【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶结构设计领域，具体是基于目标值的邮轮整船有限元分析方法。
技术介绍
1、有限元方法目前广泛应用于船体结构强度评估，一般的货船可采用舱段有限元方法。而对于高技术、高附加值船舶，如大型液化气船、集装箱船，及邮轮，则还要进行整船有限元分析。整船有限元模型可以更好地模拟船体的整体刚度特性，从而得到更真实的应力分布。但由于无法像舱段模型那样在模型两端施加位移约束，整船有限元模型的加载受到限制，需要所施加的载荷形成一个平衡力系。
2、为了应对这一困难，现有整船有限元分析的方法通过水动力分析得到波浪载荷，这样得到的载荷形成一个平衡的力系，力系的总合力及力矩都为零。将该力系与静水载荷叠加后加载到模型上进行结构分析。这样得到的总载荷也组成一个平衡力系作用在整船模型上，从而使模型达到平衡。采用现有整船有限元方法进行分析时，以某个波浪载荷参数作为主导载荷确定设计波。设计波可使主导载荷达到目标值，并确定其他的载荷成分的值，但一般无法达到其目标值。
3、对于邮轮而言，船体梁的总纵强度是整船分析最重要的考核目标。但现有的方法仅能在某个纵向位置达到船体梁载荷的目标值，由此得到的应力结果也无法反映可能出现的最恶劣状态，对船体结构强度的评估不够准确，应力或者过高，或者过低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，通过数值方法将目标载荷转化为沿船长分布的分布力，产生的弯矩和目标剪力，得到的载荷为加载到模型上的载荷得到载荷的实际值；在通过
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、本申请提供了基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，包括以下步骤：
4、s1：建立整船有限元模型，根据邮轮的几何形状、结构布局和材料特性，在有限元软件中建立整个邮轮的有限元模型；
5、s2：确定目标载荷分布，根据整船邮轮的设计要求和需要评估的强度指标，确定船体梁在不同位置上的目标载荷分布，包括弯矩和剪力的分布；
6、s3：采用多项式模拟目标载荷分布，使用多项式函数(如5次多项式)来模拟目标载荷沿船长方向的分布，确定系数，将目标载荷转化为一个连续的函数表达式；
7、s4：目标载荷转化为分布力，根据载荷的微分/积分关系，通过数值方法将目标载荷转化为沿船长分布的分布力；
8、s5：施加分布力并计算实际值，将得到的分布力加载到整船有限元模型中，进行整船分析，得到船体各个剖面在目标载荷下的实际应力和变形结果；
9、s6：计算传递函数，基于实际应力结果和传递函数工况，计算单位弯矩和剪力在单元上引起的应力，应力计算即为传递函数；
10、s7：计算应力修正量，根据传递函数和各位置载荷实际值与目标值的差异，计算应力修正量；
11、s8：应力修正，通过对实际应力结果进行修正，将偏差量加到实际应力值上，得到目标载荷下的应力结果；
12、s9：结构强度评估,使用修正后的应力结果进行结构强度评估，检查船体结构是否满足设计要求和强度指标。
13、作为优选的，根据步骤s4所述的数值方法为有限元法，先确定区域，将船体沿船长方向划分为若干个小区域，称为限元，每个小区域内的载荷看作均匀分布，再进行分布力的数值计算，通过将目标载荷施加在相应的有限元上，并利用有限元方法求解结构的位移和应力场，得到沿船长的分布力。
14、作为优选的，根据步骤s2所述的弯矩，通过5次多项式模拟目标弯矩沿船长的分布，弯矩的计算方式如下：
15、bm1(x)＝mw(a1x5+a2x4+a3x3+a4x2)；
16、其中，bm1(x)表示为沿船长方向的目标弯矩分布，单位为kn.m，x表示为船长的位置坐标，mw表示为比例因子，用于调整整体弯矩的大小；a1,a2,a3,a4表示为确定系数。
17、作为优选的，根据步骤s2所述的剪力的分布，通过对所述弯矩的计算方式进行求导，得到波浪剪力沿船长的分布表达式：
18、sf1(x)＝mw/l0(5a1x4+4a2x3+3a3x2+2a4x)；
19、其中，sf1(x)表示为波浪剪力沿船长方向的分布函数，mw用于调整整体波浪剪力的大小，x代表船长的位置坐标，l0是一个长度尺度，用于将波浪剪力转化为单位长度的分布力。
20、作为优选的，根据步骤s4所述分布力，通过对所述波浪剪力沿船长方向的分布函数再进一补求导，得到分布力的表达式：
21、p1(x)＝mw/l20(20a1x3+12a2x2+6a3x+2a4)；
22、其中，p1(x)表示在船体结构上不同位置x处的分布力大小，mw用于调整整体分布力的大小，l0是一个长度尺度，用于将分布力转化为单位长度的值。
23、作为优选的，根据步骤s7所述的传递函数和各位置载荷实际值与载荷目标值的差异计算应力修正量，x方向的应力修正量表达式如下：
24、σx＝σx-fem+fmxδm+fmxδq；
25、其中，σx表示为x方向上的应力修正量，应力幅值是指在动态或疲劳载荷下的应力变化范围，用于评估结构的疲劳寿命和强度；σx-fem表示为有限元分析得到的实际应力结果中的x方向应力；fmx表示为x方向的传递函数，描述了单位弯矩单元上引起的应力。
