[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

说明书

本发明公开了一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法，其中，步骤一、建立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函数关系；步骤二、建立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、建立船体的纵荡、垂荡、纵摇三自由度瞬态运动载荷耦合方程；步骤四、每一个时间步上迭代求解船体的三自由度瞬态运动载荷耦合方程；步骤五、建立缓冲装置不工作的船体的三自由度运动载荷耦合方程；步骤六、将有纵向缓冲装置和无纵向缓冲装置的结果进行对比，计算船体和纵向缓冲装置的缓冲效率。本发明考虑了船体三自由度瞬态运动，忽略了系统的特殊状态，具有计算准确性和计算量小的特点。

技术领域

本发明涉及船舶的技术领域，尤其涉及一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法的技术领域。

背景技术

绞吸挖泥船是疏浚工程的两大主力船型之一。承担填海造陆、航道维护、海上油气工程基建、海上矿产开采等重大民生工程项目，对社会经济发展贡献巨大。随着大型化和重型化成为高端绞吸挖泥船的发展方向，定位桩的承载力成为绞吸挖泥船进一步提高作业性能的主要障碍之一。因此，针对这一问题的纵向补偿系统装备应运而生，并得到广泛应用，成为业内关注的热点。这种缓冲系统能够减缓船体运动对定位桩挠度程度的影响，提高定位桩的安全性和作业能力，推动绞吸挖泥船的进一步发展。

然而，装备定位桩的绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动、受力机制非常复杂，是船体、桩体、缓冲系统三者的耦合问题。而这一问题的计算方法和计算结果对缓冲系统的研发、定位桩能力的评估、绞吸挖泥船性能的评价至关重要。目前，适用于绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法还很少，现有计算方法存在着准确性不足、计算量大等缺点。

发明内容

针对上述不足，现设计一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法，为绞吸船的设计、研发提供科学依据。这种方法考虑了船、桩、缓冲系统三者的刚度特性与耦合关系，关注了定位桩的挠曲变形对问题的影响，并考虑了船体纵荡、垂荡、纵摇三自由度瞬态运动耦合，方法具有较好的准确性。计算中不考虑纵向缓冲系统的动态特性，不考虑系统中补油、漏油、限流等特殊状态，而关注于其正常工作状态下的静态响应，能够大大减小计算量，同时反映纵向缓冲系统最主要的特性，对计算精度的影响很小。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种绞吸挖泥船在纵向缓冲作用下的运动载荷计算方法，其中，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所述定位桩的刚度、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；