武汉天兴洲公铁两用长江大桥主墩防撞设施碰撞动力学分析

运用非线性有限元基本理论,采用国际上广泛使用的大型结构分析程序LS-DYNA,建立了船舶和桥墩防护装置的三维有限元计算模型.分析了船与防护装置在两种角度下的碰撞特点、船艏及构件的损伤和吸能特性,得出具有指导意义的一般结论.     

油轮艏部结构碰撞特性研究

在船舶碰撞中,船艏是主要作用方.船艏结构的碰撞特性是影响船-船碰撞过程中被撞船舷侧结构损伤程度的决定因素.为减少碰撞事故损失,应从碰撞的观点对船艏结构的特性进行研究,提出一种研究船艏的碰撞特性的方法及表征船艏碰撞特性的特征量,据以改进船艏设计.根据船艏结构本身的碰撞破损过程,对船艏结构碰撞力与破损深度的关系、艏部构件在碰撞过程中的损伤形态和能量耗散进行了研究,指出碰撞力曲线是船艏结构的一种固有特性.提出了碰撞力面积密度曲线的概念,它可以用于定量表达船艏结构对其它结构的破坏能力.利用有限元数值模拟方法计算了一艘4万吨船艏的碰撞损坏实例,显示了上述碰撞特征并讨论了提高碰撞数值模拟计算精度的方法.     

船-桥碰撞力学问题研究现状及非线性有限元仿真

归纳研究了船舶与桥梁碰撞力学的几种典型计算方法，并对各自的特点进行了分析。文中借助DYTRAN非线性有限元程序，以一艘4万吨级的油船与长江上某一斜拉索桥发生正向碰撞为例，演示了有限元法仿真计算船-桥碰撞问题的一般过程。反映了船-桥碰撞过程中船艏、桥梁承合、桥面和拉索的力与变形的时间历程，得到了具有指导意义的结论。     

水介质对船冰碰撞结构响应的影响

以极地运输船舶艏部作为研究对象,建立基于流固耦合算法的船-水-冰耦合技术对三维船艏与冰体碰撞的结构响应问题进行了研究,结合非线性有限元软件LS-DYNA对比分析了考虑流固耦合(即有水介质)的船-水-冰碰撞模型和不考虑流固耦合(即无水介质)的船-冰碰撞模型与同质量不同速度的冰体发生碰撞下的结构响应问题,揭示了不同碰撞工况下船舶在损伤变形、碰撞力、速度等方面的变化特征及差异,同时阐述了水介质在船冰碰撞中的作用,可以为极地运输船舶的抗冲击结构设计提供参考。     

基于整船整桥模型的船桥碰撞数值仿真

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。本文简述了该技术的基本原理，并基于整船整桥模型，对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景，讨论了船—桥碰撞的力学特征。本文演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供了更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。     

不同船艏类型破冰模式差异的数值预报分析

船艏形状是决定破冰船破冰性能的关键要素之一.为了探究不同船艏型线特征对破冰船破冰性能的影响,本文采用常规型近场动力学方法建立了平整冰层的无网格数值模型,提出了一种基于几何数学概念用于解决冰粒子与船体碰撞问题的接触检测算法,最后应用消息传递接口(MPI)并行技术搭建了破冰船破冰过程的数值预报方法,并在FORTRAN语言环境下编写了相关计算程序.基于该仿真程序,分别预报了传统型破冰船艏形状和非传统型破冰船艏形状连续冲破平整冰层的过程,并对传统型破冰船艏的计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文所搭建的模型的准确性.对比了两种不同船艏破冰船的破冰模式和破冰载荷特征,分析了两种破冰船艏形状各自的优缺点.本文进行的研究对于破冰船的设计具有一定的工程参考价值.     

船艏横向加强框架对船艏耐撞性能的影响

在撞击过程中船艏结构的典型损伤是外壳板和内加筋的褶皱，撕裂和弯曲。在以前的船舶结构的碰撞分析的简化方法或数值模拟中往往略去横向肋骨框架对船艏碰撞性能的影响。本文利用有限元数值仿真方法研究了横向肋骨框架在碰撞损坏过程中的作用，发现其对船艏结构的损伤形态、碰撞力及能量耗散有重要影响。因而是碰撞计算中不可忽略的因素。     

基于不同形式和刚度撞击船艏的舷侧结构碰撞性能研究

为了研究撞击船艏形状及刚度对碰撞历程损伤变形产生的影响,利用数值仿真软件MSC/Dytran,对不同形式及刚度的球艏型船艏撞击下被撞船舷侧结构的碰撞性能进行了定量的分析研究.结果表明:船艏形式及刚度对船舶碰撞安全性会产生影响,撞击船艏部与被撞船舷侧的接触面积越大,舷侧结构吸能越多,其碰撞安全性也就越好.考虑实际船艏结构刚度的影响可以提高极限撞深,从而增加舷侧各构件的吸能效果,对舷侧结构的碰撞安全性有利.     

