不同碰撞角度下水-船-墩流固耦合数值模拟研究

为研究不同碰撞角度下流体对船桥碰撞过程的影响，本文建立了水-船-墩精细化流固耦合模型，流体域采用ALE描述，船-桥结构采用Lagrange描述，通过罚函数算法实现结构-流体间的耦合。通过数值造波结果与解析解对比，验证了数值水池和耦合接触算法的可靠性。随后在0°～45°范围内开展了碰撞数值模拟，并与附加质量模型在能量转化、碰撞力、桥墩内力及位移、船舶损伤及航迹方面进行了对比。结果表明：流体对碰撞力影响较小；附加质量模型会略微夸大桥墩位移，但差别较小；两种模型的船舶撞损差别较大，不考虑流体时将夸大船舶撞损程度，最高可达21%；流体对船舶航迹与姿态会产生显著影响，流固耦合模型中船舶会明显滞后于附加质量模型。     

基于系统刚度的附着式防船撞设施简化动力分析方法研究

船桥碰撞问题可简化为单自由度质量-弹簧体系,在此基础上提出了基于"系统刚度"的简化动力分析方法,将船、防撞设施、桥三者简化为双自由度质量-弹簧体系,采用等效模型进行数值模拟来分析防撞设施与船艏的相对刚度对撞击力折减率、防撞设施整体压缩率的影响规律,所得结论对防撞设施设计具有一定的指导意义。     

跨海大桥抗撞能力及防护措施研究

为明确通明海特大桥桥墩不同水位下抗力水平,设防船舶撞击力,建立静力与动力模型对桥墩抗撞能力进行分析,提出柔性防撞方案。开展复合材料力学性能试验,确定复合材料在不同荷载下的破坏方式,根据试验结果定义正交各向异性本构,分析防撞装置在球鼻艏、前倾型艏船撞击下的防护性能。结果表明:过渡墩与第一跨引桥墩在高水位下抗撞能力不足;设置防撞装置后最高可削减船撞力51%,耗能比最高可达84%。     

桥墩复合材料防船撞装置新型连接试验研究

针对复合材料防撞装置易出现连接失效从而丧失防护性能,提出一种新型连接结构.首先确定连接结构在静力与冲击荷载下最不利受力状态;进而对组成结构的材料开展基本力学性能试验,并根据试验结果定义正交各向异性本构;分析连接结构最优构造参数;最后进行拉伸强度试验,验证数值计算结果的准确性并确定结构破坏方式与破坏荷载.研究结果表明:复合材料力学性能表现为各向异性,横向平均拉伸强度为332 MPa,拉伸模量为2.99 GPa,纵向平均拉伸强度为350 MPa,拉伸模量为3.32 GPa;在拉、压、剪静力与冲击作用下连接结构均表现为受拉最为不利,变形特点为插槽边齿板转角增大,插销有拨出趋势;插槽齿板根部宽度与插销齿板宽度比取0.8,插槽齿板内转角取6°～8°,连接性能最优;最优构造下单销连接抗拉能力为1 290 kN,最大应力为341 MPa;缩尺试验模型整体抗拉刚度为428.5 kN/m,拉伸破坏荷载有限元计算值为22.5 kN,试验值为22 kN,破坏方式为齿板根部撕裂,插销被拨出.     

跨海大桥抗撞能力及防护措施研究

为明确通明海特大桥桥墩不同水位下抗力水平,设防船舶撞击力,建立静力与动力模型对桥墩抗撞能力进行分析,提出柔性防撞方案。开展复合材料力学性能试验,确定复合材料在不同荷载下的破坏方式,根据试验结果定义正交各向异性本构,分析防撞装置在球鼻艏、前倾型艏船撞击下的防护性能。结果表明:过渡墩与第一跨引桥墩在高水位下抗撞能力不足;设置防撞装置后最高可削减船撞力51%,耗能比最高可达84%。