考虑静水压力的加筋圆柱壳体径向碰撞机理研究

水下碰撞是水下结构物的主要事故形式之一,而深水静压载荷环境下的碰撞、触礁等问题是深水静压和碰撞联合载荷作用下的结构响应问题,是最为危险的碰撞环境.采用MSC/Dytran大型非线性动力有限元程序,建立数值有限元模型,考虑深水静压和外物撞击的联合作用,进行深水静压环境、无水压力环境下以及不同撞击载荷多工况碰撞环境和撞击历程的数值分析,对加筋圆柱壳体碰撞载荷作用下的变形、失效机理和变形历程进行比较,分析了不同速度、质量撞击物撞击载荷作用下撞击强度、深水压力载荷等对碰撞历程的影响和加筋圆柱壳体深水碰撞环境下的动态响应特性和碰撞机理.结果显示:由于准静压载荷的附连联合作用,撞击形变将不可避免地带来准静压载荷的做功,其能量将直接由结构吸收,从而将导致加筋圆柱壳体结构的防撞能力急剧下降.同时,随着静水压力的增大,撞击初始阶段所产生的小变形将导致圆柱壳体的整体环向失稳,从而导致壳体整体迅速压溃,因此,深水环境下结构碰撞问题的研究主要是结构的初始稳定性问题的研究.圆柱壳体通过横向平台的加强后将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,从而能够明显地改善加筋圆柱壳体结构的径向耐撞能力.     

双层立管在船舶撞击作用下结构行为分析

以船舶与立管碰撞为研究对象,采用三维有限元模拟碰撞过程,显式动力求解分析双层立管在侧向碰撞作用下的结构行为,得到碰撞过程中撞击力、结构响应、损伤变形等一般性规律,计算分析了边界约束条件、撞击质量、撞击速度、立管内压以及轴向预拉力参数的影响.结果表明,边界条件对于结构的固有频率、撞击力、结构损伤变形影响较大;撞击质量及速度是决定撞击力及变形的最主要的因素;内压的存在使得最大撞击力变小以及立管局部变形变小;在一定范围内的轴拉力越大,碰撞引起最大撞击力越大,整体变形反而变小.     

低速碰撞载荷下钢制波纹夹层板动态响应研究

基于有限元软件Ansys/LS-DYNA,对钢制梯形波纹夹层板在低速碰撞载荷作用下的动态响应进行数值仿真研究,分析碰撞能量、冲头直径大小、碰撞位置和冲头撞击方向对夹层板动响应特性的影响。结果表明,随着碰撞能量从100 J增加到400 J,面板变形呈现出线性增加的趋势,碰撞能量达到一定水平后,结构出现损伤破坏,并且发现这种损伤的发生存在相对恒定的临界值,上面板吸能占比减小了30.5%,芯层和下面板吸能占比依次增加了12.4%,18.1%。冲头直径过小会带来明显的载荷局部效应,碰撞位置位于芯层胞元跨中时芯层无法对冲头进行直接支撑,这都会引起上面板的撕裂破坏,甚至被冲头贯穿。随着冲头撞击角度增加,上面板的撕裂破口逐渐由横向变为纵向,夹层板整体的能量吸收速率逐渐变大。在给定的载荷状况下,冲头30°撞击时,夹层板的耐撞性能较优;冲头90°撞击时,夹层板的耐撞性能较差。     

液货晃荡对双壳油船碰撞性能的影响研究

利用ANSYS/LS-DYNA分析载货情形下的双壳油船发生碰撞导致舱内液货发生晃荡时,晃荡载荷对舷侧结构碰撞性能的影响,并将所得结果与空载状态下的碰撞事故进行比对,发现液体晃荡对碰撞性能的影响主要体现在当撞击船接触到被撞击船内壳时,舱内液体动能较大,对碰撞性能产生显著影响,舱内液货能有效吸收撞击船的撞击能量,使得撞击速度快速下降,同时由于舱内液货与舱壁之间的耦合作用,使得碰撞力增大,导致内壳受损更为严重,造成内壳提前破裂。     

撞击参数对双层舷侧结构碰撞响应的影响

深入了解船体结构碰撞损伤特性和能量吸收机制是开展船舶耐撞性优化设计的前提。文章利用显式非线性有限元数值仿真技术对不同撞击条件下的双层舷侧结构碰撞响应进行了系列研究。研究结果表明：撞击位置、撞击角度和撞击速度的改变可能导致不同的碰撞损伤过程或结构损伤变形。     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.     

