CN114036644B - 一种甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，所述甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法包括：S1)建立带板梁力学模型，计算带板梁的一次变形δ 1，S2）建立板格板条梁力学模型，计算板条梁的二次变形δ 2，S3）计算板格的最大总变形值δ，具有提高稳定性，降低建造成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及船舶结构分析技术领域，尤其涉及一种甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法。
背景技术
传统的船舶板架设计都是基于带板理论将板作为梁的组成部分开展设计的，且一般设计规范仅对结构强度评估提出了要求，对板架的变形很少有要求。基于该理论，可以计算求出带板梁的变形，称之为板格的一次变形（以下称“一次变形”），但是带板梁的变形计算求出的是梁横截面整体的变形值，整个截面是一刚性整体，无法考虑截面的局部变形，因此，设计计算中会直接忽略带板梁之间板本身的变形，对于这部分板本身的变形，称之为板格的二次变形（以下称“二次变形”）。货船甲板板厚较厚，且对甲板的变形要求较低，而邮轮甲板板厚较低，对甲板的变形要求较高，以满足美观的要求，因此，这部分二次变形不可忽略。目前针对这个二次变形的计算，尚无人推导相关的理论计算公式，要么直接忽略，要么多采用有限元方法来计算，花费时间成本较大。对于邮轮甲板结构来说，甲板的变形会影响对甲板敷料铺设材料影响巨大，如果变形控制不利，会造成敷料增厚，最终导致重量超标，稳性失效。
因此有必要针对这一问题，提出一种甲板和薄板板格结构最大变形的计算方法，以此预估甲板变形与敷料铺设重量，最终减少甲板变形，提高稳性，降低建造成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，目前针对这个二次变形的计算，尚无人推导相关的理论计算公式，要么直接忽略，要么多采用有限元方法来计算，花费时间成本较大。对于邮轮甲板结构来说，甲板的变形会影响对甲板敷料铺设材料影响巨大，如果变形控制不利，会造成敷料增厚，最终导致重量超标，稳性失效，所以提供一种甲板或薄板板格结构最大变形的计算方法，所述甲板或薄板板格结构最大变形的计算方法包括：
S1）建立带板梁力学模型，计算带板梁的一次变形δ 1，其中包括：
计算带板的宽带b 1；
计算带板梁的惯性矩I；
计算带板梁的跨距a；
对带板梁两端施加边界条件；
计算带板梁的设计载荷q 1；
得到甲板板格带板梁的梁系理论模型，得到弯曲挠曲线方程；
求解带板梁的变形，且带板梁中心为最大变形点δ 1，并定义为板格的一次变形，计算如下：
（1）
式中，甲板厚度为t，弹性模量为E。
S2）建立板格板条梁力学模型，计算板条梁的二次变形δ 2，其中包括：
计算带板梁的跨距b；
计算带板梁的惯性矩I 1；
计算带板梁的筒形刚度D，计算如下；
（2）
对带板梁施加边界条件；
计算带板梁的设计载荷q 2；
计算板条梁因弯曲拉长产生的中面力T与弯曲微分方程的关系，满足如下；
（3）
（4）
式中，u为关于中面力的函数；
得到甲板板格板条梁的复杂弯曲梁系理论模型，如下，
（5）
求解板条梁的变形，且板条梁中心为最大变形点δ 2，并定义为板格的二次变形；
（6）
S3）计算板格的最大总变形值δ；
（7）
式中，（8）。
进一步地，所述S1）中所述的带板梁两端的边界条件均为固定支撑。
进一步地，所述S2）中所述的带板梁两端的边界条件均为固定支撑。
进一步地，所述S1）中，所述甲板的设计载荷为均布载荷。
进一步地，所述S2）中，所述甲板的设计载荷为均布载荷。
进一步地，所述S2）中带板梁的跨距为板格的间距。
进一步地，所述求解板条梁的变形包括：
利用复杂梁弯曲理论模型，在符合小变形假设的情况下，求解板条梁的变形。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明带板原理与梁系理论计算板格的一次变形，然后基于均布载荷板受中面力影响下的弯曲理论，计算了板格的二次变形，最终利用叠加原理，将一次变形与二次变形进行了线性叠加，得到了板格的最大变形。本发明能精确且快速计算甲板板格的最大变形，为甲板的变形控制设计与甲板敷料铺设提供参考依据，降低后期施工中对变形控制的矫正工作，减少邮轮的建造成本。
附图说明
图1是本发明的计算理论模型图；
图2 是本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅说明书附图1-2，本实施例中所要解决的技术问题在于，目前针对这个二次变形的计算，尚无人推导相关的理论计算公式，要么直接忽略，要么多采用有限元方法来计算，花费时间成本较大。对于邮轮甲板结构来说，甲板的变形会影响对甲板敷料铺设材料影响巨大，如果变形控制不利，会造成敷料增厚，最终导致重量超标，稳性失效，所以提供一种甲板或薄板板格结构最大变形的计算方法，所述甲板或薄板板格结构最大变形的计算方法包括：
本计算方法采用准静态的方式模拟动态拉移过程，包括如下步骤：
S1）提炼带板梁力学模型，计算带板梁的一次变形δ 1；
包括：计算带板的宽带b 1；
计算带板梁的惯性矩I；
计算带板梁的跨距a；
对带板梁施加边界条件，边界条件为固支；
计算带板梁的设计载荷q 1，甲板设计载荷为均布载荷；
提炼得到甲板板格带板梁的梁系理论模型，得到弯曲挠曲线方程；
求解带板梁的变形，且带板梁中心为最大变形点δ 1，并定义为板格的一次变形，计算如下：
