船舶与海洋平台碰撞的动力特性研究

发布时间：2017-04-19 08:59

  本文关键词：船舶与海洋平台碰撞的动力特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着海洋石油开采的增加,需要建造大量的海洋平台。而由于海洋平台的增多,船舶与海洋平台碰撞事故在世界各地经常发生,且事故发生的频率越来越高。一旦发生此类事故,所导致的人员伤亡、财产损失以及环境破坏是惊人的。为了减少事故损失,有必要对船与海洋平台的碰撞机理进行研究。 船舶与海洋平台的碰撞是一个十分复杂的碰撞动力学问题,是两者在很短的时间内在巨大冲击载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程,且碰撞过程中存在多种不确定性因素,因此企图通过建立一个精确的数学模型使问题得到完全解析是不可能的。经过多年的发展,非线性有限元数值仿真正日益成为目前碰撞分析的最有效方法。 本文在总结前人研究的基础之上,提出一种建模分析方法。该方法对船舶与海洋平台进行合理的简化,避免传统方法中分步多次计算方式,简洁方便,减少对原始资料的依赖。同时还进行数值试验选择合适的材料模型和应变率状态。最后利用以上数值试验结果对一艘5000t船舶(含附连水质量)以1m/s、2m/s、5m/s三种速度碰撞平台时对其多种响应分析比较,得出一些有价值结论。 本文共分五章,第1章回顾船船碰撞机理、船舶与海洋平台碰撞及船桥碰撞的研究发展情况。第2章对船舶与海洋平台碰撞外部动力学的解析方法进行介绍,并对其中存在问题进行讨论,提出改进方法,并尝试在下面的分析中应用。第3章对碰撞仿真的有限元法进行介绍,并对本次计算所采用的显式非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行简要的介绍。第4章对船舶和导管架平台进行合理的简化并进行数值试验验证,同时选择合适的材料模型和应变率状态。最后利用以上数值试验结果对船舶以1m/s、2m/s、5m/s三种速度碰撞平台时进行计算分析,得出一些有价值的结论。第5章总结全文,并对进一步的研究工作进行展望。
【关键词】：船舶与海洋平台碰撞 动力响应 数值仿真 应变率 附连水
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 第1章 绪论7-21
• 1.1 选题的背景、目的和意义7-13
• 1.2 船舶与海洋工程碰撞动力学的国内外研究概况13-18
• 1.2.1 外部碰撞力学机理13-14
• 1.2.2 内部碰撞机理14-18
• 1.3 研究内容及创新点18-21
• 第2章 船舶与导管架平台碰撞的理论方法21-33
• 2.1 前言21
• 2.2 碰撞场景21-24
• 2.2.1 海上波浪环境21-22
• 2.2.2 事故发生频率、原因22-23
• 2.2.3 平台在事故前的位置、状态23
• 2.2.4 船舶的大小、速度23-24
• 2.2.5 船舶与平台碰撞的位置24
• 2.3 船舶与柔性平台的碰撞动力学24-29
• 2.3.1 撞击船的运动加速度25-26
• 2.3.2 碰撞的相对加速度26
• 2.3.3 碰撞时的受力26-27
• 2.3.4 碰撞时的冲量27-28
• 2.3.5 碰撞结束时的船体运动速度28-29
• 2.3.6 碰撞的能量分布29
• 2.4 关于此方法的讨论29-32
• 2.4.1 船舶外部流体动力作用问题29-31
• 2.4.2 局部变形及其时程分析问题31-32
• 2.5 结语32-33
• 第3章 碰撞仿真有限元法33-50
• 3.1 前言33
• 3.2 接触和碰撞问题的有限元理论33-45
• 3.2.1 接触面方程34-38
• 3.2.2 接触问题的求解方案38-41
• 3.2.3 接触问题的有限元离散41-44
• 3.2.4 有限元方程解法44-45
• 3.3 ANSYS／LS-DYNA程序概述45-50
• 3.3.1 ANSYS／LS-DYNA主要材料介绍46-48
• 3.3.2 ANSYS／LS-DYNA主要单元介绍48-49
• 3.3.3 ANSYS／LS-DYNA接触功能49-50
• 第4章 船舶与导管架平台碰撞的数值仿真50-81
• 4.1 引言50
• 4.2 选取模型介绍50-53
• 4.2.1 导管架平台50
• 4.2.2 船舶50-53
• 4.3 模型数值试验53-67
• 4.3.1 模型简化数值试验54-60
• 4.3.2 不同材料模型的数值试验60-67
• 4.4 不同碰撞速度时平台动力特性分析67-80
• 4.4.1 碰撞力分析68-69
• 4.4.2 碰撞的应力应变分析69-71
• 4.4.3 系统各类型能量时间历程71-74
• 4.4.4 平台位移的时程分析74-76
• 4.4.5 平台速度的时程分析76-77
• 4.4.6 平台加速度的时程分析77-79
• 4.4.7 分析小结79-80
• 4.5 结论80-81
• 第5章 总结和展望81-83
• 5.1 本文工作总结81-82
• 5.2 后续研究工作展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 丁红岩;乐丛欢;张浦阳;;双层立管在船舶撞击作用下结构行为分析[J];船舶力学;2010年08期

2 曲慧;霍静思;许超;;T形管节点落锤动态抗冲击性能试验研究[J];建筑结构学报;2013年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 乐丛欢;海洋平台基于结构碰撞损伤的风险评估[D];天津大学;2010年

2 李忠军;高架桥梁地震碰撞分析及控制[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 李鸿飞;自动化弹库接口技术及碰撞动力特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王珊;冲击载荷作用下船体结构的非线性动力响应分析[D];天津大学;2010年

3 时胜召;分布式交互仿真模拟技术的研究及其在深水海洋平台锚泊操作模拟中的应用[D];上海交通大学;2012年

4 杨亮;海洋导管架平台的耐撞特性研究[D];大连理工大学;2008年

5 陈云水;深水立管碰撞的有限元分析[D];上海交通大学;2008年

6 唐亮;刚性质量块撞击简支梁多次弹塑性接触模型研究[D];南京理工大学;2008年

7 陈凡;冲击荷载作用下热轧T型方钢管节点力学性能研究[D];湖南大学;2012年

8 金梦菊;船舶与自升式平台碰撞的动力特性研究[D];武汉理工大学;2013年

  本文关键词：船舶与海洋平台碰撞的动力特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：315890