CN111597638A - 舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，包括步骤：S1：在有限元软件里建立主船体有限元模型；S2：在NAPA软件中定义所述主船体有限元模型的装载工况；S3：利用所述NAPA软件获得所述主船体有限元模型的吃水值和一考察剖面的剪力Q_x；S4：对所述主船体有限元模型施加重力和浮力载荷，并设定边界条件；S5：设置一考察点并利用所述主船体有限元模型计算获得所述考察点处的剪应力τ；S6：计算设计剪力作用下的剪应力τ′并与一许用应力τ₀比较。本发明的一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，可解决舷侧大开口船舶总纵剪切强度的校核问题,同时避免庞大工作量，并可提高工作效率高和校核结果的准确度。

Description

舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法

技术领域

本发明涉及船体总纵强度校核领域，尤其涉及一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法。

背景技术

在船体总纵强度校核中，通常将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁，即船体梁，并从整体上进行研究。船体梁在外力作用下沿其纵向铅垂面内会发生弯曲，我们需要求得引起船体梁总纵弯曲的剪力、弯矩以及相应的应力，并将它与许用应力相比较以判断船体强度，这是现有的船体总纵强度校核方法。

对于某些船，强力甲板下舷侧外板因布置需要有较大的开口，那么舷侧外板的剪流分布必将完全不同，这些舷侧开口对总纵剪切强度如何影响，现有的船体总纵强度校核方法没有说明，只能寄希望于直接计算法。但是直接计算方法工作量庞大，效率低，计算结果的准确性还无法保证。

当船舶舷侧外板有较大的开口时，现有的方法是用直接计算来校核船舶总纵剪切强度。其流程如下：

(1)、建立全船有限元结构模型，并施加各种机电舾装类等非结构质量，要保证模型的重量重心与装载手册中空船重量重心之间的误差在规范允许范围内。

(2)、建立水动力计算模型进行水动力分析。此步骤需要建立船体外壳有限元粗模型，输入各校核工况的质量分布并进行浮态调整，通过系列操作得到各校核工况的波浪水动压力和空船、货物、压载水、油料等质量的惯性力。

(3)、施加载荷。按照校核工况在全船有限元模型中施加空船的重力和惯性力，外部静水压力和波浪水动压力，货物、压载水、油料等引起的静压力和惯性压力。

(4)、进行整船动态平衡调整，并设定边界条件。建模加载完成后，计算和检查模型在x、y、z三个方向上的不平衡力的大小，控制其在规范允许范围内。边界条件按照规范设置。

(5)、计算和校核考察点处的总纵剪切强度。

使用现有的直接计算方法来校核船舶总纵剪切强度，工作量庞大，效率低。体现在以下几个方面：

(1)、计算模型要施加轮机、电气、舾装等非结构质量，这类质量分布散而广，数据量巨大；

(2)、动载荷的获得需要通过水动力分析，其流程较为复杂；

(3)、需要施加船体内部和外部的各种静载荷和动载荷，数据量也很大；

(4)、要调整模型的质量分布与装载手册工况的空船质量分布趋于一致，控制两者的重量重心误差在规范允许范围内。还要进行全船动平衡的调整，保证不平衡力也在规范允许范围内。否则要从头开始检查模型单元属性、质量分布、载荷施加的正确性，直至计算模型满足规范要求；

(5)、计算工况多，直接计算要涵盖每个可能的决定工况，每个工况可能都要耗费时间在步骤(2)～(4)操作。

另外，任何一项工作出现纰漏，计算结果将不可靠，因此，在繁琐复杂的实际操作中往往无法保证计算结果的准确性。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，可解决舷侧大开口船舶总纵剪切强度的校核问题,同时避免庞大工作量，并可提高工作效率高和校核结果的准确度。

