砰擊載荷作用下船體結(jié)構(gòu)動態(tài)響應研究.pdf

1、船舶在惡劣海況下航行時，由于劇烈的搖蕩運動，波浪和船體之間會發(fā)生猛烈的砰擊現(xiàn)象。砰擊不僅會造成船體局部結(jié)構(gòu)的損壞，嚴重時還會破壞船體總縱強度，造成人員和財產(chǎn)的損失。近年來，隨著造船技術的革新和海洋油氣資源開發(fā)的需要，各類船舶不斷向高速化和大型化發(fā)展，使得砰擊問題變得更加突出。因此，合理地開展船體結(jié)構(gòu)砰擊載荷預報和動態(tài)響應分析，已逐漸成為船體結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化及新式抗砰擊結(jié)構(gòu)設計的重要基礎和依據(jù)。
　　本文以船舶行業(yè)預研基金支撐項目為依托

2、，采用仿真計算和模型試驗相結(jié)合的方法開展了船體結(jié)構(gòu)砰擊載荷預報和動態(tài)響應研究，分析了不同參數(shù)對砰擊載荷和結(jié)構(gòu)動態(tài)響應的影響規(guī)律，討論了剛性和彈性結(jié)構(gòu)對砰擊載荷預報的影響，并以船艏外飄板架結(jié)構(gòu)和船艏整體結(jié)構(gòu)為研究對象，分析了其在典型砰擊場景下的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應情況。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）歸納整理了結(jié)構(gòu)入水砰擊問題的經(jīng)典理論計算方法，明確了各種方法的思路和適用范圍，同時，詳細介紹了任意拉格朗日-歐拉（ALE）方法的基本原理，在此基

3、礎上，給出了解決結(jié)構(gòu)入水砰擊問題的數(shù)值仿真關鍵技術；
　?。?）設計開展了二維和三維結(jié)構(gòu)入水砰擊試驗，得到了不同測點處的砰擊壓力分布情況，比較分析了不同斜升角及不同入水速度對砰擊壓力的影響規(guī)律，深入討論了三維效應的作用，全面評估了各結(jié)構(gòu)的砰擊特性，為相關仿真計算方法的驗證和完善提供了依據(jù)；
　?。?）采用大型有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對二維和三維結(jié)構(gòu)入水砰擊試驗模型進行數(shù)值仿真計算，系統(tǒng)分析了不同斜升角和不同入水速

4、度對砰擊壓力及垂向載荷的影響規(guī)律；通過與試驗結(jié)果的比較，驗證了仿真分析技術和載荷預報方法的可靠性；
　?。?）以砰擊試驗和載荷預報為基礎，建立二維彈性楔形體及三維彈性圓錐體有限元模型，分析二維和三維結(jié)構(gòu)在砰擊載荷作用下的動態(tài)響應，總結(jié)不同參數(shù)對結(jié)構(gòu)動態(tài)響應的影響規(guī)律，并討論了水彈性效應對于砰擊壓力的影響，為后續(xù)船體結(jié)構(gòu)動態(tài)響應的分析奠定了基礎；
　?。?）選取典型的船艏外飄砰擊和底部砰擊場景，確定了船艏外飄區(qū)域結(jié)構(gòu)簡化模型以