舷侧管式耐冲击结构设计及力学性能研究

发布时间：2017-09-25 00:17

  本文关键词：舷侧管式耐冲击结构设计及力学性能研究

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【摘要】：世界各国经济的发展和全球经济一体化进程的加快,使得海上交通日趋繁忙,海洋平台数量越来越多,船舶碰撞事故时有发生,造成严重损失。船舶碰撞领域的研究工作一直在开展,各国学者相继进行大量研究。基于管式结构具有较高的强重比和吸能效率,将管式结构应用于舷侧结构探讨舷侧结构力学性能变化是一个研究方向。本文首先归纳概述管式结构和船舶防撞的研究历史和现状,基于此提出了三种管式夹层板,并使用非线性有限元软件ABAQUS建立管式夹层板的有限元模型,分析结构参数变化后碰撞力、能量吸收等变化趋势;用三种夹层板代替单壳船舷侧外板和肋骨,分析了新式舷侧的耐撞性;设计出新型纵桁--齿型纵桁结构,并应用于双舷侧结构,分析结构力学性能变化;最后将管式夹层板和齿型纵桁均应用于舷侧结构,形成新型管式舷侧结构,全面评估其耐撞性能。本文的主要研究工作及结论如下:(1)广泛阅读中外文献的基础上,对国内外船舶耐撞结构的设计方案及管状结构的研究进行归纳总结;学习了非线性有限元基本理论,对ABAQUS动态响应分析所用到的关键技术和分析流程进行消化吸收。(2)运用有限元软件,建立了椭圆管夹层板的有限元模型。讨论了夹层板的设计准则、建模方法、网格尺寸和能量守恒,为进一步开展夹层板的力学性能研究提供技术支持。(3)建立圆管夹层板、椭圆管夹层板和IO型夹层板模型,通过改变夹层板结构面板厚度、夹芯壁厚度及夹芯层排布方式,分析结构吸能、碰撞力及比能的变化规律。(4)在结构重量基本相等的前提下,将普通船体加筋板架等效成圆管夹层板、椭圆管夹层板和IO型夹层板,并将它们用于传统舷侧结构;对比分析传统结构和新式舷侧结构的耐撞性能,研究表明:在质量基本相当的前提下,三种舷侧结构能更好的抵抗冲击载荷,耐撞性能均显著增加;相同工况下IO型夹层板效果更优。(5)以增大结构参与变形的范围为思路,设计出齿型纵桁并进行数值仿真,选取三个典型位置与传统双舷侧结构对比分析,得出在1、2位置时结构耐撞性较好,在3位置时耐撞性未发生显著变化。(6)将管式夹层板和齿型纵桁同时应用于船舶舷侧结构,形成三种管式舷侧结构,将新型结构和传统结构做比较,得出新型结构能较好的防护船舶结构的结论。
【关键词】：管状结构 管式夹层板 舷侧耐撞 数值仿真 齿型纵桁
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 主要符号说明14-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 研究背景与意义15-17
• 1.2 国内外研究现状和方法17-23
• 1.2.1 管式耐冲击结构研究现状17-19
• 1.2.2 舷侧耐撞结构研究现状19-23
• 1.3 本文主要工作及创新点23-24
• 1.3.1 本文主要工作23
• 1.3.2 本文的创新点23-24
• 第二章 非线性有限元理论及夹层板数值仿真技术分析24-38
• 2.1 非线性有限元分析方法24-31
• 2.1.1 弹性力学基础24
• 2.1.2 动态问题的有限元求解方法24-25
• 2.1.3 材料模型25-27
• 2.1.4 ABAQUS动力学方程求解27-31
• 2.1.5 接触定义31
• 2.2 夹层板结构概述31-33
• 2.2.1 夹层板的分类31-32
• 2.2.2 夹层板的设计准则32
• 2.2.3 夹层板的优越性32-33
• 2.3 新型夹层板结构耐撞性有限元分析33-37
• 2.3.1 建模方案讨论33-34
• 2.3.2 网格尺寸讨论34-35
• 2.3.3 能量守恒35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 夹层板结构横向冲击性能研究38-57
• 3.1 引言38-39
• 3.2 圆管夹层板39-45
• 3.2.1 圆管壁厚对冲击性能的影响39-41
• 3.2.2 面板厚度对冲击性能的影响41-43
• 3.2.3 圆管中心间距对冲击性能的影响43-45
• 3.3 椭圆管夹层板45-50
• 3.3.1 椭圆管壁厚对冲击性能的影响45-46
• 3.3.2 面板厚度对冲击性能的影响46-48
• 3.3.3 椭圆管中心间距对冲击性能的影响48-50
• 3.4 IO型夹层板50-55
• 3.4.1 夹芯层壁厚对冲击性能的影响50-52
• 3.4.2 面板厚度对冲击性能的影响52-53
• 3.4.3 圆管中心间距对冲击性能的影响53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第四章 基于管式夹层板的船体耐撞结构设计57-69
• 4.1 引言57-59
• 4.1.1 管式夹层板舷侧概念设计57
• 4.1.2 碰撞方案及有限元模型57-59
• 4.2 传统舷侧结构59-61
• 4.2.1 结构损伤变形59-60
• 4.2.2 碰撞力及能量吸收60-61
• 4.3 圆管夹层板舷侧结构61-63
• 4.3.1 结构损伤变形61-62
• 4.3.2 碰撞力及能量吸收62-63
• 4.4 椭圆管夹层板舷侧结构63-65
• 4.4.1 结构损伤变形63-64
• 4.4.2 碰撞力及能量吸收64-65
• 4.5 IO夹层板舷侧结构65-67
• 4.5.1 结构损伤变形65-66
• 4.5.2 碰撞力及能量吸收66-67
• 4.6 夹层板舷侧与常规舷侧结构耐撞性能比较67-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 管式舷侧结构的耐撞设计研究69-88
• 5.1 引言69
• 5.2 碰撞方案及有限元模型69-72
• 5.2.1 常规双壳结构有限元模型69-70
• 5.2.2 齿型纵桁舷侧设计70-71
• 5.2.3 碰撞方案汇总71-72
• 5.3 新旧双壳舷侧结构碰撞性能分析72-79
• 5.3.1 损伤变形72-76
• 5.3.2 能量吸收76-77
• 5.3.3 碰撞力和撞头速度变化77-78
• 5.3.4 齿型纵桁舷侧结构与常规舷侧结构耐撞性能比较78-79
• 5.4 圆管夹层板-齿型纵桁耐撞性研究79-81
• 5.4.1 结构损伤变形图79-80
• 5.4.2 撞头速度、碰撞力及能量吸收80-81
• 5.5 椭圆管夹层板-齿型纵桁耐撞性研究81-84
• 5.5.1 结构损伤变形图81-82
• 5.5.2 撞头速度、碰撞力及能量吸收82-84
• 5.6 IO夹层板-齿型纵桁耐撞性研究84-87
• 5.6.1 结构损伤变形图84-85
• 5.6.2 撞头速度、碰撞力及能量吸收85-87
• 5.7 新式舷侧与常规舷侧结构耐撞性能比较87
• 5.8 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文93-94
• 致谢94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 朱明罡;刘敬喜;姜薇;肖曙明;;双壳结构形式对舷侧结构耐撞性能的影响[J];舰船科学技术;2010年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 武勇忠;多跨结构压力管道侧向冲击破坏的实验研究与计算机模拟[D];太原理工大学;2002年

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本文编号：914282