基于LS-DYNA的带球封头耐压结构深海碰撞仿真

深海潜器在近海底自航时存在着与海山、礁石等结构物发生碰撞的可能性,这种深海碰撞情况是潜器航行最危险的工况.本文基于非线性有限元程序LS-DYNA对深海碰撞过程进行数值模拟,分析碰撞过程结构损伤变形、碰撞载荷和能量变化情况,对剩余承载能力和结构失效模式进行分析.在此基础上,进一步探讨了撞击速度、静水压力、被撞物体的结构等撞击参数对于水下碰撞过程的影响,所得结果可以为潜器航行安全性提供参考.     

应用精细积分的船舶碰撞载荷数值计算方法

碰撞是影响船舶安全航行的主要因素之一,为此研究应用精细积分的船舶碰撞载荷数值计算方法。依据船舶基本参数,建立碰撞运动方程;通过精细积分求解运动方程,得到碰撞载荷向量,完成碰撞载荷数值计算。试验证明：被撞船舶速度越快,碰撞载荷数值越大,船舶外壳破裂速度也越快;不同被撞船舶质量,碰撞前期碰撞载荷数值基本一致,碰撞后期碰撞载荷数值差距逐渐变大,被撞船舶质量越大,碰撞载荷数值越大;适当增加防护装置的泡沫铝厚度与橡胶厚度,可提升船舶碰撞载荷数值,加强船舶的防撞性能。     

双层圆柱壳受物体撞击损伤过程数值仿真

圆柱壳是海洋工程结构物和潜体中广泛采用的结构单元,为了研究其在物体撞击作用下的响应以及撞击角度对撞击响应的影响,文中采用大型非线性动态响应分析程序MSC.Dytran,分不同撞击角度,对双层圆柱壳结构受射弹撞击过程进行了数值仿真,研究分析了圆柱壳结构的损伤变形、能量吸收及撞击力的变化情况.文中的计算结果对圆柱壳结构物的抗撞击分析研究及合理的结构设计有参考价值.     

深水环境下双层圆柱壳结构受撞数值仿真

水下运载器一旦受到物体撞击造成破舱进水,后果不堪设想.为了提高水下运载器的结构安全性,选取其典型耐压结构形式--双层圆柱壳结构为研究对象,采用MSC.Dytran非线性瞬态动力学分析程序,分3种撞击环境:流固耦合与深水静压联合作用、单深水静压作用以及单流固耦合作用,对双层圆柱壳结构受物体撞击的损伤过程进行数值仿真.通过对计算结果的对比分析,研究了深水压力及流固耦合作用对受撞结构的损伤变形、撞击过程中的能量转换和撞击力的影响.本文的研究成果,可为水下运载器的碰撞研究及抗撞结构设计提供借鉴.     

高强度钢缓冲型船艏研究

在船舶碰撞事故中，一般船侧的破损程度比船艏大，从环境保护的全局意识及降低整体经济损失的角度出发，应该在保证船艏结构在能够承受常规载荷的前提下适当地减小其纵向刚度，使其在撞击船侧时导致船侧破损的可能性降低。笔者从损伤形态，碰撞力，碰撞力密度和能量吸收等方面对采用高强度钢的缓冲船艏进行研究，发现船艏结构采用高强度钢在等强度的条件下，可减少结构的板厚和船艏结构的临界压溃载荷，从而降低对被撞船舶侧结构的破坏。     

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.     

船用蜂窝金属夹芯板重复冲击实验研究

蜂窝金属夹芯结构具有高比强度、高比刚度和高能量吸收性能,在船舶与海洋工程结构轻量化与碰撞冲击防护领域具有广泛的潜在应用价值.本文采用INSTRON CEAST 9350落锤冲击试验机进行了船用蜂窝金属夹芯板重复冲击实验,得到了蜂窝金属夹芯板结构塑性变形累积过程以及重复冲击载荷-位移曲线.研究结果表明:在重复冲击载荷作用下,蜂窝金属夹芯板结构上下面板弯曲变形逐渐增大,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化;上面板主要表现为局部凹陷与整体弯曲的耦合变形模态,下面板变形模态经历了从整体弯曲到整体弯曲与局部凹陷耦合模式的转变过程;重复冲击能量及上下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态变形累积及能量吸收性能具有显著影响.     

