冲击载荷下船舶舷侧液舱结构动力响应特性研究
发布时间：2021-08-03 06:08
全球贸易的发展促使航运业日趋繁荣,运输船舶的吨位、数量以及航速不断增加导致航线变得十分拥挤,船舶碰撞事故常有发生,不仅造成人员和经济上的巨大损失,而且给海洋环境带来严重危害,因此提高船舶结构的耐撞性能成为亟待解决的关键技术。为了减小碰撞事故造成的结构损伤和环境污染,部分民用运输船舶采用双层壳结构,在船舶碰撞的过程中,双层壳之间存在的大量压载水可用于吸收和分散能量,从而保护船舶的舷侧结构。本文主要利用试验和数值仿真方法研究舷侧液舱结构在冲击载荷下的动态响应,并讨论顶板厚度和冲击速度等因素对数值仿真结果的影响。论文的主要工作如下:（1）阐述了研究船舶碰撞问题的常用理论和基本方法,介绍了船舶碰撞数值仿真中的非线性有限元理论,并针对数值模拟中的相应关键技术进行归纳整理。（2）基于简化的碰撞模型,开展了典型船舶舷侧液舱结构的碰撞试验,讨论了顶板厚度、冲击速度以及充液情况对液舱结构动态响应的影响,并分析了撞头加速度、结构变形和冲击波压力等试验数据,说明液体在碰撞过程中对顶板有良好的缓冲和保护作用。（3）根据舷侧液舱结构碰撞试验的过程,利用非线性有限元软件LS-DYNA进行数值仿真研究。本文建立了不...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１船舶与桥梁碰撞现场
油船全船起火，右倾严重，而散货船船艏严重变形，此次事故导致３２名船员死??亡，并有大量原油外泄，海面受到污染，经济损失超过百亿。??图１－１船舶与桥梁碰撞现场?图１－２油船与散货船碰撞现场??船舶碰撞是一个非常复杂的非线性动态响应问题，整个过程伴随着材料非线性、??接触非线性以及几何非线性等许多非线性问题＠］。此外，船舶碰撞的作用时间极短，??一般都在零点几秒，但是产生的撞击力却是巨大的。并且船舶碰撞不仅是单纯某个??学科的问题，而是典型的多学科交叉问题。除了船舶学科以外，碰撞过程还涉及了??很多力学知识，而对于船舶撞击桥梁的情况，还需要了解被撞物的相关知识，因此??研宄船舶碰撞问题实际上面临着很大的挑战。当船舶发生碰撞后，损伤往往出现在??船舶构件和被撞物上，在之前的研宄工作中，人们更加注重船舶钢结构材料和舷侧??结构形式的耐撞性能
针对船舶与固定物碰撞的情况，Ｈｅｉｎｓ和Ｄｅｍｃｈｅｒ［２１］提出了一个简化方案??来研究碰撞区域结构的能量交换问题。该方法反映了船舶撞击桥梁的动态过程，它??将船舶与桥墩及其防护措施等效成一个由质量和弹簧组成的数学模型，如图１－４所示，??并假设船舶为一个质量点，非线性弹簧则用来模拟船舶与桥墩之间的相互作用。当??一艘质量为Ｍ的船舶以航速Ｆ撞击桥梁，假设非线性弹簧的刚度为Ｉ通过一系列??计算之后可以得到船舶碰撞问题所需的数据，例如被撞区域结构的最大变形、最大??加速度、碰撞的持续时间以及撞击力。??在该理论中，船舶运动产生的初始动能在碰撞过程中主要转化为三部分：第一??部分，桥墩受到碰撞后吸收的能量；第二部分，碰撞后船体结构变形所吸收的能量；??第三部分，船舶与桥梁结构在碰撞中产生的摩擦所耗散的能量。此外，还有一些能??量以其他形式损失，比如船舶或桥梁的防护装置等等。由于碰撞过程中的整个系统??能量守恒
【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元法在船舶碰撞事故调查中的应用[J]. 刘超,李范春. 中国航海. 2014(02)
[2]汽车碰撞仿真中沙漏控制算法研究[J]. 高晖,李光耀. 汽车工程. 2008(08)
