船舶碰撞数值仿真的一种组合模型

根据船舶碰撞的运动滞后和局部损伤特性,采用附连水质量处理流体-结构耦合作用,用详细的有限元模型表达撞击船首和被撞船侧的直接涉撞区结构,而将非碰撞区的船体结构以具有相应质量分布和弯曲刚度的惯性等效模型来代表,并将之与碰撞区的局部模型适当地联接起来,形成一个组合模型用于碰撞仿真计算.该组合模型不仅建模工作量小,而且CPU时间也大大减少.算例表明,组合模型与流固耦合模型的分析结果具有良好的一致性,可以满足一般的工程精度要求.     

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。     

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。     

被撞船刚体运动响应的滞后特性

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存在一定程度的滞后。本文以理论分析和数值仿真两种方法对该滞后现象进行了研究。提出了运动滞后分析的基本假定和计算公式。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。     

某核动力平台双层舷侧结构耐撞性试验及数值分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究某核动力平台双层舷侧结构的耐撞性能。[方法]分别建立全船和局部双层舷侧结构碰撞有限元模型,利用LS-DYNA软件进行碰撞仿真分析;在此基础上,设计双层舷侧结构准静态挤压缩比试验模型,开展相应准静态挤压试验,并与数值仿真结果进行对比。[结果]结果显示,对于船舶低速碰撞,局部结构模型与全船模型计算的结构响应基本一致。设计的准静态挤压缩比试验结果与数值仿真结果吻合较好,较好地反映了低速碰撞特性和结构变形模式,验证了数值仿真方法的正确性。双层舷侧结构的核动平台在受到5 000 t级船舶以2 m/s的速度碰撞时未发生破口,具有较好的抗碰撞性能。[结论]采用局部结构模型计算碰撞响应的精度较的,可大幅减少建模和计算的工作量。研究工作对于同类结构耐撞性能分析及碰撞试验研究具有一定的参考价值。     

船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法

[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉（ALE）流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。     

基于全耦合技术的船体结构碰撞性能研究

由于船舶碰撞问题的复杂性,通常是将船舶碰撞的外部机理与内部机理分开研究。作者基于“全耦合”分析技术,建立撞击船与被撞船整船模型,成功解决了船体与流场、撞击船与被撞船的耦合。此外,考虑撞击船与被撞船同步损伤,将内部机理同外部机理同步分析。通过数值仿真计算,分析了碰撞后撞击船与被撞船的运动、能量转化以及碰撞力、损伤变形及各构件的吸能情况。另外,开展多种碰撞工况计算研究,得出了便于工程应用的极限撞速曲线,为后续的船舶碰撞研究提供了技术支撑。     

船桥碰撞下船体结构强度及动力响应分析

船桥碰撞下船体结构很容易损伤,为控制灾难性程度,船舶设计时进行船体结构强度及动力响应测试十分必要,建立船舶和桥梁的有限元模型。针对模型施加荷载,设计6种工况,动态模拟船桥碰撞过程。分析碰撞过程中的船体结构强度及动力响应情况。结果表明：根据最大相对变形和极限强度,将船体强度从低到高排序,得出船舶行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,产生的破坏力越强。碰撞力变化特征：开始迅速上升,出现小幅度的减小,碰撞力再次上升并且达到顶峰,碰撞力迅速下降,船舶的动能逐渐减少,内能逐渐升高;行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,动能越小,内能越大。撞深整体呈现先升高再降低最后维持平稳的变化特征;船舶行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,撞深越大。     

基于流固耦合法的巡逻船首部结构耐撞性能研究

目前船舶碰撞研究普遍采用忽略水对船体影响的附连水质量法,本文将水介质对船舶的影响考虑进去,建立船—水—船相互作用的流固耦合算法。并以600吨级巡逻船为研究对象,建立撞击船与被撞船整船模型以及适当大小的水域,解决了撞击船—流场—被撞船之间的耦合问题。在数值仿真计算过程中,将内部动力学及外部动力学同步分析,获得了不同工况下被撞船的运动状态以及损伤变形、碰撞速度和碰撞力等动态结构响应。所获结果可为巡逻船在不可避免地发生碰撞时提供操船建议,对于提高巡逻船的战斗力具有重要的意义。     

基于流固耦合法的巡逻船首部结构耐撞性能研究

目前船舶碰撞研究普遍采用忽略水对船体影响的附连水质量法,本文将水介质对船舶的影响考虑进去,建立船—水—船相互作用的流固耦合算法。并以600吨级巡逻船为研究对象,建立撞击船与被撞船整船模型以及适当大小的水域,解决了撞击船—流场—被撞船之间的耦合问题。在数值仿真计算过程中,将内部动力学及外部动力学同步分析,获得了不同工况下被撞船的运动状态以及损伤变形、碰撞速度和碰撞力等动态结构响应。所获结果可为巡逻船在不可避免地发生碰撞时提供操船建议,对于提高巡逻船的战斗力具有重要的意义。     

船-冰碰撞载荷下3种舷侧结构耐撞性分析

为探究船-冰碰撞载荷下横骨架式和纵骨架式2种船体结构的耐撞性能,利用MSC/PATRAN软件建立油船及冰体有限元模型,运用非线性有限元软件Dytran对船中舷侧结构与冰体棱角发生碰撞进行仿真。通过2种舷侧结构的船体与冰体碰撞,对比不同船体结构的损伤变形、碰撞力和能量吸收的差异,探究各种船体结构的优劣性。利用不同船体结构的优劣性能对现有的2种船体舷侧结构进行改进,合理布置横骨材、纵骨材的数量及尺度,在船舶总质量改变不大的前提下,采用优化混合骨架设计结构方法提高舷侧结构的耐撞性能。计算结果表明,该方案对冰区船舶结构加强具有重要的参考意义,可为提高冰区船舶耐撞性设计提供建议。     