（1）
式中，甲板厚度为t，弹性模量为E。
S2）提炼板格板条梁力学模型，计算板条梁的二次变形；
包括：计算带板梁的跨距b；
计算带板梁的惯性矩I 1；
计算带板梁的筒形刚度D，计算如下；
（2）
对带板梁施加边界条件，边界条件为固支；
计算带板梁的设计载荷q 2，甲板设计载荷为均布载荷；
计算板条梁因弯曲拉长产生的中面力T与弯曲微分方程的关系，满足如下；
（3）
（4）
式中，u为关于中面力的函数；
提炼得到甲板板格板条梁的复杂弯曲梁系理论模型，如下：
（5）
利用公式（3）~公式（5），得到公式（6），以此，求解板条梁的变形，且板条梁中心为最大变形点δ 2，并定义为板格的二次变形，
（6）。
其中，板条梁需考虑因弯曲产生的中面力T的影响，中面力的影响与所分析板格的板的尺寸、载荷、材料有关。
S3）计算板格的最大总变形值δ；
（7）
式中，（8）。
其中，本式运用的变形相加符合叠加原理。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，包括：
S1）建立带板梁力学模型，计算带板梁的一次变形δ 1，其中包括：
计算带板的宽带b 1；
计算带板梁的惯性矩I；
计算带板梁的跨距a；
对带板梁两端施加边界条件；
计算带板梁的设计载荷q 1；
得到甲板板格带板梁的梁系理论模型，得到弯曲挠曲线方程；
求解带板梁的变形，且带板梁中心为最大变形点δ 1，并定义为板格的一次变形，计算如下：
（1）
式中，甲板厚度为t，弹性模量为E；
S2）建立板格板条梁力学模型，计算板条梁的二次变形δ 2，其中包括：
计算带板梁的跨距b；
计算带板梁的惯性矩I 1；
计算带板梁的筒形刚度D，计算如下；
（2）
对带板梁施加边界条件；
计算带板梁的设计载荷q 2；
计算板条梁因弯曲拉长产生的中面力T与弯曲微分方程的关系，满足如下；
（3）
（4）
式中，u为关于中面力的函数；
得到甲板板格板条梁的复杂弯曲梁系理论模型，如下：
（5）
求解板条梁的变形，且板条梁中心为最大变形点δ 2，并定义为板格的二次变形，
（6）
S3）计算板格的最大总变形值δ；
（7）
式中，（8）。
2.根据权利要求1所述的甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，所述S1）中所述的带板梁两端的边界条件均为固定支撑。
3.根据权利要求1所述的甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，所述S2）中所述的带板梁两端的边界条件均为固定支撑。
4.根据权利要求1所述的甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，所述S1）中，所述甲板的设计载荷为均布载荷。
5.根据权利要求1所述的甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，所述S2）中，所述甲板的设计载荷为均布载荷。
6.根据权利要求1所述的甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，所述S2）中带板梁的跨距为板格的间距。
7.根据权利要求1所述的甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法，其特征在于，所述求解板条梁的变形包括：
利用复杂梁弯曲理论模型，在符合小变形假设的情况下，求解板条梁的变形。
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|---|---|---|---|
| CN202111338002.8A CN114036644B (zh) | 2021-11-12 | 一种甲板和薄板板格结构最大形变的计算方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN114036644A CN114036644A (zh) | 2022-02-11 |
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ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112326453A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置 |
| CN112329146A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-05 | 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 | 一种基于甲板塑性变形关系下多轮印载荷与满铺载荷等效方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112326453A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置 |
| CN112329146A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-05 | 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 | 一种基于甲板塑性变形关系下多轮印载荷与满铺载荷等效方法 |
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