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。     

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。     

船首形状对舷侧结构碰撞性能的影响研究

船舶碰撞问题一直是船舶力学界研究的热点,但以往的研究并没有深入分析各类船舶的不同艏部形状对碰撞性能所产生的影响.为此利用数值仿真软件MSC/Dytran,对具有不同曲率的球鼻型船首和不同张角的常规船首撞击下舷侧结构的碰撞性能进行了定量的比较研究.结果表明,撞击船首部形状对被撞船舷侧结构的碰撞性能产生显著的影响,撞击船球鼻曲率形状参数越小或艏部张角越大,舷侧结构极限撞深提高,碰撞力增大,极限撞深时的吸能增多.     

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.     

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MD Nastran的船-冰碰撞数值仿真研究

船舶与海冰的碰撞过程十分复杂,涉及多种非线性问题。文章运用 MD Nastran对船舶艏部与冰的碰撞进行数值仿真计算,来模拟这一过程。得到了碰撞结束后,船首和海冰的损伤变形情况,船体结构的应力应变情况,以及在船—冰相互作用过程中的能量变化,应力应变变化。研究结果描述了船舶与冰碰撞的详细过程,揭示了冰载荷作用下船体结构的响应规律,可为船舶抗冰载荷设计提供参考。     

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。     

Analysis of structural crashworthiness of double-hull ships in collision and grounding

A conceptual design framework for collision and grounding analysis is proposed to evaluate the crashworthiness of double-hull structures. This work attempts to simplify the input parameters needed for the analysis, which can be considered as a step towards a design-oriented procedure against collision and grounding. Four typical collision and grounding scenarios are considered: (1) side structure struck by a bulbous bow, (2) side structure struck by a straight bow, (3) bottom raking, (4) bottom stranding. The analyses of these scenarios are based on statistical data of striking ship dimensions, velocities, collision angles and locations, as well as seabed shapes and sizes, grounding depth and location. The evaluation of the damage extent considers the 50- and 90-percentile values from the statistics of collision and grounding accidents. The external dynamics and internal mechanics are combined to analyse systematically the ship structural damage and energy absorption under accidental loadings.     

单壳船侧结构的碰撞能量吸收

文章提出一种近似的解析方法评估单壳船侧结构的耐撞性。首先研究了单轴对称工字梁在横向载荷作用下结构从形成塑性铰到弦响应的力学过程,导出能量和变形的近似解析关系,然后考虑球鼻首和船侧结构的碰撞性将主要受撞区域舷侧板梁组合结构离散成为多个单轴对称工字梁,得到单壳舷侧结构碰撞过程能量吸收的近似公式,同时研究了球鼻形状以及不同碰撞位置对结构变形与能量吸收的影响。对散货船单壳舷侧结构的耐撞性用本文近似理论公式     

A study on collision buffer characteristic of sharp entrance angle bow structure

SEA-Arrow (sharp entrance angle bow like an arrow) has no protrusion of the bulbous bow to reduce bow waves and has a transverse stiffening system in the narrow bow space to apply the buffer bow concept. This system has lower longitudinal stiffness than a conventional longitudinal stiffening system and therefore has buffer characteristic in ship-to-ship collision. A comparative collision study of SEA-Arrow and the conventional bulbous bow was conducted using elasto-plastic finite element analysis. A collision scenario where the striking ship hits the side shell of tanker midship perpendicularly was selected. The results showed that the buffer bow characteristic of SEA-Arrow is superior to that of the conventional bulbous bow, since much more energy is dissipated by the plastic deformation of striking and struck ships until the inner shell of struck ship ruptures.     

船舶碰撞运动的滞后特性

船舶碰撞过程中,被撞船的刚体运动较之碰撞区的局部损伤变形而言,存在一定程度的滞后效应。本文从理论分析和数值仿真两个方面对该滞后现象进行了研究。研究结果表明：被撞船的运动滞后与撞击速度有重要关系;在高速撞击时,船舶碰撞的内、外部机理计算可相对独立地进行,而不会引起明显的分析误差。     

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。     

An analytical method for predicting the ship side structure response in raked bow collisions

As an increasing number of ships continue to sail in heavy traffic lanes, the possibility of collision between ships has become progressively higher. Therefore, it is of great importance to rapidly and accurately analyse the response and consequences of a ship's side structure subjected to large impact loads, such as collisions from supply vessels or merchant vessels. As the raked bow is a common design that has a high possibility of impacting a ship side structure, this study proposes an analytical method based on plastic mechanism equations for the rapid prediction of the response of a ship's side structure subjected to raked bow collisions. The new method includes deformation mechanisms of the side shell plating and the stiffeners attached. The deformation mechanisms of deck plating, longitudinal girders and transverse frames are also analysed. The resistance and energy dissipation of the side structure are obtained from individual components and then integrated to assess the complete crashworthiness of the side structure of the struck ship. The analytical prediction method is verified by numerical simulation. Three typical collision scenarios are defined in the numerical simulation using the code LS_DYNA, and the results obtained by the proposed analytical method and those of the numerical simulation are compared. The results correspond well, suggesting that the proposed analytical method can improve ship crashworthiness during the design phase.     

柔性、刚性球艏对双壳舷侧结构耐撞性能影响的研究

采用非线性显示动力有限元软件LS_DYNA,对舷侧双壳结构在柔性和刚性球艏撞击下的动力响应进行仿真研究.采用全船有限元模型,考虑船体周围附连水质量对结构动力响应的影响.给出了碰撞力-撞深、能量-撞深曲线以及各构件吸收的能量.仿真结果表明:不同球艏撞击下舷侧内外壳板的破裂时刻、撞深和舷侧结构变形性能都有所不同.