[发明专利]常规水面舰艇全寿命周期的垂向组合弯矩数据处理方法及系统

说明书

本发明属于船舶工程(船舶船体结构设计与评估)技术领域，公开了一种常规水面舰艇全寿命周期的垂向组合弯矩数据处理方法及系统，明确静水弯矩的统计特征；根据舰艇航行区域海况统计数据，确定舰艇各海况下的短期波浪弯矩；基于波浪弯矩短期预报值进行长期分析，结合舰艇遭遇概率，明确舰艇全寿命周期内波浪弯矩的统计特征；采用蒙特卡洛数值模拟法将所述静水弯矩和所述波浪弯矩按统计分布规律进行拟合，确定全寿命周期内舰艇船体垂向组合弯矩。相较于规范给出的计算方法，本发明可以为设计阶段舰艇船体的设计、在役舰艇船体结构的评估提供精准的载荷效应，能够为舰艇的降航速、调航区服役提供技术支撑，显著提高经济和军事效益。

技术领域

本发明属于船舶工程(船舶船体结构设计与评估)技术领域，尤其涉及一种常规水面舰艇全寿命周期的垂向组合弯矩数据处理方法及系统。

背景技术

目前，船舶组合弯矩的计算是开展船舶结构设计和状态分析的重要内容，相应的计算方法是开展船体安全评估及剩余寿命预测的关键技术。

随着舰艇使用强度的不断增加，船体结构的安全性日益受到重视，而评估船体结构安全性的关键就是要准确地计算船体组合弯矩。由于常规水面舰艇船体瘦削，没有较大开口，船体主要承受垂向弯矩作用。因此，在组合弯矩计算方面更为关注垂向组合弯矩的计算。

常规水面舰艇船体垂向组合弯矩的计算，通常采用军用规范(如，GJB4000-2000《舰艇通用规范》、GJB/Z199-99《水面舰艇结构设计计算方法》)给出的计算方法。这些方法形式通常较为简单，计算结果保守，能够满足舰艇船体结构设计和强度校核的需要。但这些方法不考虑载荷的时变性和随机性，导致其计算结果不能客观地反映组合弯矩真实值，因而在舰艇船体结构技术状态时变性分析、剩余寿命预测等方面存在较大局限性。

在民用船舶领域有一些考虑载荷时变性、随机性的组合弯矩计算方法，如迭加法、Turkstra法、Ferry Borges Castanheta组合法(简称FBC组合法)等。这些方法能在一定程度上反映船舶组合弯矩的客观性，但是由于民用船舶与舰艇在结构形式、装载状态、航行性能及功能属性等方面存有显著差异，这些民船领域中组合弯矩的计算方法并不能适应舰艇组合弯矩的计算。同时，迭加法在计算组合弯矩过程中，没有体现载荷的随机性，这与实际是不符的。Turkstra法实质上属于传统确定性方法到随机统计方法的一个过渡方法。虽然一定程度上克服了迭加法的保守性，但该方法不能有效反映载荷极值同时出现的可能性，进而低估最终响应的极值。而FBC组合法虽然在一定程度上提升了Turkstra法的计算结果的鲁棒性，但是由于波浪弯矩和静水弯矩实质上属于不同的分布形式，所以其结果的准确性难以得到有效保证。

为此，一种能够客观反映舰艇静水弯矩、波浪弯矩时变性和随机性，一定程度贴切常规水面舰艇实际承受的载荷大小的垂向组合弯矩计算方法，在指导现役舰艇降级、调整航区使用方面具有重要的工程实用价值。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)常规水面舰艇船体垂向组合弯矩的计算方法，不考虑载荷的时变性和随机性，导致其计算结果不能客观地反映组合弯矩真实值，因而在舰艇船体结构技术状态时变性分析、剩余寿命预测等方面存在较大局限性。

(2)在民用船舶领域的考虑载荷时变性、随机性的组合弯矩计算方法，由于民用船舶与舰艇在结构形式、装载状态、航行性能及功能属性等方面存有显著差异，这些民船领域中组合弯矩的计算方法不能适应舰艇组合弯矩的计算。

(3)迭加法在计算组合弯矩过程中，没有体现载荷的随机性，与实际不符；Turkstra法不能有效反映载荷极值同时出现的可能性，进而低估最终响应的极值；FBC组合法由于波浪弯矩和静水弯矩实质上属于不同的分布形式，所以其结果的准确性难以得到有效保证。

解决以上问题及缺陷的难度为：