CN106372345A - 船舶坞墩的受力分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种船舶坞墩的受力分析方法及装置。所述方法包括：对所述船舶坞墩进行立体建模；对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元；根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。本发明实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法及装置提高了对船舶坞墩的受力分析结果的准确性。

Description

船舶坞墩的受力分析方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶坞墩的受力分析方法及装置。

背景技术

船舶在船坞内建造时都是以坞墩为支撑体。在船舶的建造或者修理期间，坞墩承受船舶的重力，船舶收到坞墩的制成作用。如果坞墩的布置不当，轻则坞墩收到损坏，重则造成船体结构的损伤，这些都是船舶在建造及修理过程中人们所不愿看到的。为了避免在船舶的建造或者修理过程中发生上述的事故，在完成了对坞墩的布置设计之后，需要对已经设计好的坞墩进行受力情况的分析。

现有的针对船舶坞墩的受力分析方法主要是平均受力分析法。采用这种方法对船舶的受力情况进行分析时，将整个船体划分为首部、中部、机舱、尾部等几个部分，估算每个部分船体的重量，然后用各个部分船体的重量除以该部分中布设的坞墩的数量，最终得到单个坞墩的受力。这种方法有一个明显的弊病，那就是对单个坞墩的受力情况的估算不够准确。尤其是在船舶的首部及尾部，由于船体的外板是曲面板，造成各个坞墩之间的受力并不平均，因而采用这种方式估计得到的单个坞墩的受力与实际情况相去甚远。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种船舶坞墩的受力分析方法及装置，以提高对船舶坞墩的受力分析结果的准确性。

一方面，本发明实施例提供了一种船舶坞墩的受力分析方法，所述方法包括：

对所述船舶坞墩进行立体建模；

对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元；

根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；

求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

另一方面，本发明实施例还提供了一种船舶坞墩的受力分析装置，所述装置包括：

建模模块，用于对所述船舶坞墩进行立体建模；

离散化模块，用于对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元；

方程建立模块，用于根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；

计算求解模块，用于求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

本发明实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法及装置，通过对所述船舶坞墩进行立体建模，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，根据所述坞墩在三维空间中的平动，建立所述单元的刚度方程，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况，由于不再采用受力平均的受力估算方法，转而采用有限元的方式进行受理的分析，因而提高了对坞墩受力分析结果的准确性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明第一实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法中建模操作的流程图；

图3是本发明第二实施例提供的船舶坞墩的立体模型的顶面视图；

图4是本发明第三实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法中离散化操作的流程图；

图5是本发明第三实施例提供的离散化后的模型单元的立体视图；

图6是本发明第四实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法中方程建立操作的流程图；

图7是本发明第五实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法中计算求解操作的流程图；

图8是本发明第六实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法的流程图；

图9是本发明第七实施例提供的船舶坞墩的受力分析装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

第一实施例

本实施例提供了船舶坞墩的受力分析方法的一种技术方案。在该技术方案中，所述船舶坞墩的受力分析方法包括：对所述船舶坞墩进行立体建模；对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元；根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

参见图1，所述船舶坞墩的受力分析方法包括：

S11，对所述船舶坞墩进行立体建模。

首先，根据船坞内所有坞墩的布设情况，对所有船舶坞墩进行立体建模。对所有船舶坞墩进行立体建模的结果是所述船舶坞墩的立体模型。

S12，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元。

完成对所述船舶坞墩的立体建模，获得所述船舶坞墩的立体模型之后，对上述立体模型进行离散化。对所述立体模型进行离散化的结果，原来的立体模型被分解为一个一个独立的单元。在本实施例提供的技术方案的后续步骤中，将以所述离散化所产生的单元为基础，对所述船舶坞墩的受力情况进行有限元分析。

