桥梁船撞数值模拟重力与浮力分析

论文摘要

近年来针对船桥碰撞的研究越来越受到重视。与此同时,针对各种桥梁的防撞设计也显著增多。为了使桥梁得到很好的保护,在进行防撞设施设计时就应确保防撞设施的可靠性、适用性。而在实际情况中,很少能进行原比例模型试验。因此,通过数值仿真来对桥梁与防撞设施设计提供支撑成为及其重要的一种途径,而确保数值仿真计算结果合理准确就尤为重要。本文通过运用LS-DYNA对万州长江大桥弧形升降式浮力防撞设施进行数值仿真分析,发现了一种数值仿真失真现象,分析探讨了该现象具有普遍性并做了解决该现象的探索。本文对LS-DYNA碰撞数值模拟分析中的相关理论进行归纳总结,针对新型的防撞设施用不同吨位的船舶有限元模型进行碰撞数值仿真计算。本文对新型防撞设施做了相关简介,并针对数值仿真失真现象进行了相关分析,提出目前船桥碰撞数值仿真分析中得欠缺之处。本文重点研究了如何将重力与浮力考虑到船舶碰撞的数值仿真计算中,通过添加弹簧来模拟浮力作用,通过施加节点力来代替重力影响。再与通常的数值仿真结果进行对比过后,证明得到了很好的效果。提出了船舶碰撞过程中一种新的能量时程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 船撞研究分类
• 1.3 碰撞力学研究现状
• 1.4 船桥碰撞数值计算现状
• 1.5 LS-DYNA简介及船撞简化公式
• 1.5.1 LS-DYNA简介
• 1.5.2 碰撞力学基本理论
• 1.5.3 桥梁船撞力简化计算公式
• 1.5.4 本文研究的内容及框架
• 第二章 船桥碰撞有限元动力计算
• 2.1 有限元计算控制方程
• 2.2 有限元基本解法
• 2.3 LS-DYNA数值模拟中的关键技术
• 2.3.1 接触算法
• 2.3.2 质量缩放
• 2.3.3 显式积分的时间控制
• 2.3.4 材料的选取
• 2.3.5 沙漏的控制
• 2.4 接触类型
• 2.4.1 单面接触
• 2.4.2 点面接触
• 2.4.3 面面接触
• 第三章 弧形防撞设施数值仿真失真现象
• 3.1 万州长江大桥概况
• 3.2 弧形升降式防撞装置
• 3.2.1 防撞装置简介
• 3.2.2 导向井
• 3.2.3 防撞带
• 3.2.4 浮筒
• 3.3 船舶计算模型
• 3.3.1 船艏构造
• 3.3.2 船体单元划分
• 3.3.3 船体材料本构关系
• 3.4 数值仿真失真现象
• 3.5 相关方法的探索
• 3.5.1 施加浮力压强
• 3.5.2 流固耦合
• 第四章 简易方法数值模拟分析
• 4.1 简化设计思想
• 4.2 500T船舶计算分析
• 4.2.1 500T船舶平面约束工况
• 4.2.2 500T船舶船尾约束工况
• 4.2.3 500T船舶施加弹簧工况
• 4.2.4 计算工况的对比
• 4.3 3000T船舶计算对比
• 4.3.1 3000T船舶无约束工况
• 4.3.2 3000T船舶施加弹簧工况
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献