船舶与桥墩撞击力-撞深关系概率模型
发布时间：2019-11-09 09:48
【摘要】：为考虑船桥碰撞过程中荷载的随机性,进行了轮船撞击刚性墙的模拟计算。考虑到船舶结构的多样性,建立了9艘不同吨位和尺寸轮船的有限元模型,并以9种不同的速度撞击刚性墙,得到了81条船撞击力-撞深过程样本曲线。将样本曲线量纲一化,并采用21个离散点近似表示每条量纲一化曲线,在各离散点处对量纲一化撞击力进行了统计分析。通过对概率密度函数进行限界修正,建立了撞击力-撞深过程的概率统计模型,最后在统计意义上对概率模型的参数取值进行了讨论。研究结果表明:在各撞深处的量纲一化撞击力近似服从正态分布;限界修正方法消除了随机变量在数学意义与物理意义上的矛盾,提高了模型的适用性;所建立的概率模型在统计意义上与数值模拟获得的样本吻合良好。
【图文】：
撞击速度均会对碰撞计算结果造成很大的影响。根据已有的事故调查资料［１，１９］，船首撞击事故在所有船撞桥事故中占有较大比例。此外，Ｓａｕｌ等［２０］的研究表明，在船首正撞的情况下，船体的动能会最大程度地转化为船首结构的内能。从桥梁工程结构船撞设计的角度出发，将被撞的桥梁构建处理为刚性墙面，会得到船舶撞击力的一个偏于保守的估计，因此船首正面撞击刚性墙的研究结果被许多设计规范［１－２］所采用。本文中采用了这种简化的处理方式，数值模拟计算的力学模型见图１。图１船舶船首正撞刚性墙示意Ｆｉｇ．１ＳｈｉｐＢｏｗ－ｒｉｇｉｄＷａｌｌＨｅａｄ－ｏｎＣｏｌｌｉｓｉｏｎＭｏｄｅｌ在接触问题的分析中［５］，网格划分细密，同时单元形状良好，有利于提高计算精度。对于船舶正撞刚性墙过程，船首结构会出现屈曲、压溃等破坏现象，因此要得到一个真实的撞击过程，必须准确地模拟船首的形状和构造。因此在船舶建模时对参与接触的船首部分作了比较精细的模拟，远离碰撞区域的部分网格划分相对较粗，并以刚体代替。在船首建模中钢材采用线性随动强化弹塑性本构关系，另外船舶的碰撞过程为瞬态过程［５］，碰撞中钢材的应变率很大，所以应在分析中考虑材料应变率的影响。钢材应变率敏感性的本构方程很多，其中Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ本构方程［２１］与试验数据吻合较好，使用最为广泛，本文中使用Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ方程考虑应变率效应时，线性随动强化弹塑性本构方程［２２］的屈服函数φ、屈服强度σｙ和屈服中心αｉｊ分别为φ＝１２ξｉｊξｉｊ－σ２ｙ３＝０σｙ＝［１＋
图２各吨位船舶船首结构Ｆｉｇ．２ＢｏｗＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳｈｉｐｓ图３船首有限元模型Ｆｉｇ．３ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌｓｏｆＳｈｉｐＢｏｗｓ布，检验结果如图７所示。根据均值与方差的无偏估计［２３］，ｚｋ处随机变量β（ｚｋ）的均值和标准差的值见图８。由于正态分布的定义区间为（－∞，＋∞），，船撞刚性墙时实际撞击力不可能趋于无穷大，也不可能取负值，对应的量纲一化撞击力同样如此，因此应对该量纲一化撞击力的取值范围进行修正。本文中使用了二次抛物线函数对正态分布概率密度函数进行修正，将ｚｋ处的量纲一化撞击力最大值βｍａｘ（ｚｋ）和最小值βｍｉｎ（ｚｋ）作为β（ｚｋ）的定义区间［ｘ１，ｘ２］，同时满足∫ｘ２ｘ１s冢妫ǎ洌剑保ǎ担┢渲衧冢妫ǎ┪拚母怕拭芏群浔泶锸轿猻冢妫ǎ剑妫保ǎ妫ǎ薄埽迹埃妫玻ǎ妫ǎ啊埽埽鴓舙膒疲玻妫保ǎ剑穑恚幔妫ǎ埃郏保ǎ埃玻ǎ保埃玻荩穑保妫ǎ保ǎ埃玻ǎ保埃玻薄埽迹埃妫玻ǎ剑穑恚幔妫ǎ埃郏保ǎ埃玻ǎ玻埃玻荩穑玻妫ǎ玻ǎ埃玻ǎ玻埃玻啊埽埽鴓蚿蘰