S13，根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程。

在本实施例中，对所述立体模型进行离散化之后，对经过离散化后得到的各个单元进行受力分析，并根据所述受力分析，建立所述单元的刚度方程。

一般情况下，所述刚度方程具有如下的形式：

F＝K×U

上式中，F表示所述单元所承受的载荷向量，U表示所述单元在所述应力下的应变向量，K是所述单元对应的刚度矩阵。

S14，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

通过求解所述刚度方程，可以获得所述船舶坞墩的受力情况。具体的，上述对所述刚度方程的求解过程可以包括：刚度矩阵的计算、应力向量的形成以及线性方程组的求解。

本实施例通过对所述船舶坞墩进行立体建模，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元，再根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程，以及求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况，提高了对船舶坞墩的受力分析结果的准确性。

第二实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述船舶坞墩的受力分析方法中建模操作的一种技术方案。在该技术方案中，对所述船舶坞墩进行立体建模包括：利用一个立体空间中的支柱代表一个船舶坞墩；根据实际的船舶坞墩布设情况，确定每个所述支柱的高度及位置；确定所述船舶坞墩的载荷。

参见图2，对所述船舶坞墩进行立体建模包括：

S21，利用一个立体空间中的支柱代表一个船舶坞墩。

在本技术方案中，在对船舶坞墩的立体建模过程中，利用三维空间中的一个竖直方向上的支柱来代表一个船舶坞墩。所述支柱的设置应该与实际的船舶坞墩相对应。也就是说，在实际的船坞中存在一个坞墩，那么在对应的立体模型中就应该有一个与之对应的支柱。

S22，根据实际的船舶坞墩布设情况，确定每个所述支柱的高度及位置。

由于所述支柱是用来代表坞墩的，因此所述支柱的高度及位置应该与其所代表的坞墩的高度与位置相对应。例如，一个实际的坞墩的高度是3米，其平面坐标点的位置是(3.5,18.9)，则代表它的支柱的高度也应该是3米，而且对应的平面坐标点的位置也应该是(3.5,18.9)。

S23，确定所述船舶坞墩的载荷。

所述船舶坞墩的载荷是其承载的船舶船体的重力，另外，还包括压载水压力。而且，比较特殊的是，所述船舶坞墩的压载水压力应该有处于所述船舶的压载水仓周界上的坞墩承载。

图3示出了完成了上述立体建模操作之后的船舶坞墩的立体模型的顶视图。参见图3，上述顶视图中的黑点31就是代表各个具体坞墩的支柱。

本实施例通过利用一个立体空间中的支柱代表一个船舶坞墩，根据实际的船舶坞墩布设情况，确定每个所述支柱的高度及位置，以及确定所述船舶坞墩的载荷，实现了对船舶坞墩的立体建模操作。

第三实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述船舶坞墩的受力分析方法中离散化操作的一种技术方案。在该技术方案中，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元包括：以所述支柱的空间位置为基准，对布设所述船舶坞墩的底面进行网格化；以所述网格化后所述底面上的各个二维单元为所述立体模型的单元。

参见图4，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元包括：

S41，以所述支柱的空间位置为基准，对布设所述船舶坞墩的底面进行网格化。

在本实施例中，通过对船舶坞墩的底面的网格化实现对所述立体模型的离散化。更为具体的，在对所述底面进行网格化的过程中，以代表所述坞墩的支柱的空间位置为基准，对所述底面进行网格化。也就是说，在对所述底面进行网格化的过程中，所述支柱的空间位置是对所述底面进行网格化的重要参考。更进一步的，在网格化后形成的每个单元内，都应该有且仅有一个用于代表坞墩的支柱。

S42，以所述网格化后所述底面上的各个二维单元为所述立体模型的单元。

完成了对所述底面的网格化之后，就可以将完成网格化后形成在所述底面上的各个而为单元作为进行进一步有限元分析的单元。

图5示出了执行了上述离散化后的一个单元的立体视图。参见图5，在所述单元中，包括用来代表坞墩的支柱51，以及该单元的底面52。

本实施例通过以所述支柱的空间位置为基准，对布设的所述船舶坞墩的底面进行网格化，以及以所述网格化后所述地面上的各个二维单元为所述立体模型的单元，实现了对所述船舶坞墩的立体模型的离散化。

