一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线确定方法技术

本发明专利技术提供了一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线确定方法，属于船舶结构工程技术领域。一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线确定方法，包括以下几个步骤，第一步，建立大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳力学模型；第二步，建立悬臂横梁力学方程，获得最低阶频率公式；第三步，建立悬臂横梁扭转刚度计算模型，确定扭转刚度；第四步，确定横梁对甲板纵骨支撑刚度；第五步，确定纵骨梁柱屈曲载荷和屈曲临界载荷；第六步，确定纵骨梁柱的临界载荷‑端缩曲线；本发明专利技术为快速获取大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线的理论方法，提高了计算精度，相比非线性有限元方法缩短了计算时间，提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法
本专利技术涉及船舶结构工程的
，具体是涉及一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线的确定方法。
技术介绍
对船体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的载荷-端缩曲线是确定船体梁剩余极限强度的关键。国际船级社联盟(InternationalAssociationofClassificationSocieties，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，一般默认为一个主要支撑构件的间距，这与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，横梁破损一端的支撑刚度将大大减弱，将难以满足对横梁的最小刚度要求，出现甲板整体失稳。目前，船体梁剩余强度的计算主要通过简化逐步迭代法或非线性有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷‑端缩曲线确定方法，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；将船体破损范围内的甲板横梁简化成一端弹性固定的悬臂梁，并支撑破损范围内的甲板纵骨，从而建立船体大范围碰撞破损后甲板纵骨梁柱失稳的力学模型；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，确定悬臂横梁的弹性固定端的扭转刚度；悬臂横梁的根部结构一般为船体侧壁或纵桁，将其简...

【技术特征摘要】
1.一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法，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；将船体破损范围内的甲板横梁简化成一端弹性固定的悬臂梁，并支撑破损范围内的甲板纵骨，从而建立船体大范围碰撞破损后甲板纵骨梁柱失稳的力学模型；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，确定悬臂横梁的弹性固定端的扭转刚度；悬臂横梁的根部结构一般为船体侧壁或纵桁，将其简化为两端固支的等值薄壁梁，根据薄壁梁的特性建立悬臂横梁根部的扭转刚度的计算模型；依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，求解悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度；第四步，确定悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度；根据稳定性问题和横梁自由振动方程的相似性，并结合此前确定的悬臂横梁最低阶频率的计算公式，将悬臂横梁的最低阶频率代入相应的计算公式中，得到弹性固定的悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度。第五步，确定大范围船体破损时，悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲载荷以及屈曲的临界载荷；依据杆系稳定性理论，获得弹性支座的刚性系数，通过多跨板架纵骨欧拉应力与纵骨作为单跨杆时的欧拉应力之比，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，再通过塑性修正，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。第六步，确定大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱的临界载荷-端缩曲线；结合边缘函数和此前确定的临界载荷，获得大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱的载荷-端缩曲线。2.根据权利要求1所述的一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法，其中，所述弹性固定的横梁最低阶频率和最低阶频率公式可通过以下方法获得：根据大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳的计算模型，并结合稳定性问题和横梁自由振动方程的相似性，列出无阻尼、小幅振动的等截面梁的自由振动的运动方程：上式中，I为横梁截面惯性矩，E为材料的弹性模量，B为横梁跨距，M为横梁质量；运用分离变量法，设(1)式的通解形式为：v(x,t)＝φ(x)Y(t)(2)对于一端弹性固定，另一端自由的悬臂梁而言，此时悬臂梁应满足的边界条件为：φ(0)＝0M(0)＝kφ'(0)＝EIφ"(0)M(B)＝EIφ"(0)＝0V(B)＝EIφ"(0)＝0(3)上式中，B为横梁跨距；将设定的(1)式通解(2)式代入悬臂梁应满足的边界条件(3)中后，可得到特征方程如下：上式中，为特征向量，k为刚度系数，而a又被定义为：上式中，I为横梁截面惯性矩，E为材料的弹性模量，M为横梁质量；令(4)式的行列式为零，并结合式(5)，由此得到悬臂梁的频率方程为：1+coshxcosx＝cx(coshxsinx-sinhxcosx)(6)上式中，x＝aB(8)对频率方程式(6)的两侧均进行幂级数展开，并舍去高阶小量，解得悬臂梁最低阶频率的公式：。3.根据权利要求1所述的一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的载荷-端缩曲线确定方法，其中，所述扭转刚度被计算为：上式中，Iω为纵桁或纵向结构的扇形抗扭惯性矩，L为纵桁或纵向结构的跨度(一般...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺远松，吴剑国，彭营豪，伍友军，马剑，
申请(专利权)人：中国船舶工业集团公司第七零八研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31