[发明专利]一种纵骨多跨失稳的载荷-端缩曲线确定方法

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载荷‑端缩曲线确定方法，包括：建立了一种考虑板架的整体变形引起的横梁或肋板(以下统称横梁)的侧移的影响，同时承受纵向轴力和侧向压力作用的纵骨多跨失稳的理论模型；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；给出考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的极限载荷计算公式；通过边缘函数和塑性修正后纵骨的多跨失稳的极限载荷得到考虑侧向载荷作用的纵骨多跨失稳的载荷‑端缩曲线公式；上述技术方案可用于拓展现有的船体梁极限载荷计算的Smith方法，确定船体梁极限载荷的“双层底效应”，提高船体梁极限弯矩计算的精度和速度。

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载荷-端缩曲线确定方法。

背景技术

船体梁极限载荷是船体结构抵抗整体崩溃的最大能力，系船体横剖面垂向弯矩—曲率曲线的极值，如图1所示。船体梁极限载荷的确定和评估对保证船舶安全性和设计合理性具有重要意义，是国际船舶结构力学近期的研究热点。自2006年起，国际船级社联盟(InternationalAssociation ofClassification Societies，简称IACS)在的散货船、油船国际共同规范(Common Structural Rules，简称CSR)中明确规定船舶设计必须进行船体梁极限载荷评估。CSR规范规定船体梁极限载荷计算采用简化逐步迭代法，非线性有限元法可作为替代方法。简化逐步迭代法是由Smith(1977)船体梁横剖面被划分为一系列单元，如图2，基于若干假设，并结合平板、加筋板在轴向压缩载荷作用下结构失效问题的研究成果提出的。

Smith法的基础是结构失稳发生在相邻的横框架之间，且将极限载荷简化成纯弯曲的状态，只是一种近似的处理方法。因为船体梁始终承受舷外海水或舱内货物的侧向压力的作用。国际船级社协会已认识到随着船舶大型化，侧向压力对极限载荷的不利影响不能忽略，但苦于无相应的算法，只能在CSR规范中规定了1.25的“双层底效应系数”，即对Smith法的结果折减25％，以计及侧向载荷的作用。

非线性有限元方法是一种计算结构承载能力的有效方法，它能同时考虑船体梁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。所以如何修正Smith方法，提出一种如何考虑侧向载荷作用的船体梁极限载荷计算的理论方法，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载荷-端缩曲线确定方法。

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梁柱屈曲极限载荷计算公式；

步骤S7，通过边缘函数，给出计及侧向压力影响的多跨失稳的纵骨梁柱屈曲载荷-端缩曲线公式。

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：