第四实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述船舶坞墩的受力分析方法中方程建立操作的一种技术方案。在该技术方案中，根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程包括：对所述坞墩底端的应变进行分析；根据所述分析建立所述单元的刚度方程。

参见图6，根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程包括：

S61，对所述坞墩底端的应变进行分析。

在本实施例中，所述坞墩底端的应变是指所述坞墩底端在立体直角坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的平动。所述坞墩底端在X轴、Y轴以及Z轴方向上的平动是由于所述坞墩所承载的载荷造成的。因此，对所述坞墩的应力-应变关系进行分析，以便能够建立所述单元的刚度方程。

S62，根据所述分析建立所述单元的刚度方程。

如本发明第一实施例中描述的，所述刚度方程具有如下形式：

F＝K×U

其中，F表示所述单元所承受的载荷向量，U表示所述单元在所述应力下的应变向量，K是所述单元对应的刚度矩阵。

本实施例通过对所述坞墩底端的应变进行分析，以及根据所述分析建立所述单元的刚度方程，实现了所述单元的刚度方程的建立。

第五实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述船舶坞墩的受力分析方法中计算求解操作的一种技术方案。在该技术方案中，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况包括：求解所述刚度方程，获取所述单元的应变；根据所述应变，求解所述船舶坞墩的应力。

参见图7，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况包括：

S71，求解所述刚度方程，获取所述单元的应变。

求解上述刚度方程的过程，首先需要确定所述刚度方程中的刚度矩阵。确定了上述刚度方程中的刚度矩阵之后，应用所述刚度方程的边界条件并施加载荷，就能够得到参数取值确定的所述刚度方程。求解上述刚度方程，就能够得到所述船舶坞墩的各个单元的应变向量。

S72，根据所述应变，求解所述船舶坞墩的应力。

典型的，将所述应变向量代入至具有如下形式的反作用力方程中，就能够得到所述船舶坞墩的应力向量：

R＝KU-F

其中，R是所述船舶坞墩的应力向量，K是所述船舶坞墩的刚度矩阵，U是所述船舶坞墩的应变向量，F是所述船舶坞墩的载荷向量。

本实施例通过求解所述刚度方程，获取所述单元的应变，以及根据所述应变，求解所述船舶坞墩的应力，实现了对坞墩受力情况的最终求解。

第六实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述船舶坞墩的受力分析方法的一种技术方案。在该技术方案中，所述船舶坞墩的受力分析方法还包括：根据所述船舶坞墩的受力情况，调整所述船舶坞墩的布设。

参见图8，所述船舶坞墩的受力分析方法包括：

S81，对所述船舶坞墩进行立体建模。

S82，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元。

S83，根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程。

S84，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

S85，根据所述船舶坞墩的受力情况，调整所述船舶坞墩的布设。

在本实施例中，在根据对所述船舶坞墩的有限元分析，得到所述船舶坞墩的更为准确的受力情况的分析结果之后，还进一步的根据所述受力情况，调整所述船舶坞墩的布设。

更为具体的，对所述船舶坞墩的布设的调整可以是在所述船舶坞墩的竖直应力高于平均应力的位置上，添加坞墩，还可以是在所述船舶坞墩的竖直应力高于平均应力的位置上，去除坞墩。

而且，为了进一步的验证上述布设调整的效果，还可以针对调整后的坞墩布设情况，再对所述坞墩的受力情况进行有限元分析，以获取调整后的坞墩的实际受力情况。

本实施例通过对所述船舶坞墩进行立体建模，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元，根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况，以及根据所述船舶坞墩的受力情况，调整所述船舶坞墩的布设，使得对所述船舶坞墩的受力情况的分析结果能够被用于实际的船舶坞墩的布设调整。

