[发明专利]一种船舶尾部节能导管极限工况下屈服强度评估方法

说明书

本发明公开了一种船舶尾部节能导管极限工况下屈服强度评估方法，包括计算船舶的尾部的结构外板在极限工况下发生纵摇时受到的砰击载荷；计算在转舵操作时横向来流对尾部节能导管的侧向推力载荷；判断尾部节能导管的机翼形剖面的几何外形是否合理并对机翼形剖面的几何外形进行修改；建立尾部节能导管的有限元模型；将砰击载荷和侧向推力载荷分别施加于有限元模型，通过有限元分析得到尾部节能导管在砰击载荷和/或侧向推力载荷作用下的应力响应。本发明通过对节能导管机翼形剖面外形的合理性进行初步评估，可以提前预判节能导管可能存在的结构刚度问题，避免因外形尺度不合理而在后续有限元计算中出现板厚要求过大的情况。

技术领域

本发明涉及船舶尾部节能导管的技术领域，尤其涉及一种船舶尾部节能导管极限工况下屈服强度评估方法。

背景技术

随着船舶大型化的发展和节能环保要求的日益提高，越来越多的船舶在尾部设置节能导管，通过改变尾部流场，以提高或改善螺旋桨的推进效率。

船舶节能导管为圆筒形的薄壁加筋结构，分单侧导管、双侧导管两种主要形式。节能导管通常位于水面以下，承受复杂的外部环境载荷，特别是当船舶在极限工况下如遭遇恶劣海况发生纵摇时会受到较大的尾部砰击载荷，以及转舵操作时受横向来流作用下的侧向推力载荷，具有一定的受损风险。目前国内外船级社尚未有针对此类节能导管的结构强度评估标准和指南。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船舶尾部节能导管极限工况下屈服强度评估方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种船舶尾部节能导管极限工况下屈服强度评估方法，其中，包括：

步骤S1：根据Ochi-Motter砰击载荷估算公式计算所述船舶的尾部的结构外板在极限工况下发生纵摇时受到的砰击载荷；

步骤S2：根据乔塞尔公式计算在转舵操作时横向来流对所述尾部节能导管的侧向推力载荷；

步骤S3：根据所述尾部节能导管的简化模型推导得到的所述尾部节能导管的机翼形剖面的几何外形评估公式，根据所述几何外形评估公式判断所述尾部节能导管的机翼形剖面的几何外形是否合理，若是则执行步骤S5，若否则执行步骤S4；

步骤S4：对所述尾部节能导管的机翼形剖面的几何外形进行修改，并返回所述步骤S3；

步骤S5：建立所述尾部节能导管的有限元模型；

步骤S6：将所述砰击载荷和所述侧向推力载荷分别施加于所述尾部节能导管的有限元模型，通过有限元分析得到所述尾部节能导管在所述砰击载荷和/或所述侧向推力载荷作用下的应力响应。

上述的船舶尾部节能导管在极限工况下的屈服强度评估方法，其中，还包括：

步骤S7：分析所述应力相应，通过调整所述尾部节能导管的构件尺寸进行迭代计算，使所述尾部节能导管满足结构材料的屈服强度要求。

上述的船舶尾部节能导管在极限工况下的屈服强度评估方法，其中，在所述步骤S1中，所述Ochi-Motter砰击载荷估算公式为：

kN/m²；

其中，k_sl为形状系数，V_bs为砰击速度。

上述的船舶尾部节能导管在极限工况下的屈服强度评估方法，其中，在所述步骤S2中，所述乔塞尔公式为：

其中，v为来流速度，α为与来流最大夹角。