計(jì)及材料動態(tài)非線性的船舶擱淺損傷特性及擱淺后剩余強(qiáng)度評估研究.pdf

1、船舶擱淺是船舶營運(yùn)過程中和海上障礙物發(fā)生的碰撞事故。隨著世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的發(fā)展，海上交通日益繁忙，航道越來越擁擠，船舶航速也在不斷提高，導(dǎo)致船舶與海洋結(jié)構(gòu)物碰撞擱淺事故越來越多，已逐漸成為主要的海難事故之一。船舶碰撞擱淺事故往往造成船體結(jié)構(gòu)破損、貨物泄漏、人員傷亡和環(huán)境污染等嚴(yán)重后果。因此，開展船舶擱淺損傷特性研究，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)船體結(jié)構(gòu)在擱淺事故中的損傷特性，并評估損傷結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度，可以為開展基于事故載荷的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)擱淺事故營救、拖航

2、方案的制定提供重要參考依據(jù)，進(jìn)而降低擱淺事故所帶來的危害，提高船體結(jié)構(gòu)的安全性。
　　本文從保護(hù)海洋環(huán)境，提高船舶及人員安全性出發(fā)，旨在深入研究船舶在不同擱淺場景下的損傷變形機(jī)理和能量吸收機(jī)制，建立準(zhǔn)確、高效、合理的船舶擱淺數(shù)值仿真分析技術(shù)及事故損傷船體剩余強(qiáng)度評估方法。
　　本文追蹤國際上關(guān)于結(jié)構(gòu)沖擊問題的最新研究動向，從材料的靜、動態(tài)力學(xué)性能出發(fā)，解決仿真分析的材料動態(tài)非線性輸入問題，開展船體板架模型的落錘沖擊試驗(yàn)，驗(yàn)證

3、完善仿真分析技術(shù)，以此為基礎(chǔ)，開展船舶硬/軟擱淺損傷特性研究及損傷船體結(jié)構(gòu)的剩余極限強(qiáng)度評估，取得了積極的成果。論文主要研究工作如下：
　?。?）總結(jié)整理了國內(nèi)外關(guān)于船體構(gòu)件沖擊損傷機(jī)理、船舶擱淺損傷特性以及損傷船體剩余強(qiáng)度評估等方面的研究現(xiàn)狀和研究方法，闡述了有待補(bǔ)充和完善的內(nèi)容，提出本文研究意義及主要研究內(nèi)容。
　?。?）開展了典型船用鋼材的系列準(zhǔn)靜態(tài)及高速拉伸試驗(yàn)，以材料基本力學(xué)性能為基礎(chǔ)，基于解析計(jì)算和仿真校準(zhǔn)方法提

4、出了材料硬化、失效應(yīng)變、應(yīng)變率敏感性等動態(tài)非線性參數(shù)的確定方法，完善了大型有限元分析程序在該方面的不足，形成了結(jié)構(gòu)沖擊非線性動態(tài)響應(yīng)仿真分析技術(shù)，為船舶碰撞、擱淺等高能沖擊問題的計(jì)算分析提供基礎(chǔ)。
　　（3）設(shè)計(jì)加工了船體板架模型和支撐工裝并確定了試驗(yàn)方案，利用大型落錘沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)開展了不同材料、不同型式典型船體板架結(jié)構(gòu)的沖擊試驗(yàn)，分析了板架結(jié)構(gòu)的損傷變形機(jī)理，以此為基礎(chǔ)，開展試驗(yàn)的仿真分析，驗(yàn)證、完善了計(jì)及材料非線性影響的數(shù)值仿

5、真分析技術(shù)，并討論了不同沖擊參數(shù)對結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　?。?）以159,000DWT油船艙段結(jié)構(gòu)為研究對象，基于論文所提出的計(jì)及材料非線性的仿真分析技術(shù)，研究了船體結(jié)構(gòu)在典型硬擱淺事故下的動態(tài)響應(yīng)特性，分析了結(jié)構(gòu)的損傷變形、擱淺載荷、能量吸收等參數(shù)，以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)討論了礁石形狀和船舶沖擊速度等對船體結(jié)構(gòu)擱淺損傷特性的影響規(guī)律。研究結(jié)論對船舶硬擱淺事故分析及抗沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定指導(dǎo)作用。
　　（5）在研究土體動態(tài)響應(yīng)

6、仿真分析方法的基礎(chǔ)上，基于非線性有限元分析軟件ABAQUS建立了船舶與土體耦合作用模型，并計(jì)算了船體結(jié)構(gòu)在軟擱淺事故下的動態(tài)響應(yīng)特性，闡明了結(jié)構(gòu)的損傷變形機(jī)理和能量吸收機(jī)制，在一定程度了拓展了國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的研究工作；同時(shí)，系統(tǒng)討論了土壤參數(shù)和船舶沖擊速度等對船體結(jié)構(gòu)擱淺損傷特性的影響規(guī)律。
　?。?）分析了損傷結(jié)構(gòu)剩余極限強(qiáng)度的計(jì)算方法，通過典型算例比較，形成了擱淺損傷船體剩余極限強(qiáng)度的分析方法。以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析了軟擱淺損