【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶结构疲劳分析，具体涉及一种船舶结构在高低频载荷联合作用下的疲劳强度分析方法及系统。
技术介绍
1、船舶作为海洋以及内河中的主要水上运输工具，在航运中起着极其重要的作用。在这种情况下，长期在海上作业且面对海洋瞬息间千变万化的各种水运环境的船舶所承受的强度是非常大的。船体在航行中不断受到海水的侵蚀，长期积累后会导致船舶的结构疲劳，致使船舶出现结构质量问题，而疲劳损伤被认为是船舶和海洋工程结构的主要损伤形式之一。
2、船舶结构在正常航行中会受到波浪载荷的持续作用，除此之外，还应该注意到船舶的局部结构会受到不同类型的其它载荷的作用，这其中对于船舶局部主机基座结构尤为明显。船舶在长期高强度运行情况下，船舶主机也在持续工作，主机长期运行下会产生振动载荷，因此需要将这部分载荷考虑纳入对主机基座结构造成的疲劳损伤计算。波浪载荷是一种低频载荷，振动载荷是一种高频载荷，两种高低频载荷联合作用下会产生耦合作用，对于这种载荷耦合作用下的疲劳损伤计算需要推导出一种方法来进行计算，该方法要求既能有效快速地计算波浪载荷和振动载荷联合作用下主机基座结构的疲劳损伤，又能得到比较准确的计算结果，并能说明验证计算的合理性。
3、目前船舶结构在高低频载荷或者说组合载荷作用下的疲劳强度计算方法中，计算对象主要是集中在海工结构物，对于船舶结构特别是主机基座结构的关注较少，计算载荷主要是考虑的波浪载荷与风载荷，波浪载荷与流载荷等，将波浪载荷与主机振动载荷联合考虑的很少。同时对两种载荷的处理方法主要是有简单相加法、载荷叠加法等，简单叠
4、因此，亟需一种考虑了波浪载荷与主机振动载荷，计算速度快且准确度高的船舶结构疲劳强度分析方法。
技术实现思路
1、为解决目前船舶结构疲劳强度分析过程中高低频载荷特别是振动载荷与波浪载荷两者耦合作用时的疲劳强度计算存在的准确性、安全性、经济性以及可靠性较低等问题，本专利技术提供了一种船舶结构疲劳强度分析方法，基于船舶数据、船舶结构的特征数据和全球海况数据计算出主机振动载荷及波浪载荷，基于波浪载荷和主机振动载荷并采用特定的计算方法计算出船舶结构在波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的疲劳损伤，有效提升了船舶结构在高低频组合载荷联合作用下疲劳强度计算的准确性和可靠性。本专利技术还涉及一种船舶结构疲劳强度分析系统。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、数据获取及计算步骤：获取船舶数据、船舶结构的特征数据和全球海况数据，根据特征数据中的主机振动频率和振幅计算出主机振动载荷，并采用波浪载荷计算软件计算出船舶结构受到的波浪载荷，所述船舶数据包括船舶航行寿命和航行时间；
5、跨零率计算步骤：基于波浪载荷的高斯窄带过程和主机振动载荷的高斯窄带过程计算出波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力响应过程，再根据波浪载荷的高斯窄带过程的谱密度函数和主机振动载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出应力响应过程的谱密度函数，并根据应力响应过程的谱密度函数计算出应力响应过程的各阶谱矩，基于应力响应过程的各阶谱矩计算出应力响应过程的跨零率；
6、主机振动疲劳损伤计算步骤：将主机振动载荷的振动形式设置为正弦振动得到正弦振动载荷，根据正弦振动载荷分别计算出船舶结构在正弦振动载荷作用下的应力响应和正弦振动载荷作用下的应力响应峰值，基于应力响应并结合疲劳寿命s-n曲线分别计算出在船舶航行寿命期间内船舶结构的应力循环次数和船舶结构损伤时船舶结构的应力循环次数，进而计算出主机振动载荷作用下的疲劳损伤；
7、耦合疲劳损伤计算步骤：根据波浪载荷和主机振动载荷计算出船舶结构在波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力响应峰值，并根据应力响应过程的零阶谱矩、正弦振动载荷作用下的应力响应峰值以及波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力响应峰值计算出某一短期海况下波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力峰值概率密度函数，根据应力峰值概率密度函数、波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力响应峰值、航行时间、应力响应过程的跨零率以及全球海况数据中的浪向计算出某一短期海况下的耦合疲劳损伤，根据短期海况下的耦合疲劳损伤计算出长期海况下的总耦合疲劳损伤，根据总耦合疲劳损伤和主机振动载荷作用下的疲劳损伤计算出船舶结构在波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的疲劳损伤。
8、优选地，所述数据获取及计算步骤中，所述船舶数据还包括船舶移动业务识别码、船名、船舶经纬度位置信息、航行状态、时间戳、对地航速、吃水、出发港、目的港和预抵时间；所述全球海况数据包括浪向、全球台风数据和全球海洋气象数据。
9、优选地，所述跨零率计算步骤中，根据波浪载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，并根据主机振动载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，根据波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩和主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩计算出应力响应过程的跨零率。
10、优选地，所述数据获取及计算步骤中，所述船舶结构为船舶主机基座结构。
11、优选地，所述船舶结构的特征数据包括主机振动频率、振幅、转速和功率。
12、一种船舶结构疲劳强度分析系统，其特征在于，包括依次连接的数据获取及计算模块、跨零率计算模块、主机振动疲劳损伤计算模块和耦合疲劳损伤计算模块，
