一种船舶结构疲劳分析研究方法与流程

1.本发明涉及计算机辅助设计领域，尤其涉及一种船舶结构疲劳分析研究方法。


背景技术：

2.船舶在运行过程中会持续受到海浪的波动冲击，从而可以造成船底表面周期性的，大小不确定的外力而产生形变。这将极大地影响船舶的强度，因此需要对船舶结构的疲劳程度进行分析。而现有的分析方法不方便对船舶进行检测。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种船舶结构疲劳分析研究方法，旨在更加方便地对船舶进行检测。
4.为实现上述目的，第一方面，本发明还提供一种船舶结构疲劳分析研究方法，包括：
5.用有限元法对船舶结构进行建模得到船舶网格模型；
6.加载波浪载荷到网格模型上进行载荷分析；
7.基于载荷分析结果对不满足要求的局部结构进行修改。
8.其中，所述用有限元法对船舶结构进行建模得到船舶网格模型之前，所述方法还包括：计算得出船舶结构的应力范围。
9.其中，所述用有限元法对船舶结构进行建模得到船舶网格模型的具体方式是：机舱、机舱棚以及居住区域采用细网格建模，其他区域采用大网格建模。
10.其中，所述加载波浪载荷到网格模型上进行载荷分析的具体步骤是：
11.选取覆盖浮式海洋结构物的响应峰值的若干周期和若干浪向的组合为单位波幅的规则波，并使用水动力湿表面模型及质量模型计算浮式海洋结构物在若干单位波幅的规则波作用下的波浪载荷；
12.基于波浪载荷计算长期概率密度函数
13.基于长期概率密度函数计算结构应力长期统计值。
14.第二方面，本发明提供了一种船舶结构，包括支撑组件和加强组件，所述支撑组件包括主龙骨、外壳和多个第一龙骨，所述主龙骨与所述外壳固定连接，并位于所述外壳中部，多个所述第一龙骨与所述外壳固定连接，并对称分布在所述主龙骨的两侧，所述加强组件包括多个横向加强板、稳定座、减震器和甲板，多个所述横向加强板与所述主龙骨和多个所述第一龙骨固定，并位于所述外壳内，所述稳定座设置在所述横向加强板的一侧，所述减震器设置在所述横向加强板上，所述甲板设置在所述减震器上。
15.其中，所述减震器包括减震杆和减振弹簧，所述减震杆与所述横向加强板固定连接，并与所述甲板滑动连接，所述减振弹簧设置在所述横向加强板和所述甲板之间。
16.其中，所述减震器还包括调节环，所述调节环螺纹设置在所述减振弹簧的一侧。
17.本发明的一种船舶结构疲劳分析研究方法，包括用有限元法对船舶结构进行建模
得到船舶网格模型；加载波浪载荷到网格模型上进行载荷分析；基于载荷分析结果对不满足要求的局部结构进行修改。采用有限元的方式建立了质量模型可以更好地对船舶进行分析，然后加载波浪载荷对船舶的各个部分的疲劳程度进行评估，最后基于评估的结果可以对不满足要求的区域进行修改，从而可以方便地提高船舶的抗疲劳程度，提高船舶的使用寿命。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明的一种船舶结构疲劳分析研究方法的流程图；
20.图2是本发明的加载波浪载荷到网格模型上进行载荷分析的流程图；
21.图3是本发明的基于载荷分析结果对不满足要求的局部结构进行修改的流程图；
22.图4是本发明的一种船舶结构图；
23.图5是图4的局部剖面图；
24.图6是本发明的一种船舶结构的剖面示意图。
25.1-支撑组件、2-加强组件、11-主龙骨、12-外壳、13-第一龙骨、21-横向加强板、22-稳定座、23-减震器、24-甲板、221-座体、222-调节块、223-调节螺杆、231-减震杆、232-减振弹簧、233-调节环。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.第一方面，请参阅图1～图3，本发明还提供一种船舶结构疲劳分析研究方法，包括：
29.s101计算得出船舶结构的应力范围；
30.根据船舶结构所用的材料以及安全系数，可以得到材料能够承受的疲劳值应力范围。
31.s102用有限元法对船舶结构进行建模得到船舶网格模型；
32.具体方式是：发动机舱以及居住区域采用细网格建模，其他区域采用大网格建模。为了减小计算量，本发明针对性地对动力系统所在的发动机舱和有人居住的居住区域进行更加细致的建模，使得可以计算更加准确，保护核心区域的安全。
33.s103加载波浪载荷到网格模型上进行载荷分析；
34.具体步骤是：
35.s201选取船舶结构的响应峰值的若干周期和若干浪向的组合为单位波幅的规则波，并使用水动力湿表面模型及质量模型计算船舶结构在若干单位波幅的规则波作用下的波浪载荷；
36.s202基于波浪载荷计算长期概率密度函数；