26、作为优选的，所述应力修正量在y方向的表达式如下：
27、σy＝σy-fem+fmyδm+fmyδq；
28、其中，σy表示为y方向上的应力修正量；σy-fem表示为有限元分析得到的实际应力结果中的y方向应力；fmy表示为y方向的传递函数，描述了单位弯矩单元上引起的应力。
29、作为优选的，所述应力修正量的剪应力分量表达式如下：
30、γxy＝γxy-fem+fmxyδm+fmxyδq；
31、其中，γxy表示为应力修正量的剪应力分量；γxy-fem表示为有限元分析得到的实际应力结果中的剪应力；fmxy表示为剪应力分量的传递函数，描述了单位弯矩对应力修正量的剪应力分量上引起的应力。
32、作为优选的，所述应力修正量的应力幅值修正量表达式为：
33、σa＝σafem+fmaδm+fqaδq；
34、其中，σa表示为应力幅值修正量；σafem表示有限元分析得到的实际应力结果中的应力幅值；δm表示为目标弯矩与实际弯矩之间的差异；δq表示为目标剪力与实际剪力之间的差异；fma表示为应力幅值的传递函数，描述了单位弯矩和剪力在单元上引起的应力幅值变化；fqa表示为应力范围的传递函数，描述了单位剪力在单元上引起的应力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤S4所述的数值方法为有限元法，先确定区域，将船体沿船长方向划分为若干个小区域，称为限元，每个小区域内的载荷看作均匀分布，再进行分布力的数值计算，通过将目标载荷施加在相应的有限元上，并利用有限元方法求解结构的位移和应力场，得到沿船长的分布力。
3.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤S2所述的弯矩，通过5次多项式模拟目标弯矩沿船长的分布，弯矩的计算方式如下：
4.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤S2所述的剪力的分布，通过对所述弯矩的计算方式进行求导，得到波浪剪力沿船长的分布表达式：
5.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤S4所述分布力，通过对波浪剪力沿船长方向的分布函数再进一补求导，得到分布力的表达式：
6.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元
7.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：所述应力修正量在y方向的表达式如下：
8.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：所述应力修正量的剪应力分量表达式如下：
9.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：所述应力修正量的应力幅值修正量表达式为：
10.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤S9所述的结构强度评估，在获取修正后的应力结果后，将修正后的应力结果与设计要求和强度指标进行比较，若结构强度满足设计要求和强度指标，则强度评估结束，结构具备足够的强度和安全性；若结构强度不满足要求，则需要进行修改和优化，进行结构优化或加强后，重新回到整船有限元模型中进行评估，重复前面的步骤，获取修正后的应力结果，并再次进行强度校核与规范比较。
...【技术特征摘要】
1.基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤s4所述的数值方法为有限元法，先确定区域，将船体沿船长方向划分为若干个小区域，称为限元，每个小区域内的载荷看作均匀分布，再进行分布力的数值计算，通过将目标载荷施加在相应的有限元上，并利用有限元方法求解结构的位移和应力场，得到沿船长的分布力。
3.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤s2所述的弯矩，通过5次多项式模拟目标弯矩沿船长的分布，弯矩的计算方式如下：
4.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤s2所述的剪力的分布，通过对所述弯矩的计算方式进行求导，得到波浪剪力沿船长的分布表达式：
5.根据权利要求1所述的基于目标值的邮轮整船有限元分析方法，其特征在于：根据步骤s4所述分布力，通过对波浪剪力沿船长方向的分布函数再进一补求导，得到分布力的表达式：
6.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，苏一华，
申请(专利权)人：中国船级社上海规范研究所，
类型：发明
国别省市：
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