基于典型船舶碰撞擱淺事故場(chǎng)景的船體構(gòu)件損傷機(jī)理研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海上航行船舶的數(shù)量不斷增加，海洋航線愈發(fā)稠密，船舶碰撞擱淺事故的發(fā)生也愈發(fā)頻繁。船舶擱淺與碰撞事故已成為導(dǎo)致船體破損，引發(fā)人員傷亡、環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。因此，開(kāi)展船體結(jié)構(gòu)在碰撞擱淺場(chǎng)景下的響應(yīng)研究，揭示其損傷變形機(jī)理，對(duì)于開(kāi)展基于事故載荷的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　船舶碰撞擱淺場(chǎng)景下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估方法主要有試驗(yàn)法、非線性有限元法及簡(jiǎn)化解析法。實(shí)尺度試驗(yàn)花費(fèi)巨大且受限于測(cè)試技術(shù)難以開(kāi)展，因此大

2、多通過(guò)模型試驗(yàn)或者縮尺試驗(yàn)揭示結(jié)構(gòu)的損傷特性；有限元法能夠真實(shí)再現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷變形，計(jì)算碰撞擱淺過(guò)程中的接觸載荷和能量轉(zhuǎn)化，被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛使用，但合理可靠的參數(shù)輸入是保證仿真結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)；簡(jiǎn)化解析法基于塑性變形機(jī)理分析，能夠抓住結(jié)構(gòu)的主要變形模態(tài)，適用于事故應(yīng)急處理機(jī)制和結(jié)構(gòu)防撞性初步設(shè)計(jì)。
　　本文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目為依托，通過(guò)分析確定船體構(gòu)件的碰撞擱淺場(chǎng)景，設(shè)計(jì)開(kāi)展準(zhǔn)靜態(tài)沖壓載荷下典型船體結(jié)構(gòu)的損傷特性分析試驗(yàn)，并進(jìn)行

3、相應(yīng)的數(shù)值仿真計(jì)算，根據(jù)試驗(yàn)和仿真得到的結(jié)構(gòu)損傷變形過(guò)程，建立相關(guān)力學(xué)模型，開(kāi)展船舶碰撞擱淺事故下船體典型構(gòu)件損傷變形機(jī)理的理論預(yù)報(bào)方法研究。此外，通過(guò)建立船體結(jié)構(gòu)-礁石-流場(chǎng)相耦合的仿真計(jì)算模型，對(duì)74,500 DWT油船擱淺（坐礁）性能進(jìn)行了分析。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）歸納整理了船舶碰撞擱淺領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和主要研究?jī)?nèi)容及方法，提出了本文的研究意義和主要研究?jī)?nèi)容。
　?。?）總結(jié)了簡(jiǎn)化解析計(jì)算方法的基本原

4、理、基本公式和計(jì)算步驟，重點(diǎn)介紹了船舶碰撞擱淺事故中船體構(gòu)件常見(jiàn)的損傷變形模式及簡(jiǎn)化解析方法的應(yīng)用；針對(duì)非線性有限元數(shù)值仿真技術(shù)，討論了材料非線性仿真輸入問(wèn)題，為后續(xù)理論預(yù)報(bào)方法的確定和非線性有限元方法的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　（3）以船體板架結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，通過(guò)開(kāi)展船體平板及加筋板結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)靜態(tài)沖壓試驗(yàn)以及相應(yīng)的數(shù)值仿真計(jì)算，分析其在楔形和球形錘頭作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)損傷變形過(guò)程特點(diǎn)，基于塑性力學(xué)理論，分別對(duì)平板和加筋板在

5、楔形和球形錘頭撞擊下的損傷變形機(jī)理進(jìn)行研究，建立相應(yīng)的理論預(yù)報(bào)公式，并以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證完善。
　　（4）以船體強(qiáng)桁材結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)開(kāi)展船體強(qiáng)桁材模型的準(zhǔn)靜態(tài)沖壓試驗(yàn)以及相應(yīng)的數(shù)值仿真計(jì)算，分析三種不同形式（不加筋、橫向加筋、垂向加筋）以及不同參數(shù)（加筋位置）強(qiáng)桁材結(jié)構(gòu)在面內(nèi)沖壓載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)損傷變形過(guò)程特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上確定不加筋和垂向加筋強(qiáng)桁材面內(nèi)受壓時(shí)的變形模式，運(yùn)用塑性力學(xué)理論，推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)變形