第七实施例

本实施例提供了船舶坞墩的受力分析装置的一种技术方案。参见图9，在该技术方案中，所述船舶坞墩的受力分析装置包括：建模模块91、离散化模块92、方程建立模块93，以及计算求解模块94。

所述建模模块91用于对所述船舶坞墩进行立体建模。

所述离散化模块92用于对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元。

所述方程建立模块93用于根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程。

所述计算求解模块94用于求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

优选的，所述建模模块91包括：坞墩建模单元、参数确定单元，以及载荷确定单元。

所述坞墩建模单元用于利用一个立体空间中的支柱代表一个船舶坞墩。

所述参数确定单元用于根据实际的船舶坞墩布设情况，确定每个所述支柱的高度及位置。

所述载荷确定单元用于确定所述船舶坞墩的载荷。

优选的，所述船舶坞墩的载荷为船舶重力，以及压载水压力。

优选的，所述压载水压力由处在所述船舶的压载水仓周界上的坞墩承载。

优选的，所述离散化模块92包括：网格化单元以及二维单元确定单元。

所述网格化单元用于以所述支柱的空间位置为基准，对布设所述船舶坞墩的底面进行网格化。

所述二维单元确定单元用于以所述网格化后所述底面上的各个二维单元为所述立体模型的单元。

优选的，所述方程建立模块93包括：应变分析单元以及方程建立单元。

所述应变分析单元用于对所述坞墩底端的应变进行分析。

所述方程建立单元用于根据所述分析建立所述单元的刚度方程。

优选的，所述计算求解模块94包括：应变求解单元以及应力求解单元。

所述应变求解单元用于求解所述刚度方程，获取所述单元的应变。

所述应力求解单元用于根据所述应变，求解所述船舶坞墩的应力。

优选的，所述船舶坞墩的受力分析装置还包括：布设调整模块95。

所述布设调整模块95用于根据所述船舶坞墩的受力情况，调整所述船舶坞墩的布设。

优选的，所述布设调整模块95包括：坞墩添加单元或者坞墩去除单元。

所述坞墩添加单元用于在所述船舶坞墩的竖直应力高于平均应力的位置上，添加坞墩。

所述坞墩去除单元用于在所述船舶坞墩的竖直应力低于平均应力的位置上，去除坞墩。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶坞墩的受力分析方法，其特征在于，包括：

对所述船舶坞墩进行立体建模；

对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元；

根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；

求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述船舶坞墩进行立体建模包括：

利用一个立体空间中的支柱代表一个船舶坞墩；

根据实际的船舶坞墩布设情况，确定每个所述支柱的高度及位置；

确定所述船舶坞墩的载荷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述船舶坞墩的载荷为船舶重力，以及压载水压力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述压载水压力由处在所述船舶的压载水仓周界上的坞墩承载。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元包括：

以所述支柱的空间位置为基准，对布设所述船舶坞墩的底面进行网格化；

以所述网格化后所述底面上的各个二维单元为所述立体模型的单元。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程包括：

对所述坞墩底端的应变进行分析；

根据所述分析建立所述单元的刚度方程。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况包括：

求解所述刚度方程，获取所述单元的应变；

根据所述应变，求解所述船舶坞墩的应力。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述船舶坞墩的受力情况，调整所述船舶坞墩的布设。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述船舶坞墩的受力情况，调整所述船舶坞墩的布设包括：

在所述船舶坞墩的竖直应力高于平均应力的位置上，添加坞墩；或者

在所述船舶坞墩的竖直应力低于平均应力的位置上，去除坞墩。

10.一种船舶坞墩的受力分析装置，其特征在于，包括：

建模模块，用于对所述船舶坞墩进行立体建模；

离散化模块，用于对所述船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成所述立体模型的各个单元；

方程建立模块，用于根据所述坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；

计算求解模块，用于求解所述刚度方程，并根据所述刚度方程的求解结果，计算所述船舶坞墩的受力情况。