13、所述数据获取及计算模块，获取船舶数据、船舶结构的特征数据和全球海况数据，根据特征数据中的主机振动频率和振幅计算出主机振动载荷，并采用波浪载荷计算软件计算出船舶结构受到的波浪载荷，所述船舶数据包括船舶航行寿命和航行时间；
14、所述跨零率计算模块，基于波浪载荷的高斯窄带过程和主机振动载荷的高斯窄带过程计算出波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力响应过程，再根据波浪载荷的谱密度函数和主机振动载荷的谱密度函数计算出应力响应过程的谱密度函数，并根据应力响应过程的谱密度函数计算出应力响应过程的各阶谱矩，基于应力响应过程的各阶谱矩计算出应力响应过程的跨零率；
15、所述主机振动疲劳损伤计算模块，将主机振动载荷的振动形式设置为正弦振动得到正弦振动载荷，根据正弦振动载荷分别计算出船舶结构在正弦振动载荷作用下的应力响应和正弦振动载荷作用下的应力响应峰值，基于应力响应并结合疲劳寿命s-n曲线分别计算出在船舶航行寿命期间内船舶结构的应力循环次数和船舶结构损伤时船舶结构的应力循环次数，进而计算出主机振动载荷作用下的疲劳损伤；
16、所述耦合疲劳损伤计算模块，根据波浪载荷和主机振动载荷计算出船舶结构在波浪载荷和主机振动载荷联合作用下的应力响应峰值，并根据应力响应过程的零阶谱矩、正弦振动载荷作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述数据获取及计算步骤中，所述船舶数据还包括船舶移动业务识别码、船名、船舶经纬度位置信息、航行状态、时间戳、对地航速、吃水、出发港、目的港和预抵时间；所述全球海况数据包括浪向、全球台风数据和全球海洋气象数据。
3.根据权利要求1所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述跨零率计算步骤中，根据波浪载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，并根据主机振动载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，根据波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩和主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩计算出应力响应过程的跨零率。
4.根据权利要求1所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述数据获取及计算步骤中，所述船舶结构为船舶主机基座结构。
5.根据权利要求4所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述船舶结构的特征数据包括主机振动频率、振幅、转速和功率。
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7.根据权利要求6所述的船舶结构疲劳强度分析系统，其特征在于，所述船舶数据还包括船舶移动业务识别码、船名、船舶经纬度位置信息、航行状态、时间戳、对地航速、吃水、出发港、目的港和预抵时间；所述全球海况数据包括浪向、全球台风数据和全球海洋气象数据。
8.根据权利要求6所述的船舶结构疲劳强度分析系统，其特征在于，所述跨零率计算模块中，根据波浪载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，并根据主机振动载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，根据波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩和主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩计算出应力响应过程的跨零率。
9.根据权利要求6所述的船舶结构疲劳强度分析系统，其特征在于，所述船舶结构为船舶主机基座结构。
10.根据权利要求9所述的船舶结构疲劳强度分析系统，其特征在于，所述船舶结构的特征数据包括主机振动频率、振幅、转速和功率。
...【技术特征摘要】
1.一种船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述数据获取及计算步骤中，所述船舶数据还包括船舶移动业务识别码、船名、船舶经纬度位置信息、航行状态、时间戳、对地航速、吃水、出发港、目的港和预抵时间；所述全球海况数据包括浪向、全球台风数据和全球海洋气象数据。
3.根据权利要求1所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述跨零率计算步骤中，根据波浪载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，并根据主机振动载荷的高斯窄带过程的谱密度函数计算出主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩，根据波浪载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩和主机振动载荷的高斯窄带过程的各阶谱矩计算出应力响应过程的跨零率。
4.根据权利要求1所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述数据获取及计算步骤中，所述船舶结构为船舶主机基座结构。
5.根据权利要求4所述的船舶结构疲劳强度分析方法，其特征在于，所述船舶结构的特征数据包括主机振动频率、振幅、转速和功率。
6.一种船...
【专利技术属性】
技术研发人员：张甫杰，樊杰，郭宇龙，李建鹏，
申请(专利权)人：上海船舶运输科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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