本發(fā)明涉及冰載荷預(yù)測，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法、裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在冰封海洋中發(fā)射結(jié)構(gòu)物時(shí)，結(jié)構(gòu)物在與冰層接觸時(shí)，冰層在達(dá)到極限載荷后會破碎，這一過程會對結(jié)構(gòu)物的運(yùn)行軌跡產(chǎn)生影響；因此，結(jié)構(gòu)物與冰相互作用關(guān)系的研究受到廣泛的關(guān)注，涉及到結(jié)構(gòu)失效、大變形、裂紋擴(kuò)展等多種非線性問題，建立準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)物與冰相互作用預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)對破冰過程中冰載荷特性的快速預(yù)測，具有重要意義；相關(guān)技術(shù)中，在結(jié)構(gòu)物與冰作用時(shí)，無法準(zhǔn)確地對冰層的任意一點(diǎn)的極限載荷進(jìn)行預(yù)測。

2、由此可見，相關(guān)技術(shù)中的結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，存在無法準(zhǔn)確地對冰層任意一點(diǎn)的極限載荷進(jìn)行預(yù)測的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法、裝置及電子設(shè)備，用以解決相關(guān)技術(shù)中的結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，存在無法準(zhǔn)確地對冰層任意一點(diǎn)的極限載荷進(jìn)行預(yù)測的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，包括如下步驟：獲取目標(biāo)冰層的尺寸參數(shù)和材料參數(shù)，其中，所述材料參數(shù)包括彎曲強(qiáng)度；根據(jù)待確定載荷、當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和所述尺寸參數(shù)計(jì)算所述目標(biāo)冰層上的目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)應(yīng)力，其中，所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)為所述目標(biāo)冰層受結(jié)構(gòu)物的集中載荷的作用點(diǎn)坐標(biāo)，所述待確定載荷為所述目標(biāo)點(diǎn)所能承受的最大集中載荷，所述目標(biāo)應(yīng)力通過所述待確定載荷表示；根據(jù)所述目標(biāo)應(yīng)力和所述材料參數(shù)確定所述目標(biāo)冰層的等效應(yīng)力，所述等效應(yīng)力通過所述待確定載荷表示；根據(jù)所述彎曲強(qiáng)度和所述等效應(yīng)力對所述待確定載荷進(jìn)行預(yù)測。

3、根據(jù)本發(fā)明提供的一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，所述根據(jù)待確定載荷、當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和所述尺寸參數(shù)計(jì)算所述目標(biāo)冰層上的目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)應(yīng)力，包括：根據(jù)所述待確定載荷、所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和所述尺寸參數(shù)確定擾度；根據(jù)所述擾度確定所述目標(biāo)應(yīng)力：

4、；

5、其中，為所述目標(biāo)點(diǎn)沿x方向的正應(yīng)力，為所述目標(biāo)點(diǎn)沿y方向的正應(yīng)力，和共同組成所述目標(biāo)應(yīng)力；為彈性模量；z為所述目標(biāo)點(diǎn)沿z方向距離冰層中面的距離；為泊松比；為擾度；為所述擾度對x的二次偏導(dǎo)，為所述擾度對y的二次偏導(dǎo)，x為所述目標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為所述目標(biāo)點(diǎn)的縱坐標(biāo)。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，所述根據(jù)所述待確定載荷、所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和所述尺寸參數(shù)確定擾度，包括：根據(jù)所述待確定載荷、所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和所述尺寸參數(shù)確定：

7、；

8、基于簡支邊界條件，采用雙重三角級數(shù)表示：

9、；

10、其中，為待求系數(shù)；a、b、h為所述尺寸參數(shù)，a為所述目標(biāo)冰層的長度，b為所述目標(biāo)冰層的寬度，h為所述目標(biāo)冰層的厚度；f為所述待確定載荷；為所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)中的橫坐標(biāo)，為所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)中的縱坐標(biāo)；m、n為級數(shù)展開項(xiàng)數(shù)；x為所述目標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為所述目標(biāo)點(diǎn)的縱坐標(biāo)。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，所述根據(jù)所述擾度確定所述目標(biāo)應(yīng)力，包括：將代入所述目標(biāo)應(yīng)力的計(jì)算公式，得到的計(jì)算公式如下：

12、；

13、令，所述目標(biāo)應(yīng)力為：

14、。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，所述根據(jù)所述目標(biāo)應(yīng)力和所述材料參數(shù)確定所述目標(biāo)冰層的等效應(yīng)力，包括：靜水壓力，基于彈性薄板的小擾度理論，，根據(jù)所述目標(biāo)應(yīng)力確定所述靜水壓力：

