船舶擱淺于臺型礁石場景下雙層底主要構(gòu)件骨材的損傷機理研究.pdf

1、伴隨著全球海運事業(yè)迅猛發(fā)展,海上船舶數(shù)量增加,船舶擱淺事故越來越頻繁。嚴重的船舶擱淺事故會造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失,甚至?xí)ι鷳B(tài)環(huán)境造成毀滅性的打擊,例如Exxon Valdez號油輪、Costa Concordia號豪華郵輪擱淺事故等。類似的擱淺事故造成的嚴重后果引起了國際社會的廣泛關(guān)注,許多國家的研究人員致力于尋找降低船舶碰撞和擱淺事故發(fā)生概率的方法。盡管如此,船舶擱淺事故仍頻繁發(fā)生,因而針對船舶本身結(jié)構(gòu)的防撞性研究具有重要的工

2、程意義。
　　船舶擱淺是在巨大沖擊載荷作用下產(chǎn)生的一種復(fù)雜的非線性瞬態(tài)響應(yīng)過程。碰撞區(qū)域會迅速超越彈性階段而進入塑性流動狀態(tài),引起結(jié)構(gòu)的失效。船舶擱淺過程包含多種非線性特征,以及高應(yīng)變率的動態(tài)特性,同時由于船體在流場中,還會涉及流固耦合和水彈性問題,使問題變得十分復(fù)雜。船舶結(jié)構(gòu)擱淺分析的研究方法主要有四種:試驗法、簡化解析法、經(jīng)驗法和非線性有限元法。其中實船試驗的結(jié)果最為精確,但是試驗的花費特別巨大,一般很少采用。模型試驗的方法被

3、廣泛應(yīng)用,但是由于擱淺的強非線性,模型試驗方法很難準確的模擬模型的尺度效應(yīng)。簡化解析方法是一種基于塑性理論的方法,可對結(jié)構(gòu)失效變形內(nèi)在機理的剖析,同時計算量小、精度較高、可重復(fù)性好,適用于船舶事故應(yīng)急處理機制和船舶結(jié)構(gòu)防撞性初步設(shè)計。同時,計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展極大的提升了非線性有限元法的計算效率和精度,因其模擬的準確性又被稱作“虛擬實驗”。
　　本文主要采用簡化解析方法并輔助運用非線性有限元數(shù)值仿真技術(shù),對一種典型的臺型礁石擱淺場

4、景下雙層底結(jié)構(gòu)的變形機理進行研究。文章首先對Hong和Amdahl[1]提出的無加強筋雙層底結(jié)構(gòu)臺型礁石擱淺場景下的結(jié)構(gòu)變形機理進行了全面的驗證和深入討論。在此基礎(chǔ)上,進一步給出了雙層底三種主要構(gòu)件上的三種不同加強筋的結(jié)構(gòu)變形損傷機理,二者可以組合成一套快速估算船舶擱淺于臺型礁石場景下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的方法。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.簡要介紹了船舶碰撞和擱淺領(lǐng)域的研究方法,重點介紹非線性有限元數(shù)值仿真方法和簡化解析方法的機理,并對船舶擱

5、淺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行綜述。
　　2.運用非線性有限元方法對 Hong和Amdahl[1]提出的無加強筋雙層底結(jié)構(gòu)擱淺于臺型礁石的模型進行多攻角多撞深的驗證和討論。
　　3.針對外底板骨材,運用簡化解析方法對其在臺型礁石擱淺場景下的變形損傷機理進行研究,并用數(shù)值仿真結(jié)果驗證和討論。
　　4.針對肋板骨材,運用簡化解析方法對其在臺型礁石擱淺場景下的變形損傷機理進行研究,并用數(shù)值仿真結(jié)果驗證和討論。
　　5.針對縱桁