(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210674497.X (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 刘志杰　程玉莹　贾松江　乔楷卿　 王晓邦　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 李馨 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 17/16(2006.01)G06F 17/18(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种极地船舶吊机结构强度分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种极地船舶吊机结构强度 分析方法， 包括： 建立吊机 结构的几何模 型， 对该 几何模型进行网格划分； 确定极地作业的温度范 围， 其中最低作业温度取为极地服务温度； 设置 吊机的作业温度条件， 采用稳态热分析方式对吊 机结构的温度场进行求解， 计算吊机结构的温度 场； 确定极地计算风速； 对极地船舶 吊机结构所 受的动态 风载荷进行模拟； 采用模态分析方法对 吊机结构进行模态分析， 获得其固有频率和振 型， 从而确定吊机结构动刚度的薄弱方向； 对吊 机结构所受应力进行求解， 获得极地船舶吊机结 构在考虑温度载荷与动态风载荷联合作用下的 等效应力分布、 最大等效应力变化曲线及最大应 力位置， 根据结构强度分析结果和材料强度确定 结构受载安全性。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115270287 A 2022.11.01 CN 115270287 A 1.一种极地船舶吊机结构强度分析 方法， 其特 征在于包括： 建立吊机结构的几何模型， 对该几何模型进行网格划分； 确定极地作业的温度范围， 其中最低作业温度取为极地 服务温度； 设置吊机的作业温度条件， 采用稳态热分析方式对吊机结构的温度场进行求解， 计算 吊机结构的温度场； 确定极地计算 风速； 对极地船舶吊机结构所受的动态风载荷进行模拟； 采用模态分析方法对吊机结构进行模态分析， 获得其固有频率和振型， 从而确定吊机 结构动刚度的薄弱方向； 采用瞬态动力学分析方法设定边界条件， 导入温度载荷并对吊机结构施加模拟获得的 动态风载荷、 自重载荷和起升载荷， 定义求解时间对吊机结构所受应力进 行求解， 获得极地 船舶吊机结构在考虑温度载荷与动态风载荷联合作用下的等效应力分布、 最大等效应力变 化曲线及最大应力位置， 根据结构强度分析 结果和材 料强度确定结构受载安全性。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 对极地船舶吊机结构所受的动态风载荷进 行模拟包括： 确定各工况 下吊机结构模型重心高度位置， 将该位置作为 风载荷的目标模拟点； 采用指数律模型计算模拟点高度处的平均风速， 计算公式如下： 式中， z为结构任一高度； 为高度z处平均风速； zr为参考高度； 为参考高度处平均风 速； a为地面粗糙度指数； 根据测点高度处的平均风速数据计算吊机结构重心位置高度处的平均风速； 模拟脉动风速并计算总风速和总风压 。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于： 模拟脉动风速包括： 确定目标 脉动风速功率谱： 选用达文 波特风速谱作为目标谱， 其表达式如下： 式中， Sv(n)为风速谱； K为地面粗糙度系数； 为离地10m高度处的平均风速； n为脉动 风频率； 采用自回归线性滤波器AR法生成脉动风速时程： 建立脉动风速时程AR模型表达式： m个空间点的脉动风速时程列向量的AR模型为： 式中， X、 Y、 Z为空间点坐标的列向量矩阵； p为AR模型的阶数； Δt为模拟脉动风的时间权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270287 A 2步长； ψK为AR模型的自回归系数矩阵； N(t)为独立随机过程向量； 根据协方差矩阵R与回归系数矩阵ψ之间的关系求 解自回归系数 ψk： 式中， I为m阶单位矩阵； Op为零矩阵； 协方差矩阵R可 由功率谱Sv(n)与协方差之间符合 维纳‑辛钦公式进行求 解， 即： 通过式(4)即可求得自回归系数 ψk和矩阵RN； 求解独立随机过程向量 N(t)： 通过对矩阵RN进行Cholesky分解， 求 解得到N(t)： RN＝L·LT N(t)＝L·n(t)   (6) 式中， n(t)＝[n1(t),L,nm(t)]T， ni(t)为均值 为0、 方差为1的正态随机分布过程； 将求解得到的自回归系数矩阵ψK与独立随机过程向量N(t)代入式(3)即获得脉动风速 时程。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270287 A 3