CN106845042A - 一种船型结构物的强度计算方法 - Google Patents

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孙雪荣
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Abstract

本发明提供了一种船型结构物的强度计算方法，提供一船型结构物，所述船型结构物上包括有外板、横舱壁、横向强框架以及骨材，具体步骤包括步骤1，建立船型结构物的初始三维模型；步骤2，对所述的初始三维模型进行有限元分析得到有限元结构模型；步骤3，在所述的初始三维模型生成一模拟波浪载荷，并在所述的有限元结构模型中确定波浪载荷；步骤4，在所述的初始三维模型生成一模拟静水载荷，并在所述的有限元结构模型中确定静水载荷；步骤5，根据所述静水载荷和所述波浪载荷确定所述船型结构物的三维力学结构模型。操作方便，简单可靠，最重要的是，这种模型较为节省系统运行成本，提高效率和保证可靠性。

Description

一种船型结构物的强度计算方法
技术领域
本发明船舶建模技术领域，具体是涉及一种船型结构物的强度计算方法。
背景技术
随着船舶设计尺寸和设计需求的增加，二维平面的设计模型已经不能符合目前的船型设计需求。
以超大型半潜船为例，该船型除尺度比远不能满足规范要求外，其特殊的结构布置、严苛的船体重量控制、高大的首楼和独立可移动的尾浮箱结构及特殊的作业方式和重载货物不确定性，使得结构设计初期需在严苛的船体钢料重量控制目标下实现船体结构刚度、强度的全船结构宏观把控，这一点传统的中剖面设计技术难以很好的满足；所以需要加入经验判断因素辅助设计，造成较大的不便。
另一方面，而目前的现行的有限元分析方法，算法复杂多样，虽然对各种情况都进行了精确分析，但是对系统和人力成本的要求不断提高，造成了较大的资源浪费。
发明内容
针对现有技术中存在上述问题，现旨在提供一种船型结构物的强度计算方法，以提供简单可靠的计算方法。
具体技术方案如下：
一种船型结构物的强度计算方法，提供一船型结构物，所述船型结构物上包括有外板、横舱壁、横向强框架以及骨材，具体步骤包括
步骤1，提供第一处理单元，建立船型结构物的初始三维模型；
步骤2，提供第二处理单元，对所述的初始三维模型进行有限元分析得到有限元结构模型；
步骤3，提供第三处理单元，在所述的初始三维模型生成一模拟波浪载荷，并在所述的有限元结构模型中确定波浪载荷；
步骤4，提供第四处理单元，在所述的初始三维模型生成一模拟静水载荷，并在所述的有限元结构模型中确定静水载荷；
步骤5，提供第五处理单元，根据所述静水载荷和所述波浪载荷确定所述船型结构物的三维力学结构模型。
进一步的，通过迭代法对所述步骤3中得到的所述波浪载荷进行动静平衡检查。
进一步的，通过迭代法对所所述步骤4中得到的所述静水载荷进行动静平衡检查。
进一步的，在所述步骤2中，引入正交异性板单元确定所述初始三维模型中的所述骨材得到正交异性平移板模型。
进一步的，在步骤2中，通过剪切面积等效定理和平行移轴定理引入所述正交异性板单元。
进一步的，所述步骤3中确定的波浪载荷包括有所述横舱壁处的外板波浪载荷。
进一步的，所述步骤3中确定的波浪载荷包括有所述横向强框架处的外板波浪载荷。
进一步的，所述步骤4中确定的静水载荷包括有所述横舱壁处的外板静水载荷。
进一步的，所述步骤4中确定的静水载荷包括有所述横向强框架处的外板静水载荷。
上述技术方案的积极效果是：
上述的船型结构物的强度计算方法，提高了程序处理的效率，操作方便，简单可靠，最重要的是，这种模型较为节省系统运行成本，提高效率和保证可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种船型结构物的强度计算方法的实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1对本发明提供的技术方案作具体阐述，但以下内容不作为本发明的限定。
一种船型结构物的强度计算方法，提供一船型结构物，船型结构物上包括有外板、横舱壁、横向强框架以及骨材，具体步骤包括
步骤1，提供第一处理单元，建立船型结构物的初始三维模型；
步骤2，提供第二处理单元，对初始三维模型进行有限元分析得到有限元结构模型；在步骤2中，引入正交异性板单元确定初始三维模型中的骨材得到正交异性平移板模型。步骤2的目的在于全船三维结构模型的建立，利用剪切面积等效和平行移轴定理引入正交异性板单元以真实模拟纵骨等骨材作用。在步骤2中，通过剪切面积等效定理和平行移轴定理引入正交异性板单元。正交异性平移板的板厚t：
正交异性平移板平移的距离d：