[3]基于模型试验和数值模拟方法的深吃水立柱式平台碰撞特性[J]. 胡志强,崔维成,杨建民. 上海交通大学学报. 2008(06)
[4]计及船体梁载荷影响的船舶舷侧结构碰撞性能[J]. 陶亮,马骏. 中国造船. 2007(03)
[5]从美国阳光大道桥被撞重建看现有桥梁防撞风险评估[J]. 邵旭东,占雪芳,廖朝华,晏班夫,刘俊珂. 公路. 2007(08)
[6]舰船防护水舱在接近爆炸载荷作用下响应的理论研究[J]. 杜志鹏,李晓彬,夏利娟,金咸定. 船舶力学. 2007(01)
[7]水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究[J]. 朱锡,张振华,刘润泉,朱云翔. 爆炸与冲击. 2004(02)
[8]船舶碰撞与触底事故的数值仿真[J]. 顾永宁,胡志强,高震. 上海交通大学学报. 2003(08)
[9]船艏横向框架对船艏碰撞性能的影响[J]. 江华涛,顾永宁. 上海交通大学学报. 2003(07)
[10]船撞桥设计理论的现状与需进一步研究的问题[J]. 项海帆,范立础,王君杰. 同济大学学报(自然科学版). 2002(04)
博士论文
[1]船舶—桥梁碰撞动力分析及船撞作用下桥梁结构可靠度研究[D]. 张景峰.西南交通大学 2016
[2]基于耐撞性的新型船舶结构形式研究[D]. 刘峰.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]基于非线性有限元方法的船舶—冰层碰撞数值研究[D]. 王健伟.上海交通大学 2015
[2]基于船舶碰撞危险度的避碰决策研究[D]. 任鹏.大连海事大学 2015
[3]论海洋油污损害赔偿中的纯经济损失[D]. 张和宾.大连海事大学 2014
[4]长江干线航运发展与流域经济适应性评价研究[D]. 苏凡.武汉理工大学 2013
[5]船舶碰撞机理的数值仿真与试验研究[D]. 谭忠华.武汉理工大学 2012
[6]小型艇舷侧耐撞结构研究[D]. 高嵩.上海交通大学 2011
[7]干摩擦对机械振动特性影响分析[D]. 魏井福.西安建筑科技大学 2010
[8]广东九江大桥拆除方案研究[D]. 刘维.西南交通大学 2009
[9]船舶舷侧结构碰撞性能研究[D]. 陶亮.大连理工大学 2006
本文编号：3319092
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１船舶与桥梁碰撞现场
油船全船起火，右倾严重，而散货船船艏严重变形，此次事故导致３２名船员死??亡，并有大量原油外泄，海面受到污染，经济损失超过百亿。??图１－１船舶与桥梁碰撞现场?图１－２油船与散货船碰撞现场??船舶碰撞是一个非常复杂的非线性动态响应问题，整个过程伴随着材料非线性、??接触非线性以及几何非线性等许多非线性问题＠］。此外，船舶碰撞的作用时间极短，??一般都在零点几秒，但是产生的撞击力却是巨大的。并且船舶碰撞不仅是单纯某个??学科的问题，而是典型的多学科交叉问题。除了船舶学科以外，碰撞过程还涉及了??很多力学知识，而对于船舶撞击桥梁的情况，还需要了解被撞物的相关知识，因此??研宄船舶碰撞问题实际上面临着很大的挑战。当船舶发生碰撞后，损伤往往出现在??船舶构件和被撞物上，在之前的研宄工作中，人们更加注重船舶钢结构材料和舷侧??结构形式的耐撞性能