本文编号：2558385
【图文】：
撞击速度均会对碰撞计算结果造成很大的影响。根据已有的事故调查资料［１，１９］，船首撞击事故在所有船撞桥事故中占有较大比例。此外，Ｓａｕｌ等［２０］的研究表明，在船首正撞的情况下，船体的动能会最大程度地转化为船首结构的内能。从桥梁工程结构船撞设计的角度出发，将被撞的桥梁构建处理为刚性墙面，会得到船舶撞击力的一个偏于保守的估计，因此船首正面撞击刚性墙的研究结果被许多设计规范［１－２］所采用。本文中采用了这种简化的处理方式，数值模拟计算的力学模型见图１。图１船舶船首正撞刚性墙示意Ｆｉｇ．１ＳｈｉｐＢｏｗ－ｒｉｇｉｄＷａｌｌＨｅａｄ－ｏｎＣｏｌｌｉｓｉｏｎＭｏｄｅｌ在接触问题的分析中［５］，网格划分细密，同时单元形状良好，有利于提高计算精度。对于船舶正撞刚性墙过程，船首结构会出现屈曲、压溃等破坏现象，因此要得到一个真实的撞击过程，必须准确地模拟船首的形状和构造。因此在船舶建模时对参与接触的船首部分作了比较精细的模拟，远离碰撞区域的部分网格划分相对较粗，并以刚体代替。在船首建模中钢材采用线性随动强化弹塑性本构关系，另外船舶的碰撞过程为瞬态过程［５］，碰撞中钢材的应变率很大，所以应在分析中考虑材料应变率的影响。钢材应变率敏感性的本构方程很多，其中Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ本构方程［２１］与试验数据吻合较好，使用最为广泛，本文中使用Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ方程考虑应变率效应时，线性随动强化弹塑性本构方程［２２］的屈服函数φ、屈服强度σｙ和屈服中心αｉｊ分别为φ＝１２ξｉｊξｉｊ－σ２ｙ３＝０σｙ＝［１＋
图２各吨位船舶船首结构Ｆｉｇ．２ＢｏｗＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳｈｉｐｓ图３船首有限元模型Ｆｉｇ．３ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌｓｏｆＳｈｉｐＢｏｗｓ布，检验结果如图７所示。根据均值与方差的无偏估计［２３］，ｚｋ处随机变量β（ｚｋ）的均值和标准差的值见图８。由于正态分布的定义区间为（－∞，＋∞），，船撞刚性墙时实际撞击力不可能趋于无穷大，也不可能取负值，对应的量纲一化撞击力同样如此，因此应对该量纲一化撞击力的取值范围进行修正。本文中使用了二次抛物线函数对正态分布概率密度函数进行修正，将ｚｋ处的量纲一化撞击力最大值βｍａｘ（ｚｋ）和最小值βｍｉｎ（ｚｋ）作为β（ｚｋ）的定义区间［ｘ１，ｘ２］，同时满足∫ｘ２ｘ１s冢妫ǎ洌剑保ǎ担┢渲衧冢妫ǎ┪拚母怕拭芏群浔泶锸轿猻冢妫ǎ剑妫保ǎ妫ǎ薄埽迹埃妫玻ǎ妫ǎ啊埽埽鴓舙膒疲玻妫保ǎ剑穑恚幔妫ǎ埃郏保ǎ埃玻ǎ保埃玻荩穑保妫ǎ保ǎ埃玻ǎ保埃玻薄埽迹埃妫玻ǎ剑穑恚幔妫ǎ埃郏保ǎ埃玻ǎ玻埃玻荩穑玻妫ǎ玻ǎ埃玻ǎ玻埃玻啊埽埽鴓蚿蘰
本文编号：2558385
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/2558385.html
