冰撞載荷作用下船體結(jié)構(gòu)抗沖擊設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著全球氣候的變暖，北極地區(qū)冰面正以每10年9％左右的速度消失，北極資源開(kāi)發(fā)正趨于可行。北極地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣、礦物和漁業(yè)資源。因此，開(kāi)發(fā)北極資源正受到世界各國(guó)，尤其是沿海國(guó)家的廣泛關(guān)注和高度重視。然而，船舶在高緯度海域航行，將會(huì)不可避免地與各種形狀的冰體發(fā)生碰撞。一旦船只與冰體發(fā)生碰撞，極有可能損壞船體、引起貨物泄露和環(huán)境污染，甚至造成重大人員傷亡。為了能夠大規(guī)模有效開(kāi)發(fā)世界范圍內(nèi)的結(jié)冰海域油氣資源，必須解決海冰災(zāi)害引起的各

2、種問(wèn)題。
　　基于上述原因，本文開(kāi)展了冰撞載荷作用下船體結(jié)構(gòu)抗沖擊設(shè)計(jì)研究。首先，研究船—冰碰撞有限元仿真技術(shù)，建立了適用于有限元仿真的冰體材料參數(shù)；其次，根據(jù)冰級(jí)規(guī)范進(jìn)行冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，設(shè)計(jì)了橫向和縱向兩種加強(qiáng)方式，并與傳統(tǒng)未加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，突出冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的重要性和橫向加強(qiáng)方式的優(yōu)越性；然后，在規(guī)范加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)冰區(qū)加強(qiáng)方案研究，進(jìn)一步研究單一構(gòu)件強(qiáng)度的增加對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響的規(guī)律性；最后，設(shè)計(jì)了兩種新型夾芯抗沖擊肩部

3、結(jié)構(gòu)，并與傳統(tǒng)肩部結(jié)構(gòu)作比較，對(duì)比分析不同結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能，得出一種較優(yōu)的新型抗冰載荷沖擊肩部結(jié)構(gòu)形式。主要工作如下：
　?。?）基于彈塑性力學(xué)理論及非線性有限元軟件LS-DYNA，研究了船—冰碰撞的材料模型。以典型成品油船為例對(duì)船體結(jié)構(gòu)有限元仿真技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述，包括船體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、網(wǎng)格劃分、接觸定義等建模過(guò)程；建立了適用于有限元仿真的冰體材料參數(shù)。最后，參考前人的研究成果，驗(yàn)證了本文所確定的冰體材料模型及仿真方法的可行性。

4、>　?。?）以一艘成品油船為例，應(yīng)用前處理軟件 PATRAN建立了全船、冰體的有限元模型，通過(guò)非線性有限元軟件 LS-DYNA，分別模擬未進(jìn)行肩部加強(qiáng)船舶與冰體發(fā)生碰撞以及肩部采取橫向和縱向兩種不同加強(qiáng)方式的船舶與冰體碰撞。對(duì)比研究了不同碰撞方案下船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的異同，揭示了現(xiàn)有的冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范的可行性與橫向、縱向兩種加強(qiáng)方式的差異。
　?。?）在按冰級(jí)規(guī)范進(jìn)行冰區(qū)加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了單一構(gòu)件強(qiáng)度的增加對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響的規(guī)律性。選

5、取經(jīng)橫骨架式加強(qiáng)后的油船為研究對(duì)象，在其他因素不變的前提下，對(duì)比分析了不同外板厚度、不同橫隔板厚度以及不同肋骨間距下船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的差異。揭示了碰撞區(qū)域的損傷變形、碰撞力、結(jié)構(gòu)吸能隨外板厚度、橫隔板厚度、肋骨間距的變化而變化的規(guī)律，獲得船舶肩部各主要構(gòu)件對(duì)于抵抗冰載荷作用的能力及貢獻(xiàn)。
　?。?）將夾層板應(yīng)用于肩部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出I型、V型兩種新型抗沖擊結(jié)構(gòu)形式?；诜蔷€性有限元軟件LS-DYNA，對(duì)比分析了傳統(tǒng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、I型夾層板結(jié)構(gòu)