船舶与桥墩碰撞的数值模拟

利用有限元软件,模拟4种不同载重吨位的船舶以不同的速度与某桥墩发生碰撞的过程,演示有限元法仿真计算船桥碰撞问题的一般过程,着重分析船舶和桥墩的损伤程度.在此基础上,归纳出撞深速度、撞击时间-速度和桥墩的应力分布.     

桥梁上部结构防船撞研究

船舶撞击桥梁上部结构是船撞桥事故模式之一,其撞击特性与撞击桥墩特性相比有所不同。现着重研究了船舶撞击桥梁上部结构的风险分析、撞击力、防撞保护等技术问题,并提出设置警示设施、AIS系统建设、拦截、红外线监测、警戒等防护措施,供通航安全部门参考。     

船舶与高桩码头碰撞过程的数值模拟

基于ANSYS/LS-DYNA软件,模拟5 000吨级件杂货船分别以2 m/s和5 m/s两种撞击速度与江阴港3万吨泊位高桩码头的碰撞过程。得到并分析了船与高桩码头之间碰撞的能量变化和作用力,与船桥碰撞规范结果进行比较,得出了一般规律和特点,从而为同类码头的设计、维护等提供理论上的支持及工程上的应用指导。     

海事部门如何在防止船舶碰撞跨海桥梁中发挥有效作用

近年来，特大型桥在我国呈现集中建设的势态，但随着我国经济形势的大发展，船舶流量也大幅增加，船舶碰撞桥梁的几率大大增加，碰撞事故时有发生，造成了巨大的财产和人员损失。研究和预防船舶碰撞大型桥梁成为重要课题摆在我们面前，笔者通过结合国外一些成功经验，对我国海事部门在防止船舶碰撞大型桥梁方面所能发挥的有效作用进行分析，以期在防船舶碰撞桥梁方面作出贡献。     

对船舶间“避碰协议”性质的分析

现通行的观点认为,船舶间通过VHF进行联系,达成了避让的“协议”,分为“协议避碰”和“协议背离”两种情况.在实践中,时有因两船间的这种“协议”而导致了碰撞事故的发生,在分析和归责的过程中形成了两种不同的观点,导致了碰撞责任分析和分摊的巨大争议.通过对这些争议的分析,将其归纳为“承诺履行说”和“规则至上说”.根据长期的航海实践和对碰撞事故处理的实践,就如何理解这种船舶间协调避让一致的意见的性质,这种避让行为的协调在归责中的地位和作用如何等,进行了分析,表达一些不同的观点,以期达到正确理解和履行这种船舶间协调的意向,真正起到避免碰撞的积极作用.     

Design of bridges against ship collisions

The paper outlines a rational design procedure for bridge piers and pylons against ship collision impacts. Firstly, a set of risk acceptance criteria are proposed. This is followed by a mathematically based procedure for calculation of the probability of critical ship meeting situations near the bridge, and the probability of ship collision accidents caused by human errors as well as technical errors. This first part of the paper leads to identification of the largest striking ship, “design vessels”, a given bridge pier must withstand without structural failure in order for the bridge connection to fulfil the risk acceptance criteria. The final part of the paper is devoted to an analysis of the needed impact capacity for the bridge pylons and piers exposed to ship bow impact loads from these “design vessels”. For a number of different ship types and different tonnage merchant vessels, load – displacement relations for ship bow collisions against rigid walls are derived. Based on these comprehensive numerical results, a new empirical relation is derived which is suited for design against bow collisions. This expression for maximum bow collision forces is compared with a previously published expression for ice-strengthened ships and with existing standards for assessment of bow crushing forces. It is shown that there is need for an update of these existing standards. For design of piers and pylons against local impact pressure loads, a pressure - area relation for bulbous bow impacts is derived.     

船舶与冰排碰撞结构响应研究

冰排的层厚、流速以及特性在很大程度上影响船舶与冰排碰撞的结构响应。本文分别建立船舶和冰排的有限元模型,采用LS-DYNA进行碰撞接触计算,模拟船艏与冰排发生碰撞。主要考虑相同条件下分别改变冰排厚度、运动状态以及物理性质等单个碰撞参数,对比研究不同碰撞工况下船舶的损伤变形、碰撞力等结构响应差异。得出上述因素对船—冰碰撞的影响规律,为提高船舶抗冰载荷设计提供参考。     

基于模糊理论的船舶复合碰撞危险度计算

基于船舶领域和动界的概念,在船舶碰撞几何原理的基础上,利用模糊规则和模糊综合评价方法,本文提出一种船舶复合碰撞危险度的计算方法.确定最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)、两船距离、相对方位、船速比5个主要因素的隶属度函数,并考虑航行区域状况、能见度情况和船舶的操纵性能等对船舶碰撞危险度的隶属度函数修正.用原始数据对3种不同会遇态势进行仿真和对3种不同碰撞危险度计算结果分析比较,结果表明该方法的有效性.     

