[发明专利]基于能量的船艏动力刚度计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于能量的船艏动力刚度计算方法及系统，建立了不同结构、不同吨位与撞击速度下的船艏静力刚度与动力刚度关系，通过对静力刚度的直接描述，进而转化为不同撞击能量下的动力刚度，省去了确定动力刚度的各种参数，形式上更为简单、明确，易于为工程师掌握。

技术领域

本发明涉及使用有限元方法的计算机辅助设计技术领域，具体涉及一种基于能量的船艏动力刚度计算方法及系统。

背景技术

船桥碰撞过程中，船艏刚度特性直接影响碰撞结果。在撞击过程中船艏刚度是动态变化的，即使对于同一艘船，一旦船舶质量、撞击速度发生变化，刚度又会改变。因此如何表征船艏动力刚度对于研究桥梁抗撞性能，进而针对性设计合理高效的防撞结构具有重要意义。

目前已有相关文献对此进行了研究，并提出了相应的简化公式，具体做法是通过建立不同船舶的精细化有限元模型，进行船撞刚性墙分析，获得不同吨位不同速度下的多条动力刚度曲线，再对这些曲线进行数理统计，得到各吨位与速度下的多个参数，再对这些参数进一步拟合，最终得到动刚度曲线。然而每一艘船舶的数理统计参数多达36个，显得过于复杂，难以为工程师掌握。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于能量的船艏动力刚度计算方法及系统。可以省去确定动力刚度的各种参数，形式上更为简单、明确，易于为工程师掌握。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种基于能量的船艏动力刚度计算方法，包括：

分别获取不同吨位的船艏在拟静力作用下，以及不同冲击作用下的各类基础时程数据；

通过获取到的各类基础时程数据确定不同吨位船舶的船艏静力刚度曲线f(d)、船艏拟静力内能-变形曲线e(d)、船艏动力刚度曲线F(D)、船艏动力刚度曲线卸载段和船艏冲击内能-变形曲线E(D)；

根据不同吨位船舶的船艏静力刚度曲线f(d)、船艏拟静力内能-变形曲线e(d)、船艏动力刚度曲线F(D)和船艏冲击内能-变形曲线E(D)确定拟静力-动力转换系数并根据不同吨位船舶的船艏动力刚度曲线卸载段确定卸载段斜率k；

基于船艏拟静力内能-变形曲线e(d)，构建船艏拟静力内能-变形函数e(d)_simple和船艏静力刚度简化解析函数f(d)_simple；

结合船艏拟静力内能-变形函数e(d)_simple和船艏静力刚度简化解析函数f(d)_simple、卸载段斜率k和拟静力-动力转换系数确定船艏冲击内能-变形曲线E(D)_simple和船艏动力刚度曲线F(D)_simple；

通过所述船艏冲击内能-变形曲线E(D)_simple和船艏动力刚度曲线F(D)_simple计算船艏动力刚度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，采用有限元分析方法获取不同吨位的船艏在拟静力作用下，以及不同冲击作用下的各类基础时程数据。

结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，确定卸载段斜率k包括：

统计不同吨位的船艏在不同撞击速度下的船艏动力刚度曲线卸载段平均斜率；

根据船艏动力刚度曲线卸载段平均斜率确定所述卸载段斜率k。

结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，构建船艏静力刚度简化解析函数f(d)_simple，包括：

基于船艏拟静力内能-变形曲线e(d)，建立船艏拟静力内能-变形函数e(d)_simple；

e(d)_simple＝ax^b；