针对船舶与固定物碰撞的情况，Ｈｅｉｎｓ和Ｄｅｍｃｈｅｒ［２１］提出了一个简化方案??来研究碰撞区域结构的能量交换问题。该方法反映了船舶撞击桥梁的动态过程，它??将船舶与桥墩及其防护措施等效成一个由质量和弹簧组成的数学模型，如图１－４所示，??并假设船舶为一个质量点，非线性弹簧则用来模拟船舶与桥墩之间的相互作用。当??一艘质量为Ｍ的船舶以航速Ｆ撞击桥梁，假设非线性弹簧的刚度为Ｉ通过一系列??计算之后可以得到船舶碰撞问题所需的数据，例如被撞区域结构的最大变形、最大??加速度、碰撞的持续时间以及撞击力。??在该理论中，船舶运动产生的初始动能在碰撞过程中主要转化为三部分：第一??部分，桥墩受到碰撞后吸收的能量；第二部分，碰撞后船体结构变形所吸收的能量；??第三部分，船舶与桥梁结构在碰撞中产生的摩擦所耗散的能量。此外，还有一些能??量以其他形式损失，比如船舶或桥梁的防护装置等等。由于碰撞过程中的整个系统??能量守恒
【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元法在船舶碰撞事故调查中的应用[J]. 刘超,李范春. 中国航海. 2014(02)
[2]汽车碰撞仿真中沙漏控制算法研究[J]. 高晖,李光耀. 汽车工程. 2008(08)
[3]基于模型试验和数值模拟方法的深吃水立柱式平台碰撞特性[J]. 胡志强,崔维成,杨建民. 上海交通大学学报. 2008(06)
[4]计及船体梁载荷影响的船舶舷侧结构碰撞性能[J]. 陶亮,马骏. 中国造船. 2007(03)
[5]从美国阳光大道桥被撞重建看现有桥梁防撞风险评估[J]. 邵旭东,占雪芳,廖朝华,晏班夫,刘俊珂. 公路. 2007(08)
[6]舰船防护水舱在接近爆炸载荷作用下响应的理论研究[J]. 杜志鹏,李晓彬,夏利娟,金咸定. 船舶力学. 2007(01)
[7]水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究[J]. 朱锡,张振华,刘润泉,朱云翔. 爆炸与冲击. 2004(02)
[8]船舶碰撞与触底事故的数值仿真[J]. 顾永宁,胡志强,高震. 上海交通大学学报. 2003(08)
[9]船艏横向框架对船艏碰撞性能的影响[J]. 江华涛,顾永宁. 上海交通大学学报. 2003(07)
[10]船撞桥设计理论的现状与需进一步研究的问题[J]. 项海帆,范立础,王君杰. 同济大学学报(自然科学版). 2002(04)
博士论文
[1]船舶—桥梁碰撞动力分析及船撞作用下桥梁结构可靠度研究[D]. 张景峰.西南交通大学 2016
[2]基于耐撞性的新型船舶结构形式研究[D]. 刘峰.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]基于非线性有限元方法的船舶—冰层碰撞数值研究[D]. 王健伟.上海交通大学 2015
[2]基于船舶碰撞危险度的避碰决策研究[D]. 任鹏.大连海事大学 2015
[3]论海洋油污损害赔偿中的纯经济损失[D]. 张和宾.大连海事大学 2014
[4]长江干线航运发展与流域经济适应性评价研究[D]. 苏凡.武汉理工大学 2013
[5]船舶碰撞机理的数值仿真与试验研究[D]. 谭忠华.武汉理工大学 2012
[6]小型艇舷侧耐撞结构研究[D]. 高嵩.上海交通大学 2011
[7]干摩擦对机械振动特性影响分析[D]. 魏井福.西安建筑科技大学 2010
[8]广东九江大桥拆除方案研究[D]. 刘维.西南交通大学 2009
[9]船舶舷侧结构碰撞性能研究[D]. 陶亮.大连理工大学 2006
本文编号：3319092
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