[发明专利]一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法

权利要求书

1.一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据绞吸挖泥船所采用的纵向缓冲装置的性能参数和结构形式，以正常工作状态下的静平衡条件计算所述纵向缓冲装置的补偿力、补偿位移、补偿弯矩与纵向补偿转角的函数关系；

步骤二、根据所述绞吸挖泥船所装备的定位桩的刚度、截面形状、惯性矩、约束条件和所受外力；

所述定位桩抽取若干数量的离散计算点，以纯弯曲杆件的挠曲微分方程建立所述定位桩在每个计算点处的挠曲函数计算式、转角函数计算式和弯矩计算式；

步骤三、考虑所述绞吸挖泥船的船体为一刚性物体，建立所述船体的纵荡、垂荡、纵摇三自由度瞬态运动载荷耦合方程，方程中的外载荷项包括瞬时环境力和瞬时定位桩反力；

步骤四、每一个时间步上迭代求解所述船体的三自由度瞬态运动载荷耦合方程，随时间步的递推形成时间序列形式的计算结果；所述结果的变量包括：每一个时间步上船体在纵荡、纵摇、垂荡自由度上的运动幅值、速度、加速度；每一个时间步上所述定位桩在计算点处的挠度、转角、弯矩值；每一个时间步上所述纵向缓冲装置的补偿转角、补偿位移、补偿力、补偿弯矩；

步骤五、考虑所述纵向缓冲装置不工作而环境条件、船体条件、所述定位桩的条件不变的情况，再次求解所述船体的三自由度运动载荷耦合方程；得到无所述纵向缓冲装置时每一个时间步上所述船体在纵荡、纵摇、垂荡自由度上的运动幅值、速度、加速度；以及每一个时间步上所述定位桩在计算点处的挠度、转角和弯矩值；

步骤六、将有所述纵向缓冲装置和无所述纵向缓冲装置的结果进行对比，计算所述船体的运动的变化量、所述定位桩的受力变化量、所述定位桩的挠曲变化量和所述纵向缓冲装置的缓冲效率。

2.根据权利要求1所述一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法，其特征在于，所述定位桩的所述挠曲函数计算式的一般形式为：

其中v(l)为所述定位桩在距离原点l处的挠度,v₀、θ₀、M₀、N₀为原点处的挠度、转角、弯矩、集中力，F_i为第i个施加在所述定位桩上的集中外力，M_j表示第j个施加在所述定位桩上的弯矩外力，E为所述定位桩的弹性模量，I为所述定位桩的截面惯性矩，||l_i表示此项仅在ll_i时纳入计算。

3.根据权利要求1所述一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法，其特征在于，所述船体的三自由度瞬态运动载荷耦合方程的形式为：

并且需要考虑纵向缓冲装置的瞬时响应对定位桩瞬时反力的作用；其中

为m₀船体质量，m_ij(i,j＝1,3,5)为船体附加质量系数，n_ij(i,j＝1,3,5)为船体阻尼系数,c_ij(i,j＝1,3,5)为船体回复力系数，x_t为t时刻船x_t体的纵荡加速度、速度、位移,z_t为t时刻船体的垂荡加速度、速度、位移，θ_t为t时刻船体的纵摇加速度、速度、位移，F_x,wave(t)、F_z,wave(t)、M_xz,wave(t)为t时刻船体受到的纵荡、垂荡、纵摇自由度上的环境外力，F_spud(t)、M_spud(t)为t时刻定位桩对船体作用的反力及反弯矩。