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一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统

阅读：855发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统，包括：首先，确定多个分段的船体梁具体位置信息及相应位置的船体梁设计输入具体数值；然后根据所述船体梁设计输入具体数值，通过后台自动流程化得到流程化的剖面信息以及湿表面信息，并将所述流程化的所述剖面信息以及所述湿表面信息写入到MSC/NASTRAN相应的卡片词条，最后自动调用所述MSC/NASTRAN动力计算模块进行自由振动分析计算，并输出计算结果和相应振型图。本发明能够快速的对拟开展工程项目的方案及设计要素进行技术上的宏观把控；大大降低船型结构物总振动设计的技术周期，整体上有效提高船型结构物设计产品的设计研发效率。，下面是一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法,其特征在于，包括：
步骤S1，确定多个分段的船体梁具体位置信息及相应位置的船体梁设计输入具体数值；
步骤S2，判断所述船体梁设计输入具体数值中的剖面信息是否完整，若所述剖面信息完整，则后台自动流程化所述剖面信息并写入到MSC/NASTRAN相应的剖面梁属性卡片词条，并执行步骤S7；若所述剖面信息不完整，则按照材料力学理论简化处理后的所述后台自动化语言自动计算所述剖面信息，再自动流程化写入MSC/NASTRAN相应的所述剖面梁属性卡片词条，并执行步骤S7；
步骤S3，判断所述船体梁设计输入具体数值中的湿表面信息是否符合刘易斯保角变化方法使用的前提，若所述湿表面信息符合刘易斯保角变化方法使用的前提，执行步骤S4；若所述湿表面信息不符合刘易斯保角变化方法使用的前提，则执行步骤S5；
步骤S4，后台依据所述刘易斯保角变化方法得到所述船体梁附连水质量信息，并执行步骤S6；
步骤S5，根据已知或估算的所述船体梁附连水总质量信息，由所述后台按照所述船体梁设计输入具体数值信息自动形成所述船体梁附连水质量信息，并执行步骤S6；
步骤S6，自动流程化所述船体梁附连水质量信息，并将所述自动流程化的所述船体梁附连水质量信息写入到MSC/NASTRAN相应的水平质量与垂向质量卡片词条，并执行步骤S7；
步骤S7，对所述自动流程化后的所述剖面信息和所述船体梁附连水质量信息进行自由振动分析计算，并输出计算结果和相应振型图。
2.根据权利要求1所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，所述步骤S1中所述船体梁具体位置信息包括：x方向的船体船长方向坐标方向、y方向的船体船宽方向坐标方向以及z方向的船体型深方向坐标方向。
3.根据权利要求2所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，所述船长为设计水线长等小于所述船体总长的特征数值，但大于等于结构设计船长。
4.根据权利要求1所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，所述剖面信息包括：剖面积、垂向惯性矩、水平惯性矩、扭转常数、剪切刚度因子等。
5.根据权利要求4所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，对所述扭转常数简单处理采用(1)式计算：
其中，Di为剖面尺寸高，Bi为剖面尺寸宽，ti为剖面平均厚度，Ji为扭转常数。
6.根据权利要求1所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，所述湿表面信息包括：水线处半宽、水线处吃水、水线下半剖面积等。
7.根据权利要求1所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，所述多个分段的所述船体梁为20～25段。
8.根据权利要求1所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，采用所述刘易斯保角变化方法得到的所述船体梁附连水质量信息随振型阶数而变化，所述输出的计算结果对应附连水质量的阶数。
9.根据权利要求1所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，所述后台会自动化反复调用所述船体梁附连水质量信息进行不同阶数的所述船体梁自由振动计算并输出相应阶数的计算结果。
10.一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算系统，采用权利要求1-9所述的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法，其特征在于，包括：
一信息输入模块，用于输入所述船体梁具体信息；
一信息判断模块，连接所述信息输入模块以及一自动流程化模块，用于对所述船体梁设计输入具体数值中的剖面信息以及湿表面信息进行判断；
一信息处理模块，连接所述信息判断模块以所述自动流程化模块，用于对所述剖面信息以及湿表面信息进行计算处理；
一信息存储模块，连接所述自动流程化模块，用于对自动流程化后的数据进行存储；
一动力计算模块，连接所述信息存储模块，用于对自动流程化后的所述数据进行自由振动分析计算；
一信息输出模块，连接所述动力计算模块，用于输出所述自由振动分析计算结果和相应振型图。

说明书全文

一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，尤其涉及一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统。

背景技术

[0002] 随着现代科技技术的进步、人类生活质量的提高以及海洋环境生态保护的迫切需求，船型结构物的振动噪声等舒适性设计衡准愈发严苛；且随着船舶与海洋工程设计技术的进步，创新型船型结构物不断出现，传统的母型船设计技术受到制约，因而快速有效的在设计初期对创新型船型结构物的总体振动予以控制成为目前设计的一大重点。