基于ANSYS/LS-DYNA的船冰碰撞数值分析

在极地海域复杂环境下,船舶在长距离航行中一旦与冰山或大冰块发生碰撞,极短时间内会产生巨大的冲击载荷,可能造成非常严重的海上事故等。运用有限元分析法,借助有限元分析软件ANSYS/LSDYNA对相关船舶球鼻艏与冰的碰撞情况进行数值分析,得到船舶球鼻艏结构的能量-时间关系曲线,以及碰撞力-时间关系曲线,并对各种碰撞参数所导致的结果进行定性的分析和讨论,得到不同初速度的船与冰碰撞以及不同吨位的船与冰碰撞对船舶球鼻艏破损情况的影响,对船冰碰撞领域的研究有一定的指导意义。     

考虑流场影响下破冰船艏部结构响应研究

通常考虑船-冰碰撞附连水的水动力效应有附加质量法和流固耦合法。本文建立了破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行了数值仿真计算,分析了水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化以及流场的动能变化。同时与附加质量法的计算结果进行了比较,对比分析了船艏的碰撞力大小、损伤变形以及局部冰载荷等差异,揭示了流场对船-冰碰撞的影响规律,对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。     

可启闭船艏的结构设计研究

可启闭船艏结构是一种新型的特殊水密门结构。详细介绍了船艏结构的设计特点及考虑的影响因素,通过模型试验方法确定了设计外载荷,并对船艏结构有限元模型在开启状态下的应力和变形进行了计算。根据计算结果对船艏结构进行了适当加强。经实船试验验证,可启闭船艏结构能够满足高速艇的使用要求。     

船舶-桥梁单墩碰撞的数值模拟分析

为了保障船员人身安全和航运财产安全,防止船舶与桥墩发生碰撞导致船舶碰撞区域发生高应力与大变形,本文通过使用AutoCADANSYS/LS-DYNA软件联合建模,建立了船舶与桥梁单墩的三维有限元模型,依照相关规范要求,通过LS-DYNA计算了1,500T的船舶在0°正面撞击和15°斜向撞击时的工况。分析了船舶与桥墩碰撞的基本过程、碰撞力时程曲线的变化趋势、船艏的损伤变形等等,可供同类型桥墩的防撞系统设计提供一定的参考意见。     

耙吸船艏喷喷距计算及泥浆运动轨迹分析

针对喷距制约耙吸船艏喷驻船位和施工船布置问题,通过分析艏喷喷距影响参数,推导理想状态下喷距的计算模型;通过引入空气阻力公式,建立考虑空气阻力的喷距计算模型,经实船测试和验证,考虑空气阻力的喷距模型计算精度明显高于理想模型。在此基础上分析空气阻力系数、泥浆密度及喷射角度等参数对泥浆运动轨迹的影响,这有利于耙吸船艏喷施工获得最佳的艏喷控制点和驻船位。     

基于解析法的船-平台碰撞耗散能快速估算方法

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构产生严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段考虑其抗撞性能具有重要意义.本文以供应船撞击半潜平台为研究对象,基于碰撞外部动力学分析理论,在浮式平台规范法耗散能计算基础上,运用解析法推导出考虑平台艏摇运动响应的船舶非对心撞击平台耗散能求解方程,同时借鉴船-船碰撞耗散能估算方法,得到一般碰撞场景即考虑船-平台在碰撞过程中相对运动的耗散能解析式,并自编计算耗散能程序,实现船-平台碰撞碰撞耗散能的快速估算.最后通过非线性有限元分析(NLFEA)方法,计算出供应船与平台在碰撞过程产生的应变能并与解析法的算例结果进行对比,结果表明:规范法耗散能估算方法较为保守,不适用于一般碰撞场景下的耗散能估算;本文所提出的耗散能解析法可用于准确可靠地估算相类似船-平台碰撞场景下撞击船的耗散能.     