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     

供应船与半潜式支持平台碰撞的数值仿真分析

为了解供应船舶与半潜式支持平台碰撞的典型特征以及被撞立柱内不同结构的响应特征,基于通用有限元软件建立供应船与平台的三维有限元模型,选择合适的附加质量系数、材料参数及网格密度,对两者在不同碰撞位置以及不同碰撞速度下的碰撞力、结构破环情况以及能量转化规律进行分析,得到被撞平台典型的响应特征及立柱内不同结构的响应规律。     

海上船舶耐撞性研究与结构设计

研究船舶的耐撞性对于保证船舶的安全航行具有重要的现实意义。本文分析目前所使用的双壳船舶的舷侧的碰撞模型,并给出其碰撞变形情况。然后设计3种耐撞性的船舶结构;阐述其在碰撞过程的变形能情况,最后通过碰撞力和吸能密度进行3种结构与原结构的对比分析。     

舷侧齿型纵桁耐撞性初探

船舶碰撞通常导致船舱进水或变形、海洋环境污染以及人员伤亡等后果.为提高船舶舷侧的耐撞性,以某双壳油船舷侧为研究对象,设计一种齿型纵桁,并将其与传统舷侧结构相结合,形成一种新型舷侧结构.采用数值仿真软件建立舷侧模型,选取舷侧3个典型位置,对比新旧结构的吸能能力、碰撞力峰值和极限撞深.数值仿真结果表明:齿型纵桁舷侧结构具有较好的耐撞性.     

新型舷侧防护结构耐撞性能研究

采用数值仿真的方法对船舶碰撞动力学过程进行仿真再现。系列仿真计算结果表明,传统的舷侧结构在耐撞性能方面存在很多缺陷,针对大型VLCC船舶设计帽形、菱形、半圆管形三种新型纵桁形式的双层舷侧结构模型,并从碰撞载荷、结构损伤变形、能量的吸收与转换等角度对此三种新型舷侧结构与传统舷侧结构的耐撞性能进行对比分析,结果表明半圆管纵桁形式的双层舷侧结构模型具有最好的耐撞性。     

基于“板-梁”耦合技术的自升式海洋平台碰撞性能研究

随着世界各国对海洋资源开发的不断重视,各种海洋能源开发装备不断研发与应用,船舶与海洋平台碰撞的事故越发频繁.开展海洋平台碰撞性能研究,揭示平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理,对更好地开展平台耐撞结构设计具有重要意义.由于海洋平台结构庞大且复杂,对其开展整体碰撞性能研究时,需要对模型进行合理简化.文中基于非线性有限元软件ABAQUS,针对自升式海洋平台结构特点,提出了"板-梁"耦合技术,以简化建立自升式海洋平台的碰撞模型.利用该技术分析了平台遭遇5 000 t补给船撞击下的动态响应,从损伤变形、碰撞力、能量吸收等方面对自升式海洋平台结构碰撞性能进行研究.研究结果表明:船舶与海洋平台碰撞具有明显的局部特征,碰撞区域的弦杆和撑杆均发生了较为明显的弯曲变形,且撑杆为主要的吸能构件,可见,适当增加碰撞区域撑杆的强度,可以有效提高平台的碰撞性能.     

基于规范的冰区船舶肩部结构形式设计研究

CCS给出了冰区航行船舶横向和纵向2种结构加强方案。本文利用有限元软件LS-DYNA,模拟肩部采取不同加强方案的船舶与冰体碰撞,对比研究不同碰撞方案下船体结构响应的差异,结果显示横向加强方案具有更强的耐撞性能。所得结论对于选择冰区船舶结构加强方案具有重要意义。     

球罐型LNG船结构的抗碰撞能力预测

钢结构的现代设计使用4类极限状态，即耐用极限状态、最大极限状态、疲劳极限状态和事故极限状态。本文旨在建议和说明一条135000m^3的球罐型LNG船抵抗船舶碰撞能力的评估程序。与结构抗撞能力有关的评估程序以能量耗散为基础，在本文情况下，能用于预防遭受轻微或中等碰撞事故的球罐型LNG货舱的破坏。根据拟定的评估程序，对碰撞事故过程中动能损失大约估计时要进行一系列相当精确的数值计算，用于模拟目标船满载停止（系泊）而撞击船的装载状态和船型变化时的结构抗撞能力，假定LNG船舷部结构被一条VLCC或另一条LNG船的艏部撞击。根据计算结果，目标船在不同碰撞方案时的抗撞指数（CRI）－在本研究中定义为结构能量耗散能力与初始动能损失的比率函－就可算得。对于预防球形LNG货舱碰撞损坏有用的一些重要的观点，也作了探讨。     

船与FRP浮箱非线性动力学碰撞过程的数值仿真

介绍了自定位防船撞FRP浮箱的结构特点;基于ANSYS/LS-DYNA软件平台,对一艘2000DWT散货船与防撞浮箱正撞和8°斜撞的非线性动力学过程进行了数值仿真研究;分析了能量耗散过程、碰撞力衰减时程以及碰撞区的结构变形与损伤失效过程;为该装置的工程设计与工程实验提供了理论依据。