[发明专利]考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的极限载荷确定方法

说明书

本发明涉及船舶结构设计领域，提出了考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的极限载荷确定方法，包括：将板架的整体变形引起的横梁或肋板(以下统称横梁)的侧移作为一种初始缺陷，引入到单跨纵骨曲屈的计算模型之中，建立了一种同时承受纵向轴力和侧向压力作用的纵骨多跨失稳的极限载荷的计算模型；通过求解微分方程，获得由于横梁侧移导致的纵骨附加偏心；给出考虑侧向压力作用的纵骨多跨失稳的极限载荷计算公式；上述技术方案可用于揭示侧向载荷作用下船体纵骨梁柱多跨失稳的极限载荷的影响规律，指导板架极限载荷的设计。

技术领域

本发明涉及船舶结构设计领域，尤其涉及一种考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的极限载荷确定方法。

背景技术

加筋板是组成船舶结构的最基本结构单元，是船体梁极限载荷分析的基础。现今，业界采用的加筋板的极限载荷计算方法主要有理论法和有限元法，其中理论方法假设“结构破坏是发生在相邻的横向主要支撑构件之间”，计算模型都是建立在单跨纵骨之上，要么不考虑侧向载荷的影响，要么虽然对侧向载荷有所考虑，但仅计及单跨纵骨的变形，未能计及板架整体变形对极限载荷的影响，也就是说，未能考虑侧向压力导致的纵骨多跨失稳现象，因此，不能有效地考虑侧向载荷对加筋板极限载荷的影响。非线性有限元方法是一种计算结构承载能力的有效方法，它能同时考虑加筋板的几何和材料非线性，有望获得较准确的结果。但对计算机硬件、软件操作人员的要求较高，且需花费大量的建模和计算时间。

鉴此，提出一种计及板架整体变形，有效地考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的极限载荷确定方法，已成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的极限载荷确定方法。所述确定方法包括：

步骤S1，建立侧向载荷作用下板架侧向位移的计算模型；

步骤S2，将横梁作为纵骨的弹性支座，按《船舶结构力学》的简单板架理论，计算板架在侧向载荷作用下的变形，从而确定纵骨支座的侧移；

步骤S2，推导横梁侧移导致的纵骨附加弯矩公式；

步骤S3，将侧向载荷作用下的板架的整体变形作为缺陷引入到单跨梁柱失稳计算模型之中，建立一种考虑侧向载荷作用的多跨失稳的纵骨极限载荷的计算模型；

步骤S5，通过求解微分方程，获得由于横梁侧移导致的纵骨附加偏心；

步骤S6，在单跨模型引入侧移导致纵骨附加偏心Δ，通过定义纵骨截面边缘纤维达到屈服，并计及一定的截面的塑性发展修正，给出考虑侧向压力作用的纵骨多跨失稳的梁柱屈曲极限载荷计算公式。

上述确定方法的步骤S2中，根据下述公式得到所述横梁的支撑刚度：

其中，E为所述横梁的弹性模量，I为所述横梁的截面惯性矩，b为所述纵骨的间距，B为所述横梁的跨距，μ为所述横梁两端弹性固定程度的参数，K为所述支撑刚度。

上述确定方法的步骤S2中，根据下述公式处理得到所述横梁的最大变形量：

其中，F为所述板格受到的侧向压力，K为所述横梁的支撑刚度，e₀为所述横梁的最大变形。

上述确定方法的步骤S3中，根据下述公式处理得到所述支座侧移导致的纵骨两端的附加弯矩：

M＝Pe₀

其中，P为作用在所述纵骨上的轴压力，e₀为所述纵骨支座的最大形变量，M为述支座侧移导致的纵骨两端的附加弯矩。

上述确定方法的步骤S5中，根据下述公式求得到所述纵骨由于支座偏心导致的纵骨附加偏心：