橋梁復(fù)合材料防撞設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著我國(guó)交通行業(yè)的迅速發(fā)展，截止2016年底我國(guó)公路橋梁總數(shù)已超過80萬座，鐵路橋梁總數(shù)已超過20萬座，已成為世界第一橋梁大國(guó)。橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)量越來越多，特別是跨江跨河和跨海橋梁數(shù)量的增多使其面臨的船撞風(fēng)險(xiǎn)越來越大。為了預(yù)防船撞橋梁事故，橋梁設(shè)計(jì)者采取了許多相應(yīng)的防范措施，其中就包括對(duì)已修建或在建橋梁加裝被動(dòng)防撞裝置。防撞裝置的作用就是通過改變船舶的撞擊方向或者減少船舶撞擊力來降低對(duì)橋梁的損害，與此同時(shí)盡可能的減小對(duì)船舶和防撞裝置造成的損

2、害。在我國(guó)的許多橋梁上船橋碰撞的橋墩防護(hù)裝置已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，但是對(duì)于大型防撞裝置，普遍存在著一些問題，或設(shè)計(jì)的撞擊承載能力大大超過了發(fā)生一般船橋碰撞的真實(shí)值，或者沒有根據(jù)船舶碰撞的方式進(jìn)行優(yōu)化，造成了大量的人力物力財(cái)力的浪費(fèi)。究其原因，主要是兩方面造成:一是由于時(shí)代因素，對(duì)船舶碰撞機(jī)理及碰撞力的估算不夠準(zhǔn)確，從而錯(cuò)誤地估算了防護(hù)裝置所需要的撞擊承載能力;二是其結(jié)構(gòu)形式還可以進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低建設(shè)、維護(hù)成本。本文以

3、復(fù)合材料防撞套箱為研究背景，采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)幾種防撞等級(jí)的套箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。
　　本文通過非線性有限元軟件LS-DYNA進(jìn)行船橋碰撞的仿真分析，通過MATLAB軟件進(jìn)行復(fù)合材料套箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要的研究工作如下:
　　(1)采用有限元分析的方法，建立了船舶撞擊復(fù)合材料套箱模型，通過仿真分析不同防撞等級(jí)下復(fù)合材料套箱的三種不同緩沖筒布置形式，得到了船撞力和套箱撞深等動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程曲線。
　　(2)對(duì)不同防撞等

4、級(jí)套箱的三種不同緩沖筒布置形式分別進(jìn)行擬靜力有限元仿真計(jì)算，通過分析得到各套箱的壓縮剛度。
　　(3)綜合分析各復(fù)合材料套箱的動(dòng)力響應(yīng)和壓縮剛度，歸納總結(jié)出套箱合理的剛度區(qū)間。同時(shí)找出各防撞等級(jí)套箱內(nèi)緩沖筒最合理的布置形式。
　　(4)把套箱的外殼厚度和緩沖筒的壁厚兩個(gè)參數(shù)當(dāng)作設(shè)計(jì)優(yōu)化變量，隨機(jī)選取樣本點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，得到相應(yīng)的船撞力、套箱總質(zhì)量和套箱吸收的總內(nèi)能。然后，分別對(duì)前面選擇出來的三種防撞等級(jí)的復(fù)合材料套箱，通