船舶擱淺于臺型礁石場景下雙層底主要構(gòu)件骨材的損傷機(jī)理研究.pdf

1、伴隨著全球海運事業(yè)迅猛發(fā)展,海上船舶數(shù)量增加,船舶擱淺事故越來越頻繁。嚴(yán)重的船舶擱淺事故會造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)ι鷳B(tài)環(huán)境造成毀滅性的打擊,例如Exxon Valdez號油輪、Costa Concordia號豪華郵輪擱淺事故等。類似的擱淺事故造成的嚴(yán)重后果引起了國際社會的廣泛關(guān)注,許多國家的研究人員致力于尋找降低船舶碰撞和擱淺事故發(fā)生概率的方法。盡管如此,船舶擱淺事故仍頻繁發(fā)生,因而針對船舶本身結(jié)構(gòu)的防撞性研究具有重要的工

2、程意義。
　　船舶擱淺是在巨大沖擊載荷作用下產(chǎn)生的一種復(fù)雜的非線性瞬態(tài)響應(yīng)過程。碰撞區(qū)域會迅速超越彈性階段而進(jìn)入塑性流動狀態(tài),引起結(jié)構(gòu)的失效。船舶擱淺過程包含多種非線性特征,以及高應(yīng)變率的動態(tài)特性,同時由于船體在流場中,還會涉及流固耦合和水彈性問題,使問題變得十分復(fù)雜。船舶結(jié)構(gòu)擱淺分析的研究方法主要有四種:試驗法、簡化解析法、經(jīng)驗法和非線性有限元法。其中實船試驗的結(jié)果最為精確,但是試驗的花費特別巨大,一般很少采用。模型試驗的方法被

3、廣泛應(yīng)用,但是由于擱淺的強(qiáng)非線性,模型試驗方法很難準(zhǔn)確的模擬模型的尺度效應(yīng)。簡化解析方法是一種基于塑性理論的方法,可對結(jié)構(gòu)失效變形內(nèi)在機(jī)理的剖析,同時計算量小、精度較高、可重復(fù)性好,適用于船舶事故應(yīng)急處理機(jī)制和船舶結(jié)構(gòu)防撞性初步設(shè)計。同時,計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展極大的提升了非線性有限元法的計算效率和精度,因其模擬的準(zhǔn)確性又被稱作“虛擬實驗”。
　　本文主要采用簡化解析方法并輔助運用非線性有限元數(shù)值仿真技術(shù),對一種典型的臺型礁石擱淺場

4、景下雙層底結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理進(jìn)行研究。文章首先對Hong和Amdahl[1]提出的無加強(qiáng)筋雙層底結(jié)構(gòu)臺型礁石擱淺場景下的結(jié)構(gòu)變形機(jī)理進(jìn)行了全面的驗證和深入討論。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步給出了雙層底三種主要構(gòu)件上的三種不同加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)變形損傷機(jī)理,二者可以組合成一套快速估算船舶擱淺于臺型礁石場景下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的方法。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.簡要介紹了船舶碰撞和擱淺領(lǐng)域的研究方法,重點介紹非線性有限元數(shù)值仿真方法和簡化解析方法的機(jī)理,并對船舶擱

5、淺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。
　　2.運用非線性有限元方法對 Hong和Amdahl[1]提出的無加強(qiáng)筋雙層底結(jié)構(gòu)擱淺于臺型礁石的模型進(jìn)行多攻角多撞深的驗證和討論。
　　3.針對外底板骨材,運用簡化解析方法對其在臺型礁石擱淺場景下的變形損傷機(jī)理進(jìn)行研究,并用數(shù)值仿真結(jié)果驗證和討論。
　　4.針對肋板骨材,運用簡化解析方法對其在臺型礁石擱淺場景下的變形損傷機(jī)理進(jìn)行研究,并用數(shù)值仿真結(jié)果驗證和討論。
　　5.針對縱桁