三用工作船与平台桩柱侧碰的结构动力响应分析

发布时间：2017-10-31 20:41

  本文关键词：三用工作船与平台桩柱侧碰的结构动力响应分析

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【摘要】：船舶与海洋平台的碰撞是碰撞结构物短时间内在巨大载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程。船舶与平台桩柱在碰撞过程中将导致船体和桩柱结构巨大的破坏,为减少结构在碰撞时的损伤,有必有研究船体在不同工况下内部结构在碰撞时的吸能大小,为后述的船体改进提供理论指导。本文运用结构有限元分析手段对三用工作船与海上平台桩柱碰撞中最危险的工况之一—侧碰状态下,船体碰撞区的结构动力响应进行时域数值仿真。根据舷侧结构在碰撞时以不同的破坏形式来吸能,将舷侧结构分为垂向结构组和平行结构组。研究分析了以碰撞初速度、碰撞质量和桩腿直径作为自变量时两种结构组吸能大小,并根据两种结构组对于碰撞动能吸收情况不同提出了船体改进型舷侧用于保护碰撞时平台桩柱对于碰撞动能的吸收。本文的主要研究内容如下:(1)研究分析了碰撞区结构主要破坏形式,根据结构破坏形式不同首次提出将碰撞区结构分为垂向结构组和平行结构组,分析了整体动能与船体内能的转化关系并研究了碰撞区结构和两种结构组的能量吸收大小。通过结构吸能时序图和碰撞力时序图分析碰撞区结构破坏情况。(2)研究船体在不同速度下碰撞动能和船体内能转化关系并对两种结构组内能大小和碰撞力进行了对比。结果分析表明随着碰撞初速度的增加,船体平行结构组内能增加速率远远快于垂向结构组,并且最大碰撞力也明显增加。(3)研究船体在不同碰撞质量和桩腿直径下碰撞动能和内能转化关系并对两种结构组和碰撞力进行了对比。结果数据表明,这两种自变量对于船体内能和结构组的影响小于当自变量为速度时,但从中可看出碰撞动能的增加对平行结构组的影响更明显。(4)根据两种结构组对于动能增加时敏感程度的不同对船体舷侧进行改进,目的是减少碰撞时桩柱对于动能的吸收。文中首先根据碰撞时连接构件形变情况提出不同板厚对于桩柱内能大小的影响,分析了连接构件形变大小与桩柱内能大小的关系。(5)基于碰撞时平行结构组破坏形式和形变与桩柱内能大小关系,提出了三种改进型舷侧结构,研究分析了在两种碰撞初速度下不同连接型结构的变形与其对船体内能、桩柱内能的影响,文中综合碰撞后的数据找出了最优的桩柱防撞舷侧连接结构。
【关键词】：能量吸收 结构损伤 碰撞力 侧碰
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.4;U674.382
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 船舶碰撞研究概况12-17
• 1.2.1 外部机理12-14
• 1.2.2 内部机理14-16
• 1.2.3 碰撞研究方法总结16-17
• 1.3 论文主要研究内容17-18
• 第二章 非线性数值仿真的核心理论分析18-24
• 2.1 碰撞过程中运动状态的变化18-21
• 2.2 碰撞体之间的作用力21-22
• 2.3 碰撞引起的能量转化22-23
• 2.4 此方法的优缺点23-24
• 第三章 碰撞模型的建立24-37
• 3.1 前言24
• 3.2 建模过程中参数的选取24-31
• 3.2.1 单元的选取24-25
• 3.2.2 材料属性定义25-26
• 3.2.3 网格大小控制26-28
• 3.2.4 接触定义28-31
• 3.3 流体在碰撞过程中的处理方法31-33
• 3.3.1 流固耦合法32
• 3.3.2 附加水质量法32-33
• 3.4 有限元模型33-36
• 3.4.1 导管架平台模型33-34
• 3.4.2 三用工作船模型34-36
• 3.5 碰撞速度的选取36-37
• 第四章 三用工作船结构损伤特性研究37-61
• 4.1 引言37
• 4.2 船体碰撞区模型37-38
• 4.3 典型碰撞形式的碰撞仿真分析38-45
• 4.3.1 碰撞结构损伤变形分析38-42
• 4.3.2 碰撞区结构能量分析42-44
• 4.3.3 碰撞结构碰撞力分析44-45
• 4.4 不同碰撞速度对能量及碰撞力影响45-51
• 4.4.1 能量分析45-50
• 4.4.2 碰撞力分析50-51
• 4.5 不同碰撞质量对能量及碰撞力影响51-55
• 4.5.1 能量分析51-54
• 4.5.2 碰撞力分析54-55
• 4.6 碰撞不同直径大小桩柱对能量及碰撞力影响55-59
• 4.6.1 能量分析55-58
• 4.6.2 碰撞力分析58-59
• 4.7 本章小结59-61
• 第五章 改进性三用工作船舷侧研究61-82
• 5.1 引言61
• 5.2 典型三用工作船舷侧结构与桩柱碰撞仿真分析61-65
• 5.2.1 结构损伤变形分析63-64
• 5.2.2 能量分析64-65
• 5.2.3 碰撞力分析65
• 5.3 三种不同边缘板厚的舷侧结构对能量及碰撞力影响65-70
• 5.3.1 结构损伤变形分析66-67
• 5.3.2 能量分析67-69
• 5.3.3 碰撞力分析69-70
• 5.4 甲板和舷侧三种不同连接形式的改进型舷侧70-80
• 5.4.1 碰撞速度为 5m/s时碰撞损伤变形及结果分析70-75
• 5.4.1.1 结构损伤变形分析71-73
• 5.4.1.2 能量分析73-75
• 5.4.1.3 碰撞力分析75
• 5.4.2 碰撞速度为 3m/s时碰撞损伤变形及结果分析75-80
• 5.4.2.1 结构损伤变形分析76-77
• 5.4.2.2 能量分析77-80
• 5.4.2.3 碰撞力分析80
• 5.5 小结80-82
• 第六章 总结及展位与创新点82-85
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 6.3 创新点84-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89-90
• 致谢90-91
• 附件91

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本文编号：1123684