一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法技术

本发明专利技术公开一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，包括：步骤S1：确定装载甲板安全使用的许可永久变形参数；步骤S2：建立局部准静态均布载荷模型，对材料参数、板厚、板格长度、板格宽度以及轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值进行无量纲化；步骤S3：选取一种板格的柔度系数，得到许可变形值，计算出系列载荷‑永久变形曲线，通过拟合得到长宽比影响系数公式；步骤S4：选取的特定长宽比，计算出不同的载荷值，通过拟合得到无量纲公式；步骤S5：得到适合的无量纲板厚设计公式，将无量纲板厚设计公式转化为有量纲板厚设计公式。本发明专利技术能解决不同轮印尺寸下、不同轮印载荷下以及不同板格尺寸的甲板板厚设计问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法
本专利技术涉及船舶与海洋结构物结构的
，尤其涉及一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法。
技术介绍
现代舰船或海洋平台的甲板受轮载作用的情况越来越多，如载有直升机的舰船、海洋平台及超大型海上浮动平台,载有轮式车辆的舰船、滚装船、车辆运输船等。直升机在紧急着陆甚至坠毁、即时着陆、以及急剧船舶运动下着陆等情况下会对甲板产生巨大的冲击载荷，在目前的工程设计中，一般采用等效静力方法求解飞机着陆时甲板的应力和变形，即用一个动力放大系数乘以飞机重量作为等效外力，静止作用于甲板的某一固定位置上，其中动力放大系数可以在实际飞机着陆问题中得到。在局部轮印载荷的作用下，这些舰船等的甲板会发生弹塑性变形。因此，在轮载等效载荷作用下的甲板板格的弹塑性设计方法研究显得至关重要。对于甲板板架而言，目前国内外主要采用弹性理论设计方法，然而，当作用于甲板板格上的轮印载荷导致甲板开始进入屈服，这并不代表甲板已达到极限承载，实际上甲板可以承受比这大几倍的局部载荷，然后才以某种方式破坏或其永久变形达到不能容许的程度。因此，若整个甲板板架都按弹性理论设计，显然过于保守。考虑到甲板板格进入塑性时，还有较大的承载能力，为了减轻船舶设计重量，又保证甲板在轮载作用下有较高的安全性能，基于许可永久变形准则下的甲板弹塑性设计方法具有很高的工程实际意义。
技术实现思路
针对现有的弹性理论设计方法不代表甲板已达到极限承载存在的上述问题，现提供一种旨在能有效解决不同轮印尺寸下、不同轮印载荷下以及不同板格尺寸的甲板板厚设计问题的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法。具体技术方案如下：一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，包括：步骤S1：确定装载甲板安全使用的许可永久变形参数；步骤S2：根据所述装载甲板的材料参数，建立局部准静态均布载荷模型，通过非线性有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚、板格长度、板格宽度以及轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值，并对所述装载甲板的所述材料参数、所述装载甲板的所述板厚、所述装载甲板的所述板格长度、所述装载甲板的所述板格宽度以及所述装载甲板的所述轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值均进行无量纲化；步骤S3：选取一种特定的所述装载甲板板格的柔度系数，保证所述装载甲板板格宽度不变，基于所述许可永久变形参数，得到与所述许可永久变形参数对应的许可变形值；通过有限元计算得出的系列载荷-永久变形曲线，从而分别得到不同的长宽比下的不同的载荷长度和宽度对应的载荷值，然后以其中一种特定长宽比下的不同的载荷长度和宽度下对应的所述载荷值为基准，通过拟合得到与该所述一种载荷值相应的长宽比影响系数公式；步骤S4：根据所述特定长宽比，基于所述许可变形值，通过有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚以及不同的载荷长度和宽度对应的载荷值，通过拟合得到所述特定长宽比下的不同的载荷长度和宽度下的载荷-柔度系数无量纲公式；步骤S5：结合所述步骤S3和所述步骤S4，得到适合不同的长宽比以及不同的载荷长度和宽度下的无量纲板厚设计公式；步骤S6：将所述无量纲板厚设计公式转化为有量纲板厚设计公式。上述的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其中，步骤S5.1：通过有限元计算结果对所述无量纲板厚设计公式的拟合精度进行验证。上述的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其中，在所述步骤S1中，所述许可永久变形参数为无量纲参数，所述许可永久变形参数的取值范围为0.1～0.4。上述的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其中，在所述步骤S2中，所述局部准静态均布载荷模型为双线性材料参数模型，局部准静态均布载荷模型的边界条件设置为四周刚性固定的单板，并在轮印区域施加局部均布载荷。上述的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其中，在所述步骤S3中，所述长宽比影响系数公式为：其中：φα为长宽比影响系数；m1为长宽比影响系数的截距；m2为长宽比影响系数的斜率；a为直升机的轮印长度，单位m；l为甲板板格长度，单位m；s为甲板板格宽度，单位m。上述的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其中，在所述步骤S4中，所述载荷-柔度系数无量纲公式为：其中：Qp为无量纲载荷参数；k1为载荷-柔度系数无量纲公式的截距；k2为载荷-柔度系数无量纲公式的斜率；Cb为甲板板格柔度系数，b为轮印宽度，单位m。上述的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其中，在所述步骤S5中，所述无量纲板厚设计公式为：根据步骤S5中的有量纲板厚设计公式为：其中：t为装载甲板板厚，单位mm；p为局部均布载荷，即为轮印设计载荷，单位MPa。上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是：本专利技术在甲板的许可永久变形参数确定下，基于弹塑性理论，通过一系列有限元计算结果得出了装载甲板的板格长宽比影响系数公式，并拟合出特定长宽比下适合不同的载荷长度和宽度下的载荷-柔度系数无量纲公式，从而就可以得出装载甲板的板厚设计公式；根据所知道装载甲板的轮印尺寸、板格尺寸以及轮印载荷大小，可以利用板厚设计公式来计算出甲板的板厚设计尺寸，能有效解决不同轮印尺寸下、不同轮印载荷下以及不同板格尺寸的甲板板厚设计问题，根据弹塑性设计方法得到的板厚设计公式来计算装载甲板板厚，简单方便，准确高效。本专利技术所提供的设计方法完整、适用，可以结合装载甲板的实际情况进行计算，易于实现。附图说明图1为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的装载甲板的板格长宽比影响系数φα与之间关系曲线图；图2为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的b/s＝1/7下Qp和的拟合曲线与有限元计算结果曲线对比图；图3为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的b/s＝3/7下Qp和的拟合曲线与有限元计算结果曲线对比图；图4为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的b/s＝5/7下Qp和的拟合曲线与有限元计算结果曲线对比图；图5为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的b/s＝1下Qp和的拟合曲线与有限元计算结果曲线对比图；图6为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的截距k1的拟合公式计算结果与有限元计算结果对比图；图7为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的斜率k2的拟合公式计算结果与有限元计算结果对比图；图8为本专利技术基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法的方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。如图1至图8所示，示出了一种较佳实施例的基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，包括：步骤S1：确定装载甲板安全使用的许可永久变形参数，许可永久变形参数为无量纲参数，所述许可永久变形参数的取值范围为0.1～0.4；优选的，永久变形参数为Cω，Cω为无量纲参数，取值范围为0.1～0.4。步骤S2：通过所述装载甲板的材料参数，建立局部准静态均布载荷模型，通过非线性有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚、板格长度、板格宽度以及轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值，并对所述装载甲板的所述材料参数、所述装载甲板的所述板厚、所述装载甲板的所述板格长度、所述装载甲板的所述板格宽度以及所述装载甲板的所述轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其特征在于，包括：步骤S1：确定装载甲板安全使用的许可永久变形参数；步骤S2：根据所述装载甲板的材料参数，建立局部准静态均布载荷模型，通过非线性有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚、板格长度、板格宽度以及轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值，并对所述装载甲板的所述材料参数、所述装载甲板的所述板厚、所述装载甲板的所述板格长度、所述装载甲板的所述板格宽度以及所述装载甲板的所述轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值均进行无量纲化；步骤S3：选取一种特定的所述装载甲板板格的柔度系数，保证所述装载甲板板格宽度不变，基于所述许可永久变形参数，得到与所述许可永久变形参数对应的许可变形值；通过有限元计算得出的系列载荷‑永久变形曲线，从而分别得到不同的长宽比下的不同的载荷长度和宽度对应的载荷值，然后以其中一种特定长宽比下的不同的载荷长度和宽度下对应的所述载荷值为基准，通过拟合得到与该所述一种载荷值相应的长宽比影响系数公式；步骤S4：根据所述特定长宽比，基于所述许可变形值，通过有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚以及不同的载荷长度和宽度对应的载荷值，通过拟合得到所述特定长宽比下的不同的载荷长度和宽度下的载荷‑柔度系数无量纲公式；步骤S5：结合所述步骤S3和所述步骤S4，得到适合不同的长宽比以及不同的载荷长度和宽度下的无量纲板厚设计公式；步骤S6：将所述无量纲板厚设计公式转化为有量纲板厚设计公式。...