正交异性板的材料属性：沿骨架方向材料弹性模量与船体结构一致，为2.06E11Pa；其正交方向的材料弹性模量为0。
其中：A-骨材的剖面积；n-桁材间骨材的数目；S-桁材间距；IZ-骨材对水平轴的惯性矩；e-骨材的中和轴距板的距离。
步骤3，提供第三处理单元，在初始三维模型生成一模拟波浪载荷，并在有限元结构模型中确定波浪载荷；通过迭代法对步骤3中得到的波浪载荷进行动静平衡检查。步骤3中确定的波浪载荷包括有横舱壁处的外板波浪载荷。步骤3中确定的波浪载荷包括有横向强框架处的外板波浪载荷。全船三维结构力学模型的建立中，利用数值处理技术实现波浪载荷的程序化语言输入，弯矩载荷分布的简化实现归结为a1、a2因子的实现；最终施加于有限元模型上的湿表面下强框架(横舱壁、横向强框架)处外板载荷为：
最后：
用以上方法初次迭代后的方程(1)必须进行高次迭代：
该项引入的fa3因子一般处于0.98～0.99，具体数值大小要视具体船型而定，迭代收敛的标志即为全船波浪力合力为0，建议控制在0.0001Δ内，其中Δ为设计吃水时的型排水量。
由此得到的波浪弯矩分布和剪力分布及模拟载荷分布，最终模拟的简化波浪载荷分布结合空间场的程序语言，以垂向节点力的形式，施加在船体湿表面下的各强框架及横舱壁处外板结构。
步骤4，提供第四处理单元，在初始三维模型生成一模拟静水载荷，并在有限元结构模型中确定静水载荷；全船三维结构力学模型的建立中，利用数值处理技术实现离散化静水载荷的程序化语言输入，通过迭代法对所步骤4中得到的静水载荷进行动静平衡检查。步骤4中确定的静水载荷包括有横舱壁处的外板静水载荷。步骤4中确定的静水载荷包括有横向强框架处的外板静水载荷。
步骤5，提供第五处理单元，根据静水载荷和波浪载荷确定船型结构物的三维力学结构模型。经程序化语言加载所实现的静水载荷和波浪载荷均须完成各自的静动平衡检查(均控制在0.0001Δ内)，形成完整有效的全船三维结构力学模型。
最后，经过以上完整技术方法后的全船三维有限元力学模型完成准静态计算和校核，指导船体结构设计，上述的第一处理单元至第五处理单元可以集成于同一处理器中，实现数据的处理。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，提供一船型结构物，所述船型结构物上包括有外板、横舱壁、横向强框架以及骨材，具体步骤包括
步骤1，提供第一处理单元，建立船型结构物的初始三维模型；
步骤2，提供第二处理单元，对所述的初始三维模型进行有限元分析得到有限元结构模型；
步骤3，提供第三处理单元，在所述的初始三维模型生成一模拟波浪载荷，并在所述的有限元结构模型中确定波浪载荷；
步骤4，提供第四处理单元，在所述的初始三维模型生成一模拟静水载荷，并在所述的有限元结构模型中确定静水载荷；
步骤5，提供第五处理单元，根据所述静水载荷和所述波浪载荷确定所述船型结构物的三维力学结构模型。
2.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，通过迭代法对所述步骤3中得到的所述波浪载荷进行动静平衡检查。
3.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，通过迭代法对所所述步骤4中得到的所述静水载荷进行动静平衡检查。
4.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，在所述步骤2中，引入正交异性板单元确定所述初始三维模型中的所述骨材得到正交异性平移板模型。
5.根据权利要求4所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，在步骤2中，通过剪切面积等效定理和平行移轴定理引入所述正交异性板单元。
6.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，所述步骤3中确定的波浪载荷包括有所述横舱壁处的外板波浪载荷。
7.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，所述步骤3中确定的波浪载荷包括有所述横向强框架处的外板波浪载荷。
8.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，所述步骤4中确定的静水载荷包括有所述横舱壁处的外板静水载荷。
9.根据权利要求1所述的一种船型结构物的强度计算方法，其特征在于，所述步骤4中确定的静水载荷包括有所述横向强框架处的外板静水载荷。
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