肥大船型艏型改变对性能的影响

对同一艘肥大船进行艏型变换,运用数值模拟对艏型变换后的模型进行计算,从而分析比较各个模型的船艏舭涡、压力分布、阻力系数、艉部伴流等的变化情况。     

舰艏结构的碰撞损伤性能研究

船舶碰撞事故往往会引起被撞船的船体结构严重损坏,并且威胁船上人员的生命安全.在船一船碰撞中被撞船的损伤程度取决于两个方面:一是舷侧结构的碰撞性能;二是撞击船艏结构的相对刚度.船舶的艏部结构刚度一般远远高于舷侧结构的刚度,在船舶碰撞研究时,通常将撞头理想化为刚体,不考虑其损伤变形和能量吸收,这样做实际上过于保守.本文针对舰船,主要研究舰艏结构的碰撞损伤特性,将撞击舰艏作为可变形结构进行数值仿真研究,得到了一些艏部变形的规律.     

基于有限元方法的船首底部结构砰击强度分析

船艏底部作为整船中的重要受力区域,船舶航行时,其与波浪会发生相对碰撞,即产生砰击现象,从而对船体的结构安全造成隐患。本文以某型半潜运输船为例,结合中国船级社(CCS)规范,根据Ochi-Mottor理论进行砰击压力极值计算,并采用有限元方法对该型船舶艏部区域的结构强度进行分析。     

基于船波相对运动的船艏砰击仿真方法

在分析船波相对运动表达式的基础上计算船艏典型剖面的船波相对运动,探讨船艏入水过程中的砰击问题,对比船体某剖面3种入水仿真模型计算所得的砰击载荷,讨论三维外形和航行速度对船艏剖面砰击外载荷的影响。在该分析中,船体在规则波浪中的运动用基于三维势流理论的水动力软件AQWA计算获得,船波相对运动通过理论推导计算获得,用对船艏结构施加强迫运动的方式模拟船波相对运动的真实过程。采用An sys/Ls-Dyna软件的流固耦合分析进行入水仿真,流体划分为ALE体积网格,船艏视为刚体,划分为Lagrange有限元网格。对比结果表明：在三维模型中,相邻剖面引起剖面最大压力点处的液面变化对该点的砰击压力有增大效果,航速有增大剖面砰击压力的作用,减小船艏底部纵向斜升角有利于降低砰击压力。     

基于船波相对运动的船艏砰击仿真方法

在分析船波相对运动表达式的基础上计算船艏典型剖面的船波相对运动,探讨船艏入水过程中的砰击问题,对比船体某剖面3种入水仿真模型计算所得的砰击载荷,讨论三维外形和航行速度对船艏剖面砰击外载荷的影响。在该分析中,船体在规则波浪中的运动用基于三维势流理论的水动力软件AQWA计算获得,船波相对运动通过理论推导计算获得,用对船艏结构施加强迫运动的方式模拟船波相对运动的真实过程。采用An—sys／Ls—Dyna软件的流固耦合分析进行入水仿真,流体划分为ALE体积网格,船艏视为刚体,划分为Lagrange有限元网格。对比结果表明：在三维模型中,相邻剖面引起剖面最大压力点处的液面变化对该点的砰击压力有增大效果,航速有增大剖面砰击压力的作用,减小船艏底部纵向斜升角有利于降低砰击压力。     

船舶碰撞缓冲型球鼻艏概念探讨--球鼻曲率对碰撞的影响

船舶碰撞事故中，被撞油船船侧的破裂会引起严重的海洋污染，故油船双层船壳设计成为防止被撞油船破损的有效措施。但随着海上运输船舶的数目及尺度的日益增大，双层船壳已不能满足防止船侧破损的要求。本文提出了缓冲型球算般的构思。在船舶相撞的过程中，球鼻艏曲率的尖锐程度影响被撞船船侧的损伤程度，故提出并讨论了表征球鼻艏碰撞特性的标志性参数。通过对不同曲率的球鼻艏一系列的碴撞数值仿真计算，详细描述了外形曲率对球鼻艏的变形形态、碰撞力、碰撞力密度及能量吸收的影响，指出船舶采用钝形的球鼻艏能有效减小碰撞时的穿透损伤。