37.通过将结构应力传递函数与海浪谱叠加组合，并得出结构应力的短期响应，选取劳曼谱、p-m谱、issc谱、勃氏谱、光易型谱、规范谱以及jonswap谱中与实际海域海情最为接近海浪谱，计算出各种波谱的特征参数。结合作业海域的环境条件，将作业海域波浪谱结合结构应力响应传递函数，计算得到相应的结构应力能量谱。对结构应力能量谱进行积分，计算得到短期海况第n阶谱矩。结合符合短期海况的rayleigh分布，按rayleigh分布规律计算得到短期概率密度函数分布形式；计算波浪散布图；根据水文资料，以波浪出现的次数计算作业海域中波浪浪向出现的概率，确定不同地理位置的不同海域中波浪的浪向，根据得到的短期概率密度函数，对一系列短期平稳随机过程的组合进行处理，将若干短期概率密度函数以其出现概率为权与其相乘后的和求得长期概率密度函数。
38.s203基于长期概率密度函数计算结构应力长期统计值。
39.结合给定的设计超越概率，采用二参数的weibull分布来拟合船体运动和载荷的长期响应分布，进而计算出其超越概率水平,从而获得指定超越概率水平的结构应力响应的长期统计值。
40.s104基于载荷分析结果对不满足要求的局部结构进行修改。
41.具体步骤是：
42.s301确定船舶结构疲劳异常区域；
43.通过上述方法可以得到疲劳异常区域。
44.s302对异常区域结构进行调整并提取局部模型；
45.可以直接移动船舶上的可调节组件，比如稳定座22和调节环233对船舶结构进行调整，或者直接在相应区域焊接结构进行加强，以提高抗疲劳能力，从而可以得到局部结构。
46.s303对局部模型进行检测。
47.为了降低计算量，可以先对局部模型添加约束后进行检测，以初步确定当前形式的结构调整是否有效，如果无效则重新调整，直至可以通过局部模型的有限元分析检测，然后再次放置在船舶整体进行检测。
48.本发明的一种船舶结构疲劳分析研究方法，包括用有限元法对船舶结构进行建模得到船舶网格模型；加载波浪载荷到网格模型上进行载荷分析；基于载荷分析结果对不满足要求的局部结构进行修改。采用有限元的方式建立了质量模型可以更好地对船舶进行分析，然后加载波浪载荷对船舶的各个部分的疲劳程度进行评估，最后基于评估的结果可以对不满足要求的区域进行修改，从而可以方便地提高船舶的抗疲劳程度，提高船舶的使用寿命。
49.请参阅图4～图6，第二方面，本发明提供了一种船舶结构，包括支撑组件1和加强组件2，所述支撑组件1包括主龙骨11、外壳12和多个第一龙骨13，所述主龙骨11与所述外壳
12固定连接，并位于所述外壳12中部，多个所述第一龙骨13与所述外壳12固定连接，并对称分布在所述主龙骨11的两侧，所述加强组件2包括多个横向加强板21、稳定座22、减震器23和甲板24，多个所述横向加强板21与所述主龙骨11和多个所述第一龙骨13固定，并位于所述外壳12内，所述稳定座22设置在所述横向加强板21的一侧，所述减震器23设置在所述横向加强板21上，所述甲板24设置在所述减震器23上。
50.在本实施方式中，通过所述主龙骨11和所述第一龙骨13对所述外壳12进行支撑，所述横向加强板21用于加强所述外壳12的强度，通过所述稳定座22对所述横向加强板21进行支撑，使得放置更加稳定，在所述甲板24和所述横向加强板21之间设置有所述减震器23，使得外壳12在受到水浪冲击时可以通过所述减震器23减小冲击，降低甲板24对外壳12的影响，从而可以更加地好的抵抗波浪的影响，提高抗疲劳的强度。
51.进一步的，所述减震器23包括减震杆231和减振弹簧232，所述减震杆231与所述横向加强板21固定连接，并与所述甲板24滑动连接，所述减振弹簧232设置在所述横向加强板21和所述甲板24之间。
52.在本实施方式中，通过所述减震杆231进行限位，防止甲板在减振过程中倾斜以保持稳定，所述减振弹簧232起到减振的作用，另外还可以设置液压缸对弹簧的弹性势能进行吸收以提高减振效果。
53.进一步的，所述减震器23还包括调节环233，所述调节环233螺纹设置在所述减振弹簧232的一侧。
54.在本实施方式中，通过转动所述调节环233可以调整所述减振弹簧232的刚度，使得更加方便对结构的强度进行调整。
55.进一步的，所述稳定座22包括座体221、调节块222和调节螺杆223，所述调节块222与所述座体221滑动连接，并位于所述座体221的一侧，所述调节螺杆223与所述座体221转动连接，并与所述调节块222螺纹连接。
56.在本实施方式中，在结构的检测，比如抗疲劳分析中会发现有些局部区域的抗疲劳效果达不到预期，如果在所述稳定座22附近时，则可以通过转动所述调节螺杆223滑动调整所述调节块222，使得可以增加或者减小对外壳12的支撑面积，从而可以方便对外壳12进行调整，在检测合格后就可以将稳定座22的结构焊死固定以进一步提高强度。
57.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。