钢悬链线立管整体干涉分析研究

深水海洋立管具有柔性,特别是极端海况条件下,相邻立管之间可能发生互相干涉而增大立管的应力,从而影响其疲劳寿命.钢悬链线立管相比顶张力立管,有效张力较小,对环境载荷作用更加敏感,更容易发生碰撞.基于动力学分析软件OrcaFlex建立有限元模型,从允许碰撞的角度出发,对串列布置于张力腿平台上的两根钢悬链线立管进行整体碰撞分析,研究立管间距、尾流模型、拖曳力系数、海流流速和柔性接头刚度对立管碰撞的影响,阐述对碰撞范围、上下游立管相对运动速度、最大碰撞速度和最大碰撞能量的影响规律,为实际工程中立管的空间布置和结构优化设计提供参考.     

水下管汇保护装置落物碰撞分析

水下管汇是水下生产系统中最重要的设施之一;但由于海洋渔业活动频繁,渔网拖拉与落物事故偶有发生,对水下管汇(PLEM:Pipeline End Manifold)可能会造成破坏,ISO 13628-1规范对渔网拖拉工况以及落物荷载做了讲解。渔网拖拉工况可以在在位分析中作为外部荷载来验证结构稳定性。本文主要介绍落物碰撞对对水下管汇的影响,为减少落物对水下管汇的损伤,以及如何配置合理的防护措施提供合科学依据。     

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.     

钛合金耐压壳在碰撞下的动力屈曲数值模拟

潜器在航行时有可能与礁石、冰山、其他潜器等发生碰撞事故,碰撞会导致潜器部分结构出现受损、变形、发生屈曲等情况.近年以来,耐压结构在碰撞下的动力屈曲问题引来众多学者的关注与研究.本文利用有限元软件Ansys/Ls-dyna对钛合金耐压壳在碰撞下的动力屈曲展开研究,分析撞击速度对耐压壳动力屈曲的影响.结果表明:在撞击速度达到使耐压壳发生屈曲前,碰撞过程中的最大碰撞力与平均碰撞力的比值可能不变;在不考虑其他因素(耐压壳的厚度,弹性模量,静水压力等)对碰撞力影响的前提下,撞击速度在达到使耐压壳发生动力屈曲前,与最大碰撞力和平均碰撞力近乎呈线性关系.     

英标及PIANC规范船舶撞击能量计算比较

对比了英标和PIANC两本规范关于船舶撞击能量计算的异同,并就护舷设计吸收能与中国规范进行了比较分析,就撞击能计算中的偏心系数开展了进一步研究。得出结论:1)英标及PIANC规范船舶撞击能量计算中偏心系数、水动力质量系数和异常靠泊能量系数等参数取值不同。2)英标的集装箱船撞击能设计值大多小于PIANC,而油船撞击能设计值大于PIANC。3)油船采用三分点靠泊时撞击能量约为四分点靠泊时的1. 3倍左右。4)油船及气体运输船管汇偏中影响着偏心系数C_E取值,随着船舶吨级增大而减小,影响程度为12%～29%。     

钢—泡沫结构的耐撞性能研究

运用MSC.Dytran有限元数值仿真软件,研究比较钢—泡沫板与普通钢板在外载荷冲击作用下的力学性能,分析它们的碰撞力和能量吸收等特性。通过改变泡沫厚度研究整体结构的耐撞性,为基于钢—泡沫结构的船体耐撞结构设计提供研究基础。     

转筒式防撞设施防船撞性能研究

为探究转筒式防撞设施的防船撞性能,本文采用PATRAN软件建立转筒式防撞设施及船舶的精细化数值计算模型,并采用LS-DYNA软件进行显式动力响应分析,研究了船舶吨位、撞击速度及碰撞角度对三种材料形式的转筒式防撞套箱防船撞性能的影响。结果表明:复合材料套箱在船撞力折减效果及船艏保护方面的性能要显著优于钢套箱和钢-复合材料套箱;对于不同吨位、速度的船舶撞击,船舶吨位越大、速度越快,三种材料形式的防撞套箱均表现出更好的防船撞性能;碰撞结束后,正撞计算工况的船舶初始动能全部转化为其它形式的能量,而15°和30°斜撞计算工况仍有40%～50%的初始动能停留在船舶上,碰撞结束后船舶可继续航行。