船舶碰撞机理的数值仿真与试验研究

发布时间：2017-05-04 09:01

  本文关键词：船舶碰撞机理的数值仿真与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着航运业与交通运输业的飞速发展,无论海上或内河,航行船只数量和吨位迅猛增加,且航速不断提高,航线也十分拥挤,因而船舶碰撞事故时有发生。船舶碰撞是指船舶在海上或者与海相通的可航水域发生接触造成损害的事故,其后果往往是灾难性的,例如人员伤亡,船只沉没,结构物损坏,甚至环境污染等。因此,无论从安全与经济角度、还是从环境保护角度来看,进行船舶碰撞机理及其损伤性能的研究具有重要的现实意义。 本文采用数值仿真和试验方法,建立碰撞模型,分别在有水与无水状态下发生碰撞作用(简称干碰与湿碰),对比分析干碰与湿碰得到的最大碰撞力,探讨了水对碰撞过程的影响。 研究的主要内容如下： 1)建立了简单的有限元碰撞模型,用于模拟撞击体正面撞击固定障碍物。其中,撞击体纵向移动,被撞体四周固支。利用该碰撞模型,分别进行干碰与湿碰工况,湿碰工况通过流固耦合方法实现。比较两种工况计算得到的最大碰撞力,发现干碰最大碰撞力均大于湿碰最大碰撞力,说明水减小了碰撞力大小,由于水的阻尼效应,阻碍了碰撞运动。 2)设计了一套可靠合理的碰撞试验体系,用于探讨水对碰撞过程的影响。撞击船是一条在船头设有钢制撞击板的木质船模,它由系有重物的钢丝绳牵引前进,与固定在池壁上的压力传感器发生正面碰撞,钢制撞击板与压力传感器发生接触作用。碰撞模型分别进行了数百次干碰与湿碰试验。进行干碰工况时,木质船模在角钢轨道上滚动前进。通过对比分析两种工况试验测得的最大碰撞力,发现干碰工况下的最大碰撞力大于湿碰工况,进一步说明由于水的阻尼效应,水对碰撞运动起阻碍作用,并吸收了撞击船的部分碰撞动能,使得碰撞力减小。
【关键词】：船舶碰撞 附连水质量 流固耦合 有限元 干碰 湿碰
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U661.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 本文的研究背景及意义9-10
• 1.2 船舶碰撞机理研究概况10-18
• 1.2.1 统计分析方法10-12
• 1.2.2 数值分析方法12-15
• 1.2.3 试验研究方法15-18
• 1.3 船舶碰撞及船桥碰撞力中对流体的处理18-21
• 1.3.1 船舶碰撞对流体的处理18-20
• 1.3.2 船桥碰撞力及对流体的处理20-21
• 1.4 本文的主要研究内容21-22
• 第2章 非线性有限元理论及关键技术22-33
• 2.1 非线性有限元软件概述22-23
• 2.2 非线性有限元控制方程23-25
• 2.3 非线性有限元方程求解25-29
• 2.3.1 拉格朗日求解26-27
• 2.3.2 欧拉求解27
• 2.3.3 拉格朗日—欧拉耦合求解27-29
• 2.4 沙漏控制29-30
• 2.5 接触与摩擦30-32
• 2.5.1 接触算法30-31
• 2.5.2 摩擦力的计算31-32
• 2.6 材料的应变率敏感性32-33
• 第3章 船舶碰撞机理的数值计算研究33-49
• 3.1 船舶碰撞数值仿真的三种典型方法33-36
• 3.1.1 流固耦合法33-34
• 3.1.2 附加质量法34-35
• 3.1.3 等效船体梁法35-36
• 3.2 碰撞模型化技术36-39
• 3.2.1 模型建立36-38
• 3.2.2 材料模型38-39
• 3.2.3 初始条件及边界条件39
• 3.2.4 接触碰撞39
• 3.2.5 计算效率39
• 3.3 纵移运动时周围水对碰撞的影响39-48
• 3.3.1 湿碰结果40-43
• 3.3.2 干碰结果43-46
• 3.3.3 结果分析46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 船舶碰撞机理的试验研究49-66
• 4.1 概述49
• 4.2 试验模型49-53
• 4.2.1 模型的设计49-52
• 4.2.2 试验测试仪器52-53
• 4.3 试验方案53-59
• 4.3.1 水中碰撞(湿碰)54-57
• 4.3.2 空气中碰撞(干碰)57-59
• 4.4 试验结果59-65
• 4.4.1 压力传感器标定及光电开关测速59-60
• 4.4.2 干碰试验结果60-61
• 4.4.3 湿碰试验结果61-63
• 4.4.4 试验结果分析63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 论文的工作总结66-67
• 5.2 论文的主要创新点67
• 5.3 论文工作展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间的科研工作和论文发表情况73-74
• 附表4-4：吃水0.05 7m干碰时速度与碰撞力74-76
• 附表4-5：吃水0.08 0m干碰时速度与碰撞力76-78
• 附表4-6：吃水0.05 7m湿碰时速度与碰撞力78-80
• 附表4-7：吃水0.08 0m湿碰时速度与碰撞力80-81

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