为了实现上述目的，本发明提供一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，包括步骤：

S1：在一有限元软件里建立一主船体有限元模型；

S2：在一NAPA软件中定义所述主船体有限元模型的装载工况；

S3：利用所述NAPA软件获得所述主船体有限元模型的吃水值和一考察剖面的剪力Q_x；

S4：对所述主船体有限元模型施加重力和浮力载荷，并设定边界条件；所述浮力载荷包括静水浮力，所述静水浮力的施加范围根据所述吃水值确定；

S5：设置一考察点并利用所述主船体有限元模型计算获得所述考察点处的剪应力τ；

S6：计算设计剪力作用下的剪应力τ′并与一许用应力τ₀比较；

若τ′≤τ₀，所述考察点处总纵剪切强度合格；

若τ′＞τ₀，修改所述主船体有限元模型，并返回步骤S5。

优选地，所述设计剪力作用下的剪应力τ′根据公式(1)计算获得：

其中，Q_x′表示设计剪力。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明以船体的剪应力与船体剪力是线性关系为基础，抛开实际装载工况下动载荷及非结构重量等诸多复杂因素，在建立主船体有限元模型，在主船体有限元模型中只考虑主船体结构自重及静水载荷，计算获得设计剪力作用下的剪应力，然后通过设计剪力作用下的剪应力τ′并与许用应力τ₀的比较校核总纵剪切强度是否合格，能解决舷侧大开口船舶总纵剪切强度的校核问题，与现有的直接计算方法相比，能大幅减少工作量，提高校核结果的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例的舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法的流程图。

具体实施方式

下面根据附图1，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1，本发明实施例的一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，包括步骤：

S1：在一有限元软件里建立一主船体有限元模型；

S2：在一NAPA软件中定义主船体有限元模型的装载工况；

S3：利用NAPA软件获得主船体有限元模型的吃水值和一考察剖面的剪力Q_x；

船体梁横剖面固有特性一旦确定，其总纵剪应力水平由船体梁所承受的剪力决定，即船体的剪应力与船体剪力是线性关系。本发明以此理论为基础，抛开实际装载工况下动载荷及非结构重量等诸多复杂因素，在有限元分析中只考虑主船体结构自重及静水载荷，当船舶在静水中达到平衡状态时，由于重力与浮力沿船长方向分布不同，会产生垂向剪力，距尾垂线x处剖面的剪力Q_x为：

其中，ω为每单位长度的重力，F为船体水下横剖面面积，x为剖面到尾垂线的距离，ρ为水的密度，g为重力加速度。

S4：对主船体有限元模型施加重力和浮力载荷，并设定边界条件；浮力载荷包括静水浮力，静水浮力的施加范围根据吃水值确定；

S5：设置一考察点并利用主船体有限元模型计算获得考察点处的剪应力τ；

S6：计算设计剪力作用下的剪应力τ′并与一许用应力τ₀比较；

若τ′≤τ₀，考察点处总纵剪切强度合格；

若τ′＞τ₀，修改主船体有限元模型，并返回步骤S5。

其中，设计剪力作用下的剪应力τ′根据公式(1)计算获得：

其中，Q_x′表示设计剪力。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，包括步骤：

S1：在一有限元软件里建立一主船体有限元模型；

S2：在一NAPA软件中定义所述主船体有限元模型的装载工况；

S3：利用所述NAPA软件获得所述主船体有限元模型的吃水值和一考察剖面的剪力Q_x；

S4：对所述主船体有限元模型施加重力和浮力载荷，并设定边界条件；所述浮力载荷包括静水浮力，所述静水浮力的施加范围根据所述吃水值确定；

S5：设置一考察点并利用所述主船体有限元模型计算获得所述考察点处的剪应力τ；

S6：计算设计剪力作用下的剪应力τ′并与一许用应力τ₀比较；

若τ′≤τ₀，所述考察点处总纵剪切强度合格；

若τ′＞τ₀，修改所述主船体有限元模型，并返回步骤S5。

2.根据权利要求1所述的舷侧大开口船舶总纵剪切强度校核方法，其特征在于，所述设计剪力作用下的剪应力τ′根据公式(1)计算获得：

其中，Q_x′表示设计剪力。

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