补给作业船舷侧碰撞损伤环境研究

基于横向补给作业中各个阶段可能出现的舷侧碰撞模式所确定的两船碰撞发生时的夹角和补给作业船受撞位置,进行横向补给作业船舷侧碰撞损伤仿真研究。分析了补给作业船的吸能特性和碰撞过程中两船的运动状态,获得了碰撞力、能量吸收和损伤变形的时序结果。该文的研究可对于开展补给作业船舷侧碰撞结构损伤评估、舷侧抗撞结构的优化设计提供指导。     

船撞桥概率分析

统计了船舶撞击桥梁事故并分析其原因。以昆兹模型为基础,推导出能应用到船舶撞击桥墩实际情况中的碰撞概率公式,并把此公式应用到了船舶撞击桥墩、撞击桥梁横梁的情况中,同时推导了船撞桥不同撞击角度对应的撞击概率。     

桥墩碰撞力的计算

将船舶碰撞机理推广应用到船舶对桥墩碰撞力的计算，并与有关技术规范计算结果进行比较。     

浅谈滚装客船风浪中大角度避碰

滚装客船易受风浪影响,大角度避让会产生更大的横倾,导致汽车倾翻、失火、沉船等事故。根据《国际海上避碰规则》的要求,结合本类船舶的特点,值班驾驶员应及早地小舵角避让,确保安全航行。     

计算机模拟航迹在船舶碰撞分析中的应用研究

本文以1989年4月21日在我国台湾海峡G轮和T轮的碰撞为典型实例,以双方的事故申报记载不全,证词记录有疑点,不能确定两船在碰撞前的实际航迹为前提,通过计算机技术的图象处理,模拟事故双方在碰撞前的航迹的可能变化,结合当时的环境条件,选择最可能的碰撞航迹,从而可以判断出碰撞前两船各自的操纵情况,直观明瞭,初步探讨了一种模糊航迹的判断方法。模拟的航迹可以永久存档,弥补了船舶文件的不足和检验了事故双方陈述的正确性,为正确分析碰撞事故的原因提供了科学依据。     

Artificial forces for virtual autonomous ships with encountering situations in restricted waters

ABSTRACT

Even if the same two ships operate in the same encountering situation, the actual strategies and timing of operations may be different. Therefore, the fixed collision avoidance trajectory and ship movements are no longer suitable for simulating the real ship behaviour. This paper tries to develop an artificial intelligent system that fully sensitive to the local circumstances and command a ship in virtual environment. Based on AIS (Automatic Identification System) data, this study has developed artificial forces which help decision makings on-board independently under different situations and catching the stochastic nature of ship behaviours during collision avoidances manoeuvring. Actual ship tracks are helpful for ascertaining the parameters that contribute to artificial forces in collision avoidances, while the correlation coefficient analysis is helpful to distinguish the parameters. This study will help to develop a navigation traffic simulation to reflect the realistic ship behaviour and provide reliable information for port and waterway planning, risk analysis, and mitigation measures. The method can be used in developing algorithms for autonomous ships. The method introduced in this study lays a foundation for developing artificial forces at intersections or bends, although the model is only applicable in straight channels at the moment.     

考虑船位预测不确定性的船舶碰撞危险度计算方法

[目的]船舶碰撞是威胁智能船舶航行安全的主要因素。船舶碰撞危险度计算模型应及时发现船舶航行中潜在的碰撞风险,为智能船舶的自主避让决策提供依据。[方法]首先,根据船舶领域侵入程度与侵入时间等参数,分析基于领域的碰撞危险参数计算模型,将航行场景划分为单船会遇局面和本船与船舶群组的会遇局面,给出一种新的多船会遇情况下的碰撞危险参数计算模型;其次,基于维纳过程对船位预测不确定性进行建模,根据卡方分布获取船位预测不确定性椭圆;最后,给出考虑船位预测不确定性的碰撞危险参数计算方法。[结果]该计算模型能够考虑船位预测不确定性对船舶碰撞危险的影响。[结论]可以进一步保障智能船舶的海上航行安全。     

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。     

舰船自动智能避碰数学模型及其仿真研究

为了提高舰船航行的安全和效率,达到最佳操船效果,需要建立舰船自动智能避碰数字模型.当前模型在分析舰船避碰风险度的基础上,通过人工智能、进化计算和软计算等方法实现舰船自动智能避碰,存在避碰识别准确率较低的问题.本文提出一种新的舰船自动智能避碰数学模型,首先对舰船会遇态势进行判断;然后建立预测舰船碰撞风险判断模型,预测本舰船实施自动智能避碰方案后的复航时机是否已到,以及本舰船立即复航是否能够让清目标舰船或其他所有目标舰船;最后依据舰船碰撞风险判断结果,以当前舰船潜在碰撞风险为例,建立舰船自动智能避碰数学模型.仿真结果证明,所提模型能够实现舰船自动智能避碰.     

多船避碰决策理论与模型分析

考虑到多船避碰的影响因素众多,除考虑周围船舶的态势外,还需考虑风流等自然因素的影响,以及避碰规则的种种制约,为此,分析多船的会遇局面以及避碰的机理,充分考虑影响避碰的各个因素,运用静态非完全信息的博弈论建立多船避碰决策的数学模型.     

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.     

成山头水域商船与渔船碰撞事故原因及对策

针对成山头水域的商船与渔船碰撞事故特点,从七个方面分析总结了该水域商船与渔船碰撞事故的原因,内容涉及渔政管理、通航环境、船公司监管、船员管理及培训、雾航规则制定、VTS监控及航路设计等,提出了避免碰撞的对策。