[0003] 另一方面，现行诸多传递矩阵方法计算船型结构物总振动程序中使用的基本都是老旧的DOS 操作系统，对船体尺度比要求较为苛刻，而且操作界面大多不友好，最主要是对使用人员的动力学专业要求较高，这在很大程度上阻碍了一般设计人员有效的利用该工具；同时，现行三维有限元方法对船型结构物总振动估算方法，需要耗费设计人员大量的精力进行繁琐的船体结构三维建模、船体重量多分段模拟，而且超大规模的三维有限元单元数量导致超大规模的后台附连水质量计算及动力学计算，且形成大量的后处理数据，各方面综合因素由此最终导致三维有限元方法对船型结构物总振动的估算需要花费超长的工时，远远不能满足现代行业发展下紧迫有限的工程设计周期需求。方案设计初期阶段对船型结构物的总振动设计控制的主要目的在于宏观上快速的对本项目进行专业可行性判断和方向把控，而且设计初期设计输入信息并不完善，还是需要利用传统经验方法或可借鉴的工程方法进行一些参数的估算，因此，开放式、快速便捷式、个性定制化式的人性化操作界面下的船型结构物总振动估算方法迫切的受到工程设计的需要。

发明内容

[0004] 为了解决以上技术问题，本发明提供了一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法和系统。

[0005] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

[0006] 步骤S1，确定多个分段的船体梁具体位置信息及相应位置的船体梁设计输入具体数值；

[0007] 步骤S2，判断所述船体梁设计输入具体数值中的剖面信息是否完整，若所述剖面信息完整，则后台自动流程化所述剖面信息并写入到MSC/NASTRAN相应的剖面梁属性卡片词条，并执行步骤S7；若所述剖面信息不完整，则按照材料力学理论简化处理后的所述后台自动化语言自动计算所述剖面信息，再自动流程化写入MSC/NASTRAN相应的所述剖面梁属性卡片词条，并执行步骤S7；

[0008] 步骤S3，判断所述船体梁设计输入具体数值中的湿表面信息是否符合刘易斯保角变化方法使用的前提，若所述湿表面信息符合刘易斯保角变化方法使用的前提，执行步骤S4；若所述湿表面信息不符合刘易斯保角变化方法使用的前提，则执行步骤S5；

[0009] 步骤S4，后台依据所述刘易斯保角变化方法得到所述船体梁附连水质量信息，并执行步骤S6；

[0010] 步骤S5，根据已知或估算的所述船体梁附连水总质量信息，由所述后台按照所述船体梁设计输入具体数值信息自动形成所述船体梁附连水质量信息，并执行步骤S6；

[0011] 步骤S6，自动流程化所述船体梁附连水质量信息，并将所述自动流程化的所述船体梁附连水质量信息写入到MSC/NASTRAN相应的水平质量与垂向质量卡片词条，并执行步骤S7；

[0012] 步骤S7，对所述自动流程化后的所述剖面信息和所述船体梁附连水质量信息进行自由振动分析计算，并输出计算结果和相应振型图。

[0013] 优选的，所述步骤S1中所述船体梁具体位置信息包括：x方向的船体船长方向坐标方向、y方向的船体船宽方向坐标方向以及z方向的船体型深方向坐标方向。

[0014] 优选的，所述船长为设计水线长等小于所述船体总长的特征数值，但大于等于结构设计船长。

[0015] 优选的，所述剖面信息包括：剖面积、垂向惯性矩、水平惯性矩、扭转常数、剪切刚度因子等。

[0016] 优选的，对所述扭转常数简单处理采用(1)式计算：

[0017]

[0018] 其中，Di为剖面尺寸高，Bi为剖面尺寸宽，ti为剖面平均厚度，Ji为扭转常数。

[0019] 优选的，所述湿表面信息包括：水线处半宽、水线处吃水、水线下半剖面积等。

[0020] 优选的，所述多个分段的所述船体梁为20～25段。

[0021] 优选的，采用所述刘易斯保角变化方法得到的所述船体梁附连水质量信息随振型阶数而变化，所述输出的计算结果对应附连水质量的阶数。

[0022] 优选的，所述后台会自动化反复调用所述船体梁附连水质量信息进行不同阶数的所述船体梁自由振动计算并输出相应阶数的计算结果。

[0023] 一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算系统，包括：

[0024] 一信息输入模块，用于输入所述船体梁具体信息；

[0025] 一信息判断模块，连接所述信息输入模块以及一自动流程化模块，用于对所述船体梁设计输入具体数值中的剖面信息以及湿表面信息进行判断；

[0026] 一信息处理模块，连接所述信息判断模块以所述自动流程化模块，用于对所述剖面信息以及湿表面信息进行计算处理；

[0027] 一信息存储模块，连接所述自动流程化模块，用于对自动流程化后的数据进行存储；

[0028] 一动力计算模块，连接所述信息存储模块，用于对自动流程化后的所述数据进行自由振动分析计算；

[0029] 一信息输出模块，连接所述动力计算模块，用于输出所述自由振动分析计算结果和相应振型图。

[0030] 其有益效果在于：本发明能够快速的对拟开展工程项目的方案及设计要素进行技术上的宏观把控；大大降低船型结构物总振动设计的技术周期，整体上有效提高船型结构物设计产品的设计研发效率。附图说明

