开敞式码头在船舶撞击下的动力响应分析

发布时间：2017-07-20 20:18

  本文关键词：开敞式码头在船舶撞击下的动力响应分析

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【摘要】：开敞式码头的结构一般无防波堤或者无天然屏障掩护。当前建设港口有一种向深水发展的趋势。近年来,海运技术和各大航道条件的提高和改善,船舶载货量不断增加,船舶由中小型往大型化发展的趋势越来越明显。因为大型化船舶在运输过程中抵抗外界风浪的能力很强,带来的经济效益相比小型船舶较高。在大型船舶停靠码头卸货的过程中,对泊稳条件的要求比较低,但是因为装载的货物比较多,因此需要相关的专业化的装卸设备,这就给在深水中建设开敞式码头创造了有利的条件。船舶在波浪作用下对码头的撞击力往往是码头的主要水平载荷,因此研究开敞式码头结构在船舶撞击下的动力响应具有非常重要的工程意义。本文选择某10万吨级油船和江苏洋口港开敞式码头为研究对象,采用数值仿真的方法,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件研究开敞式码头结构在某10万吨级油船撞击下的动力响应。本文首先介绍了结构流固耦合分析的基本理论,包括流体运动的描述、流体运动的基本方程、流固耦合问题的分类以及流固耦合方程的建立。接着介绍了结构模态分析的相关理论,最后介绍了结构碰撞数值解法的基本理论,包括船舶运动的简化运动方程、船舶与码头碰撞理论方法和附加质量法理论。接着运用ANSYS软件建立开敞式码头结构和水体的有限元模型,基于流-固耦合条件下对开敞式码头进行模态分析。分析结果得出,此开敞式码头模型结构的前十阶模态分布当中,共有三个区间的固有频率是趋于稳定的,码头模型结构的固有频率的数值随着模态阶数的增加而不断增大。同时对开敞式码头结构的动力特性进行分析和讨论,针对码头在无水工况、低水位工况以及高水位工况下的固有频率进行了对比分析,码头结构的固有频率在有水工况下的数值比在无水工况下的数值较小,在高水位工况下的数值比在低水位工况下的数值小。这是因为在模态分析中,水体对码头模型结构固有特性的影响作用表现在水体以附加质量和阻尼的形式作用在结构上,从而导致码头模型结构的固有频率降低。为后期开敞式码头结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和未来开敞式码头结构动态特性的优化设计提供理论的参考依据。在此基础上,运用ANSYS软件模拟10万吨油船分别以不同的速度与开敞式码头结构进行相互碰撞分析。在船舶与开敞式码头结构碰撞碰撞过程中,船舶的动能会转化为船舶自身的内能(变形能)及剩余的动能、开敞式码头结构的内能(变形能)及动能、沙漏能以及滑移能,在整个碰撞过程中系统能量是守恒的。根据得到的一系列数据,研究撞击过程中开敞式码头结构的位移时程变化以及对不同规范下的最大撞击力进行对比分析。最后,根据开敞式码头结构的等效应力云图,分析码头结构的在不同时刻的等效应力分布情况。在船舶与开敞式码头碰撞过程中,船舶与码头混凝土结构接触面区域、桩基与码头上部结构连接处区域以及中间工作平台和两侧靠船墩连接区域都会产生很高的应力,接着对高应力区提出相应的改善和加固措施。
【关键词】：开敞式码头 流-固耦合 模态分析 固有频率 动力响应
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U656.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 选题背景及研究意义14
• 1.2 国内外船舶与码头碰撞事故介绍14-16
• 1.2.1 国外船舶与码头碰撞事故15
• 1.2.2 国内船舶与码头碰撞事故15-16
• 1.3 国内外研究现状与方法16-19
• 1.3.1 船舶碰撞理论与方法研究现状16-17
• 1.3.2 船舶与码头碰撞研究现状17-19
• 1.3.3 码头模态分析研究现状19
• 1.4 本文的主要研究内容及方法19-20
• 1.5 本文主要创新点20-21
• 第2章 码头结构动力响应分析的基本理论21-33
• 2.1 结构流固耦合分析的基本理论21-25
• 2.1.1 流体运动的描述21-22
• 2.1.2 流体运动的基本方程22-24
• 2.1.3 固体控制方程24
• 2.1.4 流固耦合方程24-25
• 2.2 结构模态分析的基本理论25-26
• 2.3 结构碰撞数值解法的基本理论26-31
• 2.3.1 船舶运动的简化运动方程26-27
• 2.3.2 船舶与码头碰撞理论方法27-29
• 2.3.3 附加质量法理论29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 开敞式码头结构的模态分析33-49
• 3.1 有限元方法的运用33-35
• 3.1.1 有限元软件ANSYS简介33-34
• 3.1.2 ANSYS软件的模态分析介绍34-35
• 3.2 模态分析模型及计算35-41
• 3.2.1 开敞式码头的分析模型35-37
• 3.2.2 模型材料的选取37-38
• 3.2.3 模型单元的选取38-39
• 3.2.4 码头模型边界条件的确定39-41
• 3.3 计算结果研究分析41-48
• 3.3.1 码头结构固有频率的分析41-43
• 3.3.2 码头结构振型分析43-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 开敞式码头在船舶撞击下的动力响应分析49-79
• 4.1 前言49
• 4.2 碰撞分析软件介绍49-52
• 4.2.1 简介49-50
• 4.2.2 ANSYS/LS-DYNA的几个注意事项50-52
• 4.3 LS-DYNA软件在碰撞分析中的应用52-56
• 4.3.1 接触类型介绍52-53
• 4.3.2 LS-DYNA接触算法介绍53-54
• 4.3.3 显示非线性有限元计算方法54-56
• 4.4 船舶-码头结构碰撞分析计算仿真模型56-59
• 4.4.1 开敞式码头结构模型56
• 4.4.2 船舶模型56-57
• 4.4.3 水体模型57
• 4.4.4 模型的边界条件57
• 4.4.5 模型单元以及材料参数的选取57-59
• 4.5 开敞式码头结构的动力特性分析59-76
• 4.5.1 撞击过程中系统的能量大小及分布60-62
• 4.5.2 撞击过程中开敞式码头结构的位移大小及分布62-68
• 4.5.3 撞击过程中撞击力大小及分布68-74
• 4.5.4 撞击过程中开敞式码头结构的应力云图分析74-76
• 4.6 本章小结76-79
• 第5章 总结与展望79-81
• 5.1 全文总结79-80
• 5.2 研究展望80-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果85-87
• 致谢87

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1 杨希宏;翁祖章;;对开敞式码头总体设计若干问题的探讨[J];港工技术通讯;1981年03期

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3 徐利民;;外海开敞式码头稳定计算的几个问题[J];华南港工;1999年03期

4 徐利民;外海开敞式码头稳定计算的几个问题[J];水运工程;2001年08期

5 李冠华;;开敞式码头面高程的确定[J];港工技术;2008年02期

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本文编号：569831