冰区航行船舶舷侧结构加强研究

发布时间：2017-10-11 02:08

  本文关键词：冰区航行船舶舷侧结构加强研究

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【摘要】：世界多个国家勘探机构数据表明,北极地区石油天然气资源十分丰富。丰富的资源吸引了周边国家的关注,同时北极的开发已经如火如荼地进行。在人类进军北极的过程中,不可或缺的运输工具——船舶将更加频繁的进入北极海域。加之气候环境的变化导致北极冰大量溶化,北极海域夏季通航成为可能,更多的商业运输将会选择北极航道。无论是工程服务船舶,还是商业运输船都将面临高纬度海域特殊的环境——冰。即使在夏季,依然存在大量从冰川脱落的漂浮冰体,增加了船舶航行的危险性。船舶一旦与冰山发生碰撞,将会造成巨大的环境和生命财产损失。为了适应恶劣的航行环境,有必要加强冰区航行船舶的结构强度。文章工作围绕舷侧结构加强展开,主要讨论针对舷侧外板和支撑骨材的两种加强方式,并分析舷侧结构与冰碰撞过程的结构响应。文章讨论多种因素对冰力学性能的影响,确定冰材料数值模型采用应变率相关弹塑性模型。同时数值模拟圆台冰撞击刚性墙的碰撞过程,并比较数值计算所得面积压力曲线与试验结果和ISO标准曲线,数值结果与二者比较接近,且压力随面积变化趋势一致。提出波纹板核聚氨酯夹层板结构,比较普通钢板、聚氨酯夹层板以及波纹板核聚氨酯夹层板的抗冲击性能差异,发现波纹板核聚氨酯夹层板性能相对较优。以波纹板核聚氨酯夹层板为研究对象,分别讨论夹层板芯层高度、面板厚度以及波纹芯板厚度三个参数对夹层板性能的影响,发现夹层板抗冲击性能随三个参数的变化而改变,根据结构性能变化规律给出三个参数的适当取值范围。基于某成品油船,应用波纹板核聚氨酯夹层板,设计两种加强方案加强其舷侧结构,方案一舷侧外板使用波纹板核聚氨酯夹层板加强,方案二应用波纹板核聚氨酯夹层板加强原有上平台板。应用ANSYS/LS-DYNA建立舷侧结构和冰体的有限元模型,模拟不同的碰撞情景。根据作用冰体的形状和碰撞位置不同,共计算11种工况,分析每种工况下结构的变形损伤、碰撞力以及能量吸收的特性。对比分析在相同碰撞情形下原结构和新结构的响应特点和性能差异,由此分析方案的可行性。
【关键词】：冰载荷 舷侧结构 碰撞 波纹板核聚氨酯夹层板
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U663.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-21
• 1.1 研究的背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究现状与进展16-20
• 1.3 本文研究内容与创新点20-21
• 1.3.1 本文主要内容20
• 1.3.2 本文创新点20-21
• 第2章 非线性有限元分析方法及夹层板理论21-32
• 2.1 船-冰碰撞基本理论与有限元技术21-24
• 2.1.1 碰撞基本方程21-22
• 2.1.2 显式时间积分22-23
• 2.1.3 接触算法23
• 2.1.4 摩擦算法23-24
• 2.1.5 沙漏控制24
• 2.2 夹层板基本力学理论24-28
• 2.2.1 夹层板平衡方程25-27
• 2.2.2 夹层板应变位移关系27-28
• 2.3 复合夹层板的大变形数值计算28-30
• 2.3.1 大变形动力学数值计算方法29-30
• 2.3.2 大变形动力学有限元基本求解过程30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 冰体碰撞数值模拟32-41
• 3.1 物理力学性质32-34
• 3.2 材料模型34-37
• 3.3 冰体碰撞模拟37-38
• 3.4 单位接触面积压力38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 复合夹层板抗冲击性能研究41-59
• 4.1 材料模型41-42
• 4.2 复合夹层板结构抗冲击性能研究42-52
• 4.2.1 钢板的抗冲击性能研究43-45
• 4.2.2 聚氨酯夹层板抗冲击性能研究45-48
• 4.2.3 波纹板核聚氨酯夹层板抗冲击性能研究48-50
• 4.2.4 复合夹层板的抗冲击性能比较50-52
• 4.3 结构参数对波纹板核聚氨酯夹层板抗冲击性能的影响52-58
• 4.3.1 芯层高度对结构抗冲击性能的影响52-54
• 4.3.2 面板厚度对结构抗冲击性能的影响54-56
• 4.3.3 芯板厚度对结构抗冲击性能的影响56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 基于复合夹层板的舷侧加强结构抗冰性能研究59-97
• 5.1 波纹板核聚氨酯夹层板舷侧结构加强设计59-61
• 5.1.1 舷侧结构模型59-60
• 5.1.2 舷侧结构加强设计60-61
• 5.2 船-冰碰撞工况设定61-64
• 5.3 方案一结构性能对比分析64-91
• 5.3.1 冰体棱边6m/s碰撞弱位置64-69
• 5.3.2 冰体棱边6m/s碰撞强位置69-75
• 5.3.3 冰体棱角6m/s碰撞弱位置75-80
• 5.3.4 冰体棱角6m/s碰撞强位置80-84
• 5.3.5 冰体棱角4m/s碰撞弱位置84-89
• 5.3.6 强弱位置对比89-91
• 5.4 方案二结构性能对比分析91-95
• 5.4.1 变形损伤91-93
• 5.4.2 碰撞力93-94
• 5.4.3 能量94-95
• 5.5 本章小结95-97
• 第6章 总结与展望97-99
• 6.1 主要研究工作及结论97-98
• 6.2 进一步的研究工作展望98-99
• 参考文献99-103
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文103-104
• 致谢104-105
• 详细摘要105-109

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本文编号：1009871