一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法

摘要

本发明提供了一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，属于船舶结构工程的技术领域。该方法包括以下几个步骤，第一步，建立甲板纵骨梁柱失稳力学模型，第二步，建立悬臂横梁动力学方程，确定最低阶频率计算公式；第三步，建立悬臂横梁固定端扭转刚度计算模型，并确定扭转刚度；第四步，确定悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度；第五步，确定悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲载荷；第六步，悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷；第七步，结合船体梁剩余强度影响因素，指导船舶结构设计；本发明提供快速确定大范围碰撞破损，甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，揭示大范围破损后甲板板架极限强度影响规律，指导船体梁剩余强度设计。

主权项

一种悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲临界载荷的确定方法，包括以下几个步骤：第一步，建立船体大范围碰撞破损后甲板纵骨梁柱失稳的力学模型；当船舶发生严重碰撞后，船体舷侧出现大范围破损，舷侧破损的长度范围在四个强框架以上，舷侧板架对甲板横梁的支撑消失，横梁的变形大于完整状态下两端支撑的横梁的变形，结合横梁的变形情况以及板架的受力特点，将甲板板架简化为三边支持，一边自由的板架；并且可将破损范围内的甲板横梁简化成一端弹性固定、另一端自由的悬臂梁，将破损范围内甲板纵骨屈曲问题转化为由弹性固定的悬臂横梁支撑的多跨失稳问题，建立大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳的计算模型；第二步，建立弹性固定的悬臂横梁的动力学方程，分析确定悬臂横梁的最低阶频率的计算公式；根据建立的大范围碰撞后甲板纵骨梁柱失稳的计算模型，列出弹性固定的悬臂横梁的动力学方程，通过求解该方程获得弹性悬臂横梁的最低阶频率，再进行级数展开和简化，获得其最低阶频率的计算公式；第三步，建立悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度计算模型，确定悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度；(1)针对船体上悬臂横梁的根部结构一般为船体侧壁或纵桁，将悬臂横梁的固定端结构简化为两端固支的等值薄壁梁，并根据薄壁梁的特性建立悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度的计算模型；(2)根据建立的悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度的计算模型，并依据薄壁杆件扭转约束问题的扭转角与复杂弯曲挠度的对应关系，确定悬臂横梁弹性固定端的扭转刚度；当悬臂梁刚性固定时，此时刚度系数k取大值，而c≈0；悬臂梁弹性固定时，可根据实际的支撑结构的抗扭刚度确定悬臂梁弹性固定端的扭转刚度；第四步，确定悬臂横梁对甲板纵骨的支撑刚度；根据稳定性问题和横梁自由振动方程的相似性，并结合此前确定的悬臂横梁最低阶频率的计算公式，将悬臂横梁的最低阶频率代入相应的计算公式中，得到弹性固定的悬臂横梁对板架纵骨的支撑刚度；第五步，确定大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱的屈曲载荷；对于船体发生严重碰撞的情况，破损范围超过五跨时，在计算得到弹性支座的刚性系数X(λ)的值之后得到对应的无量纲参数λ，再结合多跨失稳与单跨失稳的关系，得到适用于多跨失稳甲板纵骨欧拉应力σ_E1的公式，进而求得大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的纵骨梁柱屈曲载荷σ_E1；第六步，确定大范围碰撞破损后，悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的临界载荷；在得到大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲载荷σ_E1之后，对载荷σ_E1进行塑性修正，得到大范围碰撞破损后悬臂横梁支撑的甲板纵骨梁柱屈曲的临界载荷σ_C1；第七步，结合船体梁剩余强度的影响因素，指导船舶结构设计；选取实际碰撞后的散货船上部甲板板架为模型，明确极限载荷的影响因素，确定破损长度、纵骨截面大小、纵骨间距、横梁截面大小、横梁间距、横梁跨距(即板架宽度)以及板厚对剩余强度的影响，明确船舶结构设计的重点，指导船舶结构设计。