渔船碰撞损伤的数值仿真研究

论文摘要

船舶碰撞问题往往会带来环境污染、人员伤亡等重大灾难性后果。随着我国渔船数量的大幅增加，特别是渔船碰撞事故的频频发生，使得对渔船碰撞问题的研究十分必要，而且研究渔船碰撞问题是保障渔民生命和财产安全的重要基础性工作。本文的主要研究内容及结论如下：1、总结了船舶碰撞问题的研究方法以及国内外的研究现状，提出了今后的研究趋势。2、介绍了非线性有限元仿真中的的基本理论和关键技术。3、本文首次进行了渔船船体结构碰撞损伤的数值仿真研究。模拟仿真了42m拖网渔船与某2000吨油船舷侧结构正碰的全过程，获得了有关渔船和油船的结构损伤、能量转化以及碰撞力的相关数据，然后分别探讨了速度和质量对渔船结构损伤的影响。其中最重要的结论是：在船舶碰撞中渔船为易损伤结构，其损伤破坏较大；当渔船在正常作业时（速度为4kn）与其他船舶碰撞，碰撞对渔船整体结构的影响较小；随渔船速度和质量的增加，碰撞对结构的损伤呈增大趋势。4、在前文基础上，又进行了渔船与桥墩柔性防撞套箱的碰撞模拟，对碰撞过程中结构变形吸能的情况进行了分析，并与渔船和油船的计算结果进行了对比。结果表明：防撞套箱在渔船碰撞桥墩的事故中起到了很好的保护作用，撞击力在桥墩的抗撞范围内；在船舶碰撞过程中，随着初始动能的增加，碰撞对刚度较小结构的损伤更大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 船舶碰撞的研究现状
• 1.2.1 船舶碰撞的研究方法
• 1.2.1.1 外部碰撞力学
• 1.2.1.2 内部碰撞力学
• 1.2.2 船舶碰撞的研究趋势
• 1.3 本文的研究内容及创新点
• 1.3.1 本文的主要工作
• 1.3.2 本文的创新点
• 第二章 非线性有限元数值仿真的基本理论
• 2.1 船舶碰撞运动控制方程
• 2.2 附连水质量法
• 2.2.1 横漂运动的附连水质量
• 2.2.2 进退运动的附连水质量
• 2.3 材料模型
• 2.3.1 弹塑性材料
• 2.3.2 与应变率相关的塑性硬化弹塑性模型
• 2.3.3 材料的失效准则
• 2.4 计算中的沙漏控制
• 2.5 接触问题
• 2.5.1 两个面之间的任意接触
• 2.5.2 自适应接触
• 2.6 模拟仿真中的关键技术
• 2.6.1 结构简化
• 2.6.2 网格细化
• 2.6.3 单元时间步长的控制
• 2.6.4 模型的检查
• 第三章 渔船与油船舷侧碰撞的数值仿真
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.1.1 渔船的结构模型
• 3.1.2 油船的结构模型
• 3.1.3 碰撞情景
• 3.2 数值仿真结果及分析
• 3.2.1 碰撞力
• 3.2.2 碰撞过程的能量吸收
• 3.2.3 渔船船艏的损伤
• 3.2.4 油船舷侧的损伤
• 3.3 不同速度下船舶碰撞损伤结果对比
• 3.3.1 碰撞力与能量曲线
• 3.3.2 碰撞区损伤对比
• 3.4 不同载重吨位的船舶对碰撞区的影响
• 3.4.1 碰撞力与能量曲线
• 3.4.2 碰撞区损伤对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 渔船与大桥桥墩防撞装置碰撞的数值仿真
• 4.1 防撞套箱模型
• 4.1.1 国内研究情况
• 4.1.2 本文防撞套箱模型
• 4.1.3 防撞套箱的约束形式
• 4.1.4 碰撞情景
• 4.2 结果及分析
• 4.2.1 碰撞速度
• 4.2.2 碰撞力
• 4.2.3 能量吸收
• 4.2.4 船艏的损伤变形分析
• 4.2.5 套箱的损伤变形分析
• 4.3 碰撞力对桥墩损伤的影响
• 4.4 船-船碰撞与船-桥碰撞情况的对比
• 4.4.1 碰撞时间及能量吸收
• 4.4.2 船艏损伤对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要研究工作与结论
• 5.1.1 主要研究工作
• 5.1.2 主要结论
• 5.2 进一步的研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文及研究成果