典型船舶舷侧结构耐撞性能研究

论文摘要

船舶碰撞往往会造成结构破损、货物泄露、环境污染、人员伤亡等灾难性后果,因此提高船舶抗撞性都具有重要的意义。本文利用有限元方法来模拟船舶碰撞过程,从碰撞力、能量转化方面来研究船舶耐撞性能。讨论了撞头形状、舱内液体、撞击位置和撞击速度对船舶耐撞性能的影响,并对三种船舶碰撞有限元仿真方法进行了计算比较。主要研究工作及结论如下:首先,总结了目前船舶碰撞的研究现状和主要分析方法。对非线性有限元方法在船舶碰撞研究中的应用作了简要的回顾与总结,系统地介绍了船舶碰撞数值仿真中所涉及的非线性有限元基本理论和方法。然后,分析了四棱台形和圆锥球形撞头对船舶碰撞特性的影响。研究了撞头的形状与被撞结构损伤变形形式以及碰撞力、能量吸收方面的关系。其次,对船舶碰撞的三种仿真方法:附连水质量法、流固耦合法和等效船体梁法进行了比较分析。结果表明,流固耦合法可以获得最准确的仿真结果,但建模工作量大,计算时间长;附连水质量法排除了流固耦合计算,大大减少了计算时间,但整船建模依然十分繁重;等效船体梁法建模简单,计算时间短,但存在约束边界条件处理上的困难。接着,研究了舱内液体对船舶耐撞性的影响,分别采用等效质量法和流固耦合法处理舱内液体。仿真结果表明,两种方法得到的结果非常接近,对舱内液体采用等效质量法处理可以提高仿真效率。最后,分析了撞击位置和撞击速度对船舶耐撞性的影响。仿真结果表明,撞击位置对船舶舷侧结构耐撞性影响较大而撞击速度对船舶耐撞性影响较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究对象与目标
• 1.2 国内外的研究概况和趋势
• 1.3 论文主要研究的内容
• 2 撞头形状对船舶碰撞性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 撞头及双层壳结构的有限元模型
• 2.3 仿真计算的结果与分析
• 2.4 本章小结
• 3 船舶数值仿真的三种典型模型
• 3.1 引言
• 3.2 流固耦合法
• 3.3 附连水质量法
• 3.4 等效船体梁法
• 3.5 本章小结
• 4 舱内液体对船舶碰撞性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 碰撞模型
• 4.3 仿真计算的结果与分析
• 4.4 本章结论
• 5 油船耐撞性能的有限元仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 油船碰撞损伤特性研究
• 5.3 碰撞位置对舷侧结构耐撞性能的影响
• 5.4 撞击速度对舷侧结构耐撞性能的影响
• 5.5 本章小结
• 6 全文工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献