船-冰碰撞及加筋板耐撞性簡(jiǎn)化解析研究.pdf

1、隨著陸地油氣資源的日漸枯竭以及世界各工業(yè)國(guó)對(duì)資源的需求與日劇增，極地豐富的石油和天然氣成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。另外由于全球氣溫上升，極區(qū)永久冰山開(kāi)始融化，使得東亞至西歐及北美可以在夏季通航。然而航道上有大量冰山存在，給資源開(kāi)發(fā)和極地運(yùn)輸帶來(lái)碰撞問(wèn)題，造成船體結(jié)構(gòu)的破壞，可能導(dǎo)致原油泄露、生命安全和不可恢復(fù)的生態(tài)破壞。研究船舶與冰山碰撞，一方面可以為冰區(qū)船體的結(jié)構(gòu)防撞設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，另一方面為船體結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行預(yù)報(bào)和評(píng)估。
　　本研究分為兩

2、個(gè)部分：第一部分為船舶與冰山碰撞的數(shù)值模擬。首先基于非線性有限元和沖擊動(dòng)力學(xué)理論，通過(guò)LS-DYNA采用給定位移法對(duì)船舶-冰山碰撞進(jìn)行數(shù)值模擬，得到船舶與冰山變形能-撞深曲線，同時(shí)用MATLAB編程求得碰撞系統(tǒng)耗散能，二者相等時(shí)則確定碰撞結(jié)束。在此基礎(chǔ)上分析船體和冰山的損傷情況，并分析整個(gè)過(guò)程中碰撞力的變化趨勢(shì)以及舷側(cè)各構(gòu)件變形能的比例。然后計(jì)算了9種碰撞工況場(chǎng)景以探究不同位置、不同速度和不同冰山大小與材料對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，舷

3、側(cè)和冰山的損傷變形大部分位于碰撞接觸區(qū)，有很強(qiáng)的局部性；碰撞力隨撞深表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性變化，而且波動(dòng)上升；舷側(cè)外板與縱骨是船側(cè)的主要吸能構(gòu)件，因此針對(duì)與冰山碰撞的區(qū)域，增加外板厚度或加強(qiáng)舷側(cè)縱向構(gòu)件有利于提高結(jié)構(gòu)的耐撞性能。第二部分重點(diǎn)研究了船側(cè)構(gòu)件（板殼和梁）受拋物面撞頭撞擊的場(chǎng)景?；谒苄粤W(xué)和簡(jiǎn)化解析方法，建立了方板和梁受拋物面撞頭撞擊的解析計(jì)算模型。通過(guò)與一系列數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果和已有的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證分析了上述板殼和梁