16、；

17、基于jh-2本構(gòu)模型，根據(jù)所述靜水壓力和所述材料參數(shù)確定所述等效應(yīng)力；其中，為所述目標(biāo)點(diǎn)沿z方向的正應(yīng)力；p為靜水壓力。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法，所述基于jh-2本構(gòu)模型，根據(jù)所述靜水壓力和所述材料參數(shù)確定所述等效應(yīng)力，包括：基于jh-2本構(gòu)模型，歸一化等效應(yīng)力為：

19、；

20、所述目標(biāo)冰層未破壞時(shí)，為0，根據(jù)所述材料參數(shù)可得：

21、；

22、根據(jù)所述靜水壓力確定所述等效應(yīng)力：

23、；

24、其中，為所述目標(biāo)冰層的歸一化等效應(yīng)力；為所述目標(biāo)冰層未被破壞時(shí)的歸一化等效應(yīng)力；為所述目標(biāo)冰層完全破壞時(shí)的歸一化等效應(yīng)力；為損失因子，所述目標(biāo)冰層未破壞時(shí)為0，所述目標(biāo)冰層完全破壞時(shí)為1；a、c、n為所述材料參數(shù)；為歸一化靜水壓力；為所述目標(biāo)冰層的歸一化的最大拉伸應(yīng)力；為歸一化應(yīng)變率；為所述目標(biāo)冰層hugoniot彈性極限處的等效應(yīng)力；為hugoniot彈性極限處的靜水壓力；為所述目標(biāo)冰層的最大拉伸應(yīng)力； epso為準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變率臨界值；所述目標(biāo)冰層受到所述結(jié)構(gòu)物的沖擊作用，應(yīng)變逐漸增大，直至達(dá)到變形極限發(fā)生破壞，所述等效應(yīng)力達(dá)到最大值，認(rèn)為等于所述彎曲強(qiáng)度，將定義為。

25、本發(fā)明還提供一種結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測裝置，包括如下模塊：獲取模塊，用于獲取目標(biāo)冰層的尺寸參數(shù)和材料參數(shù)，其中，所述材料參數(shù)包括彎曲強(qiáng)度；計(jì)算模塊，用于基于彈性薄板的小擾度理論，根據(jù)待確定載荷、當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和所述尺寸參數(shù)計(jì)算所述目標(biāo)冰層上的目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)應(yīng)力，其中，所述當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)為所述目標(biāo)冰層受結(jié)構(gòu)物的集中載荷的作用點(diǎn)坐標(biāo)，所述待確定載荷為所述目標(biāo)點(diǎn)所能承受的最大集中載荷，所述目標(biāo)應(yīng)力通過所述待確定載荷表示；確定模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)應(yīng)力和所述材料參數(shù)確定所述目標(biāo)冰層的等效應(yīng)力，所述等效應(yīng)力通過所述待確定載荷表示；預(yù)測模塊，用于根據(jù)所述彎曲強(qiáng)度和所述等效應(yīng)力對所述待確定載荷進(jìn)行預(yù)測。

26、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法。

27、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法。

28、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法。

29、本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)物破冰過程的冰載荷預(yù)測方法、裝置及電子設(shè)備，通過獲取目標(biāo)冰層的尺寸參數(shù)和材料參數(shù)，材料參數(shù)包括彎曲強(qiáng)度；根據(jù)待確定載荷、當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸參數(shù)計(jì)算目標(biāo)冰層上的目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)應(yīng)力，其中，當(dāng)前集中載荷作用點(diǎn)坐標(biāo)為目標(biāo)冰層受結(jié)構(gòu)物的集中載荷的作用點(diǎn)坐標(biāo)，待確定載荷為目標(biāo)點(diǎn)所能承受的最大集中載荷，目標(biāo)應(yīng)力通過待確定載荷表示；根據(jù)目標(biāo)應(yīng)力和材料參數(shù)確定目標(biāo)冰層的等效應(yīng)力，等效應(yīng)力通過待確定載荷表示；根據(jù)彎曲強(qiáng)度和等效應(yīng)力對待確定載荷進(jìn)行預(yù)測；通過計(jì)算目標(biāo)冰層在目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)應(yīng)力與目標(biāo)冰層受結(jié)構(gòu)物的集中載荷之間的聯(lián)系，能夠較為全面地反應(yīng)冰受到結(jié)構(gòu)物沖擊的破壞過程，在目標(biāo)冰層的彎曲強(qiáng)度已知的情況下，可以求解出目標(biāo)冰層在目標(biāo)點(diǎn)所能夠承受的極限載荷。