况下(例如靠船)，该类低刚度材料(结构)也会产生较大变形，金属泡沫还可能出现塑性破坏，较大波浪等也可能造成这些低刚度材料(结构)产生较大变形乃至损坏。因此，亟需设计一种防撞结构的等效刚度计算方法，以确定防撞结构在外部载荷作用下的等效刚度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法。

本发明所采用的技术方案是：

海上结构的逻辑化防撞装置的等效刚度计算方法，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，根据以下公式得到两个斜撑交点的横向位移：