[0031] 图1为本发明提供的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法步骤图；

[0032] 图2a、2b为离散分布的船体梁剖面设计输入源数据示意图；

[0033] 图3为船体半剖面湿表面设计输入源数据示意图；

[0034] 图4为求解后的1阶垂向振型示意图；

[0035] 图5为求解后的2阶垂向振型示意图；

[0036] 图6为本发明提供的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方系统结构图。

具体实施方式

[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0038] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

[0040] 参照图1-3为本发明提供的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方法步骤图以及设计输入源数据示意图，包括：

[0041] 步骤S1，确定多个分段的船体梁具体位置信息及相应位置的船体梁设计输入具体数值；

[0042] 步骤S2，判断所述船体梁设计输入具体数值中的剖面信息是否完整，若所述剖面信息完整，则后台自动流程化所述剖面信息并写入到MSC/NASTRAN相应的剖面梁属性卡片词条，并执行步骤S7；若所述剖面信息不完整，则按照材料力学理论简化处理后的所述后台自动化语言自动计算所述剖面信息，再自动流程化写入MSC/NASTRAN相应的所述剖面梁属性卡片词条，并执行步骤S7；

[0043] 步骤S3，判断所述船体梁设计输入具体数值中的湿表面信息是否符合刘易斯保角变化方法使用的前提，若所述湿表面信息符合刘易斯保角变化方法使用的前提，执行步骤S4；若所述湿表面信息不符合刘易斯保角变化方法使用的前提，则执行步骤S5；

[0044] 步骤S4，后台依据所述刘易斯保角变化方法得到所述船体梁附连水质量信息，并执行步骤S6；

[0045] 步骤S5，根据已知或估算的所述船体梁附连水总质量信息，由所述后台按照所述船体梁设计输入具体数值信息自动形成所述船体梁附连水质量信息，并执行步骤S6；

[0046] 步骤S6，自动流程化所述船体梁附连水质量信息，并将所述自动流程化的所述船体梁附连水质量信息写入到MSC/NASTRAN相应的水平质量与垂向质量卡片词条，并执行步骤S7；

[0047] 步骤S7，对所述自动流程化后的所述剖面信息和所述船体梁附连水质量信息进行自由振动分析计算，并输出计算结果和相应振型图。

[0048] 进一步地，步骤S1中船体梁具体位置信息包括：x方向的船体船长方向坐标方向、y方向的船体船宽方向坐标方向以及z方向的船体型深方向坐标方向。

[0049] 进一步地，船长为设计水线长等小于船体总长的特征数值，但大于等于结构设计船长。

[0050] 本发明较佳的实施例中，以x方向为船体船长方向坐标方向，原点可依据目标工程实际确定，船长为设计水线长等小于船体总长的特征数值，但大于等于结构设计船长LS；y方向为船体船宽方向坐标方向，z方向为船体型深方向坐标方向，用以体现船体梁剖面特性及其船体附连水质量等的不同方向指向性；本实施例以船体梁分段n＝20为例进行阐述，注意的是本方法可以依据实际需要进行分段数量的调整，一般船体梁分段数量在20～25段，以工程项目实有的设计输入信息为准。

[0051] 进一步地，剖面信息包括：剖面积、垂向惯性矩、水平惯性矩、扭转常数、剪切刚度因子等。

[0052] 进一步地，对扭转常数简单处理采用(1)式计算：

[0053]

[0054] 其中，Di为剖面尺寸高，Bi为剖面尺寸宽，ti为剖面平均厚度，Ji为扭转常数。

[0055] 进一步地，湿表面信息包括：水线处半宽、水线处吃水、水线下半剖面积等。

[0056] 进一步地，多个分段的船体梁为20～25段。

[0057] 参照图4-5为求解后的1阶、2阶垂向振型示意图，采用刘易斯保角变化方法得到的船体梁附连水质量信息随振型阶数而变化，输出的计算结果对应附连水质量的阶数。

[0058] 进一步地，后台会自动化反复调用船体梁附连水质量信息进行不同阶数的船体梁自由振动计算并输出相应阶数的计算结果。

[0059] 最后，总结船体梁各阶自由振动计算结果，完善目标船型结构物的总振动设计。

[0060] 图6为本发明提供的一种一维梁系法对船型结构物总振动的估算方系统结构图，包括：

[0061] 一信息输入模块，用于输入所述船体梁具体信息；

[0062] 一信息判断模块，连接所述信息输入模块以及一自动流程化模块，用于对所述船体梁设计输入具体数值中的剖面信息以及湿表面信息进行判断；

[0063] 一信息处理模块，连接所述信息判断模块以所述自动流程化模块，用于对所述剖面信息以及湿表面信息进行计算处理；

[0064] 一信息存储模块，连接所述自动流程化模块，用于对自动流程化后的数据进行存储；

[0065] 一动力计算模块，连接所述信息存储模块，用于对自动流程化后的所述数据进行自由振动分析计算；

[0066] 一信息输出模块，连接所述动力计算模块，用于输出所述自由振动分析计算结果和相应振型图。

[0067] 以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

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