材料失效模型在船舶碰撞与搁浅数值仿真中的应用研究

发布时间：2020-08-22 14:38

【摘要】：随着计算机科技迅速进步,利用有限元数值模拟仿真功能对船舶的搁浅与碰撞场景开展研究,已经可以提供较为可靠准确的模拟结果,并且具有节省时间、人力与成本的优势。但是,在船舶碰撞与搁浅场景的有限元模拟中,如何合理定义钢板材料的断裂失效准则,是有限元技术中一个十分重要的问题。本文基于BWH失效准则理论假设,推导出一套适用于考虑硬化的各向同性材料失效准则公式,并利用LS-DYNA程序提供的材料二次开发功能进行二次开发编程,将此准则嵌入LS-DYNA程序中。之后,利用更新的LS-DYNA程序,以一组船舶搁浅模型试验为例,进行有限元数值仿真计算,之后与实验结果进行比较,验证所给出的钢板材料失效准则的恰当性。本文具体的研究内容如下:1.总结了材料失效准则近年来的进展,介绍常用的失效准则的应用方式;指出已有常用的材料失效准则的优缺点,以及其适用范围;分析了失效准则在船舶碰撞搁浅数值仿真中的应用以及LS-DYNA程序基本特点。2.基于BWH失效准则理论假设,采用power law材料模型,应用J2流动理论以及von mises准则,推导出一套适用于考虑硬化的各向同性材料的失效准则公式,对原有失效准则理论进行改进。3.对本文提出的材料失效准则进行应用研究利用非线性有限元方法中的图形返回算法,结合LS-DYNA材料二次开发理论,对LS-DYNA程序进行二次开发编程,并将此失效准则编程后嵌入了LS-DYNA程序中,编译出适用于此失效准则的求解程序。4.采用嵌入所提出材料失效准则的LS-DYNA二次开发程序,对一组NSWCCD船模搁浅试验进行有限元数值仿真应用,之后将模拟结果和试验结果比较,证实文章提出的材料失效准则的适用性和合理性。本文的研究重点关注了船舶碰撞与搁浅场景的有限元数值仿真模拟中,钢材材料失效准则的改进与应用。本文研究内容对船舶碰撞与搁浅有限元模拟的准确性和适当性提升具有一定的参考意义。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.7
【图文】：

第一章 绪论触礁遭遇搁浅，船侧破损出现长达 70 余米的裂痕，并导致大量海水渗入斜，最终造成 32 人丧生。2014 年 4 月 16 日，一艘从仁川港出发前往济船，由于修改航线触碰海底暗礁等原因，在韩国西南部海域下沉，如图，船上约有 450 人，大部分是前往济州岛郊游的高中学生，本次事故造成难，至今仍有 9 人下落不明。

图 1-1 单壳油轮与集装箱船碰撞现场Fig.1-1 Collision accident between a tanker and a container ship

图 1-3 荷兰实船碰撞试验图 1-3 Carrier collision experiment carried out in the Netherlands船舶发生碰撞搁浅时，船体结构会发生极大的塑性变形以及断裂。解析方法是基于弹塑性力学理论，通过观察试验或者有限元仿真中船体结构实际变形情况提出简化的解析数学模型反映变形特点，随后通过对数学模型的求解计算得到撞深与变形阻力及撞深与能量耗散等关系的估算方法。简化的解析方法是评估船舶结构抗撞性能的快速工具，特别是在初步设计、风险评估和结构优化阶段。此外，通过塑性机理分析开发的简化解析方法可以揭示船舶碰撞搁浅期间结构塑性变形的主要特征。因其计算简便且在有限的数值计算下可以得到准确性较高的结果，近年来在船舶碰撞搁浅研究领域有广泛应用并且得到了相应发展，各国研究人员已经开发了许多简化的解析公式。Wang[16]通过研究四种主要失效模式的结构损伤情况，提出了多个简洁适用的解析公式来预测船体发生碰撞时的强度。Wierzbick和 Driscoll[17]早期描述了腹板的破裂特性，他们为后屈曲变形提出了一个简化的解

【参考文献】

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1 刘敬喜;崔o

本文编号：2800790