砰擊載荷作用下船體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究.pdf

1、船舶在惡劣海況下航行時(shí)，由于劇烈的搖蕩運(yùn)動(dòng)，波浪和船體之間會(huì)發(fā)生猛烈的砰擊現(xiàn)象。砰擊不僅會(huì)造成船體局部結(jié)構(gòu)的損壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)破壞船體總縱強(qiáng)度，造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失。近年來，隨著造船技術(shù)的革新和海洋油氣資源開發(fā)的需要，各類船舶不斷向高速化和大型化發(fā)展，使得砰擊問題變得更加突出。因此，合理地開展船體結(jié)構(gòu)砰擊載荷預(yù)報(bào)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，已逐漸成為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及新式抗砰擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)和依據(jù)。
　　本文以船舶行業(yè)預(yù)研基金支撐項(xiàng)目為依托

2、，采用仿真計(jì)算和模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法開展了船體結(jié)構(gòu)砰擊載荷預(yù)報(bào)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究，分析了不同參數(shù)對(duì)砰擊載荷和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律，討論了剛性和彈性結(jié)構(gòu)對(duì)砰擊載荷預(yù)報(bào)的影響，并以船艏外飄板架結(jié)構(gòu)和船艏整體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，分析了其在典型砰擊場景下的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）歸納整理了結(jié)構(gòu)入水砰擊問題的經(jīng)典理論計(jì)算方法，明確了各種方法的思路和適用范圍，同時(shí)，詳細(xì)介紹了任意拉格朗日-歐拉（ALE）方法的基本原理，在此基

3、礎(chǔ)上，給出了解決結(jié)構(gòu)入水砰擊問題的數(shù)值仿真關(guān)鍵技術(shù)；
　?。?）設(shè)計(jì)開展了二維和三維結(jié)構(gòu)入水砰擊試驗(yàn)，得到了不同測(cè)點(diǎn)處的砰擊壓力分布情況，比較分析了不同斜升角及不同入水速度對(duì)砰擊壓力的影響規(guī)律，深入討論了三維效應(yīng)的作用，全面評(píng)估了各結(jié)構(gòu)的砰擊特性，為相關(guān)仿真計(jì)算方法的驗(yàn)證和完善提供了依據(jù)；
　　（3）采用大型有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)二維和三維結(jié)構(gòu)入水砰擊試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，系統(tǒng)分析了不同斜升角和不同入水速

4、度對(duì)砰擊壓力及垂向載荷的影響規(guī)律；通過與試驗(yàn)結(jié)果的比較，驗(yàn)證了仿真分析技術(shù)和載荷預(yù)報(bào)方法的可靠性；
　?。?）以砰擊試驗(yàn)和載荷預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，建立二維彈性楔形體及三維彈性圓錐體有限元模型，分析二維和三維結(jié)構(gòu)在砰擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，總結(jié)不同參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律，并討論了水彈性效應(yīng)對(duì)于砰擊壓力的影響，為后續(xù)船體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分析奠定了基礎(chǔ)；
　?。?）選取典型的船艏外飄砰擊和底部砰擊場景，確定了船艏外飄區(qū)域結(jié)構(gòu)簡化模型以