一种船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法与流程

本发明涉及船舶结构工程的技术领域，尤其涉及一种冲击动弯矩确定方法。

背景技术：

对于舰船，其生命力水平的评估是首先需要考虑和解决的问题，特别是水下非接触爆炸，大量文献表明水下非接触爆炸所产生的冲击波载荷与气泡脉动载荷将会对舰船造成总体破坏，而舰船强度作为多年来水面舰船生命力技术中的重要考核指标，特别是船体总纵强度，在保证船舶结构的安全性上是最基本和最重要的强度。

水下非接触爆炸对舰船的作用主要包括冲击波载荷和气泡脉动载荷，冲击波载荷峰值大但作用脉宽极小，会对结构产生局部破坏；气泡脉动载荷峰值相对较低但作用脉宽大，当脉动频率与舰船固有频率接近时，此时由水下爆炸激起的冲击动弯矩会对舰船产生总体破坏。因此，对处于水面舰船而言，在校核其总纵强度时，其外力的计算不但要考虑传统校核方法中的波浪弯矩和静水弯矩，还要计及水下武器爆炸冲击波载荷及气泡脉动载荷所引起的冲击动弯矩。

目前，国内外规范就大尺度舰船针对爆炸冲击弯矩未给出具体要求，而作为水面舰船必须具有抵御一定程度的爆炸攻击而不发生毁灭性的总纵强度破坏的能力，才能保障作战使命的顺利完成，所以如何给出爆炸冲击动弯矩至关重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法。

一种船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，包括：

步骤s1：根据船体各站剖面的惯性矩将所述船体简化为一船体梁模型，并将所述船体的重量以及所述船体的附连水质量等效至所述船体梁模型上；

步骤s2：以自由场中的压力载荷为基础，利用所述船体的外壳的各单元的几何坐标求出作用在所述外壳的每站上的激励力，作为所述船体梁模型计算的输入载荷；

步骤s3：根据所述船体的水线面计算出所述船体因吃水改变产生的浮力，并将所述浮力简化为弹簧模型，模拟船体浮态带来的影响；

步骤s4：将所述输入载荷和所述弹簧模型加载至所述船体梁模型，得到船体梁数值模型；

步骤s5：利用有限元软件求出所述船体梁数值模型在所述输入载荷的作用下的加速度及位移响应；

步骤s6：根据达朗贝尔原理，综合考虑所述船体的激励力、惯性力以及弹簧力的作用，求解出各校核剖面的冲击动弯矩。

上述的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，在所述步骤s6中，所述冲击动弯矩的计算公式为：

其中，mde为所述冲击动弯矩；

i＝1表示从第一个站号开始累计对校核剖面产生的冲击动弯矩；

n＝5,10,14表示对校核剖面弯矩累计的截止站号；

p为各站号的激励力载荷输入项；

a为船体各站的加速度项；

k为各站因吃水改变产生的浮力变化项；

l为各站距计算剖面的力臂；

x为吃水变化项。

上述的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，所述浮力变化项与所述弹簧模型的刚度相对应。

上述的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，所述吃水变化项与所述弹簧模型的变形相对应。

上述的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，在所述步骤s1中，根据全船重量分布曲线，计算出各站船体的重量，并与各站船体的所述附连水质量相叠加，以质量点的形式等效至所述船体梁模型上。

上述的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，在所述步骤s2中，根据与入射波的几何关系并计及流固耦合作用，计算出所述船体的外壳的各单元所受的垂向激励力。

上述的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，其中，在所述步骤s2中，对各站内的每一单元所受的垂向激励力进行积分，得到整个站内所述外壳遭受的垂向激励力的时历曲线，作为所述船体梁模型计算的输入载荷。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明提出了一种船体梁爆炸冲击动弯矩的确定方法。

(2)本发明为大型水面舰船计算爆炸冲击动弯矩提供了可靠的技术支持。

附图说明

图1是本发明的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法的计算原理示意图。

图2是本发明的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法的流程图。

图3是本发明的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法的有限元模型图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是本发明的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法的计算原理示意图，图2是本发明的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法的流程图，图3是本发明的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法的有限元模型图，请参见图1至图3所示，示出了一种较佳实施例的船体梁爆炸冲击动弯矩确定方法，包括：

步骤s1：根据船体各站剖面的惯性矩将船体简化为一船体梁模型，并将船体的重量以及船体的附连水质量等效至船体梁模型上，确保计算模型的有效性，建立起如图3所示的有限元模型；

步骤s2：以自由场中的压力载荷为基础，利用船体的外壳的各单元的几何坐标求出作用在外壳的每站上的激励力，作为船体梁模型计算的输入载荷；

步骤s3：根据船体的水线面计算出船体因吃水改变产生的浮力，并将浮力简化为弹簧模型，模拟船体浮态带来的影响；

步骤s4：将输入载荷和弹簧模型加载至船体梁模型，得到如图1所示的船体梁数值模型；

步骤s5：利用有限元软件abaqus求出船体梁数值模型在输入载荷的作用下的加速度及位移响应；

步骤s6：根据达朗贝尔原理，综合考虑船体的激励力、惯性力以及弹簧力的作用，求解出各校核剖面的冲击动弯矩。

此外，作为一种较佳的实施例，在步骤s6中，冲击动弯矩的计算公式为：

其中，mde为冲击动弯矩；

i＝1表示从第一个站号开始累计对校核剖面产生的冲击动弯矩；

n＝5,10,14表示对校核剖面弯矩累计的截止站号；

p为各站号的激励力载荷输入项；

a为船体各站的加速度项；

k为各站因吃水改变产生的浮力变化项；

l为各站距计算剖面的力臂；

x为吃水变化项。

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。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，请继续参见图1至图3所示，浮力变化项k与弹簧模型的刚度相对应。

本发明的进一步实施例中，吃水变化项x与弹簧模型的变形相对应。

本发明的进一步实施例中，在步骤s1中，根据全船重量分布曲线，计算出各站船体的重量，并与各站船体的附连水质量相叠加，以质量点的形式等效至船体梁模型上。

本发明的进一步实施例中，在步骤s2中，根据与入射波的几何关系并计及流固耦合作用，计算出船体的外壳的各单元所受的垂向激励力。

本发明的进一步实施例中，具体地，由于在水下爆炸作用下船体外壳与流场中的水产生显著的流固耦合作用，船体湿表面的附连水效应会大大影响船体的响应，为保证简化模型的有效性，需在计算中计入附连水质量，保证船体梁模型的刚度、重量等分布与原船设计近似相等，保证船体梁模型的正确性。

本发明的进一步实施例中，在步骤s2中，对各站内的每一单元所受的垂向激励力进行积分，得到整个站内外壳遭受的垂向激励力的时历曲线，作为船体梁模型计算的输入载荷，此后则可进行船体梁模型的受力分析。

本发明的进一步实施例中，在步骤s3中，具体地，舰船在遭受水下非接触爆炸载荷作用产生响应时，船体垂向吃水会产生改变，船体的这种浮力的变化会引起船体弯矩改变，这种变化也应计入船体剖面弯矩计算；采用弹簧等效的方法来模拟自由液面的变化导致的船体浮力变化，以弹簧刚度值来代替每站单位吃水的浮力变化。

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。