橋墩受船舶撞擊問題力學(xué)模型及動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)水陸交通快速發(fā)展，船舶和橋梁的數(shù)量和規(guī)模都在不斷增大。橋墩作為將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞給基礎(chǔ)的下部結(jié)構(gòu)物，其受到船舶撞擊事故也越來(lái)越頻發(fā)。船橋撞擊事故會(huì)給人民生命和財(cái)產(chǎn)造成很大損失，因此橋墩受船舶撞擊問題已成為學(xué)術(shù)界和工程界共同關(guān)注焦點(diǎn)，特別是針對(duì)撞擊力估算及橋墩防撞設(shè)計(jì)升級(jí)方面。本文以碰撞理論和有限單元法為基礎(chǔ)，結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)學(xué)相關(guān)理論，構(gòu)造了橋墩受船舶撞擊問題的力學(xué)模型，主要對(duì)撞擊過程的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和撞擊力估算方面進(jìn)行

2、研究分析。
　　本文針對(duì)不同特點(diǎn)的橋墩結(jié)構(gòu)，建立剛、柔性橋墩的撞擊力學(xué)模型，擬合得出了相應(yīng)的撞擊力簡(jiǎn)化計(jì)算公式。并基于非線性有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立了船舶撞擊橋墩的有限元模型，簡(jiǎn)述有限元仿真技術(shù)在船舶撞擊橋墩問題上的應(yīng)用。本文的研究工作對(duì)船橋撞擊問題的相關(guān)理論及撞擊力估算方法進(jìn)行了擴(kuò)展和充實(shí)，相關(guān)結(jié)果能為橋墩的防撞設(shè)計(jì)及加固提供一定指導(dǎo)和參考。本文的核心內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面:
　　其一，剛性橋墩受船舶撞擊問題

3、:構(gòu)造撞擊系統(tǒng)的力學(xué)模型，建立撞擊系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，求得系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果和撞擊力結(jié)果的理論解析解。然后探討船舶質(zhì)量、船舶撞擊初速度、接觸彈簧剛度三個(gè)參數(shù)對(duì)撞擊力結(jié)果的影響。最后數(shù)值擬合出此類碰撞系統(tǒng)力學(xué)模型的撞擊力簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并與相關(guān)規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　其二，柔性橋墩受船舶撞擊問題:構(gòu)造撞擊系統(tǒng)的力學(xué)模型，建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程組，求得系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)和撞擊力結(jié)果的理論解析解。通過算例和有限元模擬結(jié)果對(duì)比，分析該算法和

4、力學(xué)模型的正確性和有效性。然后探討了船舶質(zhì)量、船舶撞擊初速度、接觸彈簧剛度、軸向力四個(gè)參數(shù)對(duì)撞擊力結(jié)果的影響。最后數(shù)值擬合出此類碰撞系統(tǒng)力學(xué)模型的撞擊力簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并與相關(guān)規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　其三，基于非線性有限元軟件ANSYS/LS-DYNA下的船橋碰撞模型數(shù)值仿真分析:建立船舶撞擊橋墩的有限元模型，計(jì)算船舶及橋墩相關(guān)動(dòng)力響應(yīng)和撞擊力結(jié)果。
　　最后，基于有限元模型撞擊力計(jì)算結(jié)果，與本文數(shù)值擬合簡(jiǎn)化公式以