船舶碰撞区域损伤的研究及应用

论文摘要

在当前时代,全球经济迅猛发展,国与国之间经济往来密切,航运业在全球商业往来中起到了重要的支撑作用。远洋船舶数量增多,航速加快,但与之同时海上交通事故频发,碰撞造成船舶结构破损、货物损坏泄漏、环境污染级人员伤亡等严重后果,所以对船舶碰撞区域结构损伤的研究至关重要,同时为海事调查中证据的收集及海事纠纷的解决提供比较可靠的依据。船舶的碰撞过程是一个在巨大的碰撞载荷下复杂的非线性响应过程,碰撞过程中,船舶的内外部构件都发生了巨大的形变和破裂,除此之外,外部因素对碰撞区域的结构损伤也有很大的影响,比如撞击两船的运动状态,撞击位置,以及在发生碰撞时,附近水域的风、浪、流等的变化情况。现阶段,对船舶碰撞的研究成为全球相关学者研究的热点之一,从1959年Minorsky发表于《Journal of Ship Research》上的研究论文,开创了船舶碰撞学研究先河,到现在包括经验方法、简化解析方法、实验方法和有限元仿真方法在内的多种研究方法已应用于船舶碰撞领域的研究中。本文基于ANSYS/LS-DYNA工程软件的二次开发利用,以10万吨油轮撞击15万吨油轮为例,建立非线性有限元碰撞模型。考虑被撞船舱室内原油横向晃荡的影响,及船首的塑性变形,在此基础上对碰撞区域的结构损伤进行分析,得到了碰撞区域各部分构件的损伤时序形变图,并研究了撞击船速度、撞击位置以及被撞击船的运动状态等因素对碰撞区域结构损伤的影响,得到了不同碰撞条件下撞击区域外壳损伤情况。探讨了利用所得结构损伤数据,推断船舶碰撞前的运动状态,为海事调查取证、证据的可靠性验证提供了更高层面的分析手段有价值的参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究对象
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 船舶碰撞的研究方法
• 1.2.2 船舶碰撞研究趋势
• 1.3 现阶段海事调查中的依据及手段
• 1.4 论文主要研究的内容
• 第2章 非线性有限元方法的基本理论
• 2.1 有限元法的分类
• 2.1.1 非线性有限元问题的类型
• 2.1.2 非线性有限元分析的基本问题
• 2.2 非线性有限元控制方程
• 2.3 显式有限元求解方法
• 2.3.1 显式算法与隐式算法
• 2.3.2 碰撞运动方程的建立
• 2.3.3 显式中心差分法
• 2.3.4 时间步长的控制
• 2.4 碰撞仿真中的沙漏控制技术
• 2.4.1 简化积分单元
• 2.4.2 沙漏控制技术
• 2.5 碰撞仿真中的材料模型选用
• 2.5.1 与应变率相关的材料模型举例
• 2.6 船舶碰撞仿真中接触面问题
• 2.6.1 船舶碰撞仿真中的接触面算法
• 2.6.2 定义接触面中需要注意的问题
• 第3章 船舶碰撞的有限元仿真分析
• 3.1 流固耦合法
• 3.2 附加水质量法
• 3.2.1 横漂运动的附加水质量
• 3.2.2 进退运动的附加水质量
• 3.3 等效船体梁法
• 3.4 各个方法的特征
• 第4章 船舶碰撞模型的建立
• 4.1 非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA简介
• 4.2 设计碰撞情景
• 4.3 参数定义
• 4.3.1 单元类型及实常数的定义
• 4.3.2 材料模型定义
• 4.4 船模质量分配及附加质量密度的确定
• 4.5 模型中网格的划分
• 4.6 船舶碰撞有限元模型
• 第5章 碰撞区域仿真计算及结果分析
• 5.1 碰撞区域损伤及应力变化
• 5.2 设计仿真计算方案及计算结果
• 5.3 仿真计算结果分析
• 5.3.1 撞击船初始速度对碰撞区域损伤的影响
• 5.3.2 撞击位置对碰撞区域损伤的影响
• 5.3.3 被撞船速度对碰撞区域损伤的影响
• 第6章 仿真技术在海事调查中应用的探究
• 6.1 现阶段海事调查的取证方法
• 6.2 仿真技术在海事调查中应用的探究
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历