【技术特征摘要】
1.一种基于许可永久变形下的装载甲板板设计方法，其特征在于，包括：步骤S1：确定装载甲板安全使用的许可永久变形参数；步骤S2：根据所述装载甲板的材料参数，建立局部准静态均布载荷模型，通过非线性有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚、板格长度、板格宽度以及轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值，并对所述装载甲板的所述材料参数、所述装载甲板的所述板厚、所述装载甲板的所述板格长度、所述装载甲板的所述板格宽度以及所述装载甲板的所述轮印尺寸下一系列轮印载荷下的最大永久变形值均进行无量纲化；步骤S3：选取一种特定的所述装载甲板板格的柔度系数，保证所述装载甲板板格宽度不变，基于所述许可永久变形参数，得到与所述许可永久变形参数对应的许可变形值；通过有限元计算得出的系列载荷-永久变形曲线，从而分别得到不同的长宽比下的不同的载荷长度和宽度对应的载荷值，然后以其中一种特定长宽比下的不同的载荷长度和宽度下对应的所述载荷值为基准，通过拟合得到与该所述一种载荷值相应的长宽比影响系数公式；步骤S4：根据所述特定长宽比，基于所述许可变形值，通过有限元计算出不同的所述装载甲板的板厚以及不同的载荷长度和宽度对应的载荷值，通过拟合得到所述特定长宽比下的不同的载荷长度和宽度下的载荷-柔度系数无量纲公式；步骤S5：结合所述步骤S3和所述步骤S4，得到适合不同的长宽比以及不同的载荷长度和宽度下的无量纲板厚设计公式；步骤S6：将所述无量纲板厚设计公式转化为有量纲板厚设计公式。2.根据权利要求1所述的基于许可永久变形下的装载甲板板...

【专利技术属性】
技术研发人员：万琪，朱凌，彭营豪，王福花，史诗韵，蔡伟，
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