船-冰碰撞及加筋板耐撞性簡化解析研究.pdf

1、隨著陸地油氣資源的日漸枯竭以及世界各工業(yè)國對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。另外由于全球氣溫上升，極區(qū)永久冰山開始融化，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，給資源開發(fā)和極地運輸帶來碰撞問題，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)計進行指導(dǎo)，另一方面為船體結(jié)構(gòu)損傷進行預(yù)報和評估。
　　本研究分為兩

2、個部分：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力學(xué)理論，通過LS-DYNA采用給定位移法對船舶-冰山碰撞進行數(shù)值模擬，得到船舶與冰山變形能-撞深曲線，同時用MATLAB編程求得碰撞系統(tǒng)耗散能，二者相等時則確定碰撞結(jié)束。在此基礎(chǔ)上分析船體和冰山的損傷情況，并分析整個過程中碰撞力的變化趨勢以及舷側(cè)各構(gòu)件變形能的比例。然后計算了9種碰撞工況場景以探究不同位置、不同速度和不同冰山大小與材料對結(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)，有很強的局部性；碰撞力隨撞深表現(xiàn)出很強的非線性變化，而且波動上升；舷側(cè)外板與縱骨是船側(cè)的主要吸能構(gòu)件，因此針對與冰山碰撞的區(qū)域，增加外板厚度或加強舷側(cè)縱向構(gòu)件有利于提高結(jié)構(gòu)的耐撞性能。第二部分重點研究了船側(cè)構(gòu)件（板殼和梁）受拋物面撞頭撞擊的場景。基于塑性力學(xué)和簡化解析方法，建立了方板和梁受拋物面撞頭撞擊的解析計算模型。通過與一系列數(shù)值模擬計算結(jié)果和已有的模型試驗數(shù)據(jù)進行對比，驗證分析了上述板殼和梁