球鼻首结构与刚体和冰载荷的碰撞机理研究

球鼻首耐撞性是船体结构意外极限状态设计和安全评估的重要内容,为了在相应的意外事件中结合相关准则评估结构吸能能力,结构耐撞性特征进行分析应当被充分考虑。本文基于非线性有限元法,对典型球鼻首结构与刚体和冰载荷的碰撞机理进行研究。结果表明,船首与刚体碰撞时,除与刚体接触的区域损伤失效外,甲板也产生了塑性变形,其挠度约为型宽的5.3%。无论与刚体还是冰载荷碰撞时,球鼻首外板的应力-时间曲线和内能-时间曲线都呈现出高度非线性,其振动周期约为4 ms。船首与冰载荷碰撞时,各构件的吸能大小顺序依次为主船体外板、球鼻首外板、甲板、纵向加强筋和横向加强筋。可见,在球鼻首耐撞性设计和预报中,球鼻首的振动、甲板的变形应被充分考虑,纵向加强筋的数目应被适当增加。     

基于船-水-冰耦合技术的撞击参数对船冰碰撞性能的影响

以极地运输船舶的首部作为研究对象,建立基于流固耦合算法的船-水-冰耦合技术对三维船首与冰体碰撞的结构响应问题进行研究,成功解决了船体、冰体与流场、船体与冰体之间的耦合,考虑了碰撞过程中船体与冰体的同步损伤,并结合非线性有限元软件Ls-dyna对比分析了冰体质量、船冰碰撞角度等撞击参数的结构响应问题,分析了不同碰撞工况下船舶撞击冰体后损伤变形、碰撞力等方面的变化特征,对分析船舶与冰体碰撞的结构性能具有参考价值。     

破冰结构与冰载荷相互作用下的破坏模式和损伤机理研究

本文首先利用LS-DYNA建立各向同性粘塑性有限元数值模型,并结合ISO推荐压强-面积理论曲线和相关学者的实验数据,验证数值模型的可靠性。其次,比较两种典型破冰结构的破冰机理和破冰效果,对破冰船在行进方向受到的阻力分别与首部外板倾角和水线面首部夹角的关系做了讨论。最后,分析了普通船舶船首与冰层碰撞时的损伤特点。结果表明：冰刀式破冰结构的破冰作业效率比压溃式更高,而压溃式破冰结构的安全性要比冰刀式更好;船舶与冰排相撞时,船首的易受损部位主要分布在首柱后侧临近区域和两侧船-冰接触区域,其中外板吸能最多,横向骨材吸收撞击时所产生的能量多于纵向骨材。因此,要结合实际航行水域的冰情、船舶功能和主机功率等因素,才能选取合适的破冰结构以达到最好的破冰效果;在破冰船船首设计和建造时,应增加船-冰碰撞区域船首外板的厚度,船首结构尽量采用横骨架式结构。     

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。     

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MD Nastran的船—冰碰撞数值仿真研究（英文）

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。     

船舶碰撞损伤影响因素研究综述

为减少船舶碰撞损伤的影响、增强船舶航行安全性、保护水面环境，船舶碰撞损伤影响因素受到关注。该文从撞击船首、被撞船舷结构以及两船的相对运动状态等3个方面对船舶碰撞损伤主要影响因素进行综述。从优化船首设计、增强船舷结构强度和驾驶船舶应急操作3个角度阐述减少船舶碰撞损伤的对策建议，指出其中存在的不足，并提出下一步船舶碰撞损伤研究展望：协调缓冲船首刚度与变形度、提高船舶耐撞性与增加船体结构质量，及应急操作与舵手能力不足之间的相互关系。     

渔船与码头碰撞的仿真分析

利用Patran/Dytran有限元分析软件,建立了某渔船与码头碰撞的有限元模型,并模拟其碰撞全过程。通过对渔船与码头之间的碰撞力变化、能量转化、损伤变形以及等效应力等情况进行分析,得出了渔船与码头碰撞的一般规律和特点。针对碰撞中渔船船首构件的吸能损伤特性进行了研究,得出渔船船首构件的吸能与失效具有先后顺序,并且渔船船首外板是主要的吸能构件,从而为后期渔船船首结构的耐撞性设计与渔船的海损评估提供参考。     

不同类型层冰载荷作用下船首结构响应研究

由于北极地区冰情复杂,分布着大量无规则浮冰,因此极地运输船在航行过程中难免会与冰区浮冰发生碰撞,引起船体结构响应。本文基于Ls-dyna软件构建船水冰全耦合模型,对极地运输船舶与规则层冰和不规则层冰发生碰撞分别开展数值模拟,对冰厚和航速2种不同工况条件下的船首结构损伤变形及碰撞力均值进行对比分析。研究发现,不规则层冰载荷下引起的船体结构响应更为剧烈,碰撞力均值更大,为北极冰区运输船的航行安全提供了参考。     

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。     

船舶骑冰事故下船体梁结构强度特征分析

[目的]针对船体梁与冰层相互作用后的结构强度变化问题,提出骑冰工况下船体梁结构强度分析方法,揭示相应的结构强度特征。[方法]首先,建立船体梁结构强度分析模型,并根据各分段属性建立对应的船体梁载荷分析模型;然后,在载荷分析模型中求解得到骑冰工况的浮力分布并代入结构强度分析模型中,以考虑骑冰带来的浮力变化;最后,施加重力及冰层支反力,进行结构强度计算,并分析抬升位置和抬升高度对船体梁浮力、剪力、弯矩以及局部应力分布的影响。[结果]结果显示,当船首抬升高度变化时,船体梁存在浮力与剪力不随抬升高度变化的点,该点分别位于船体梁后半段以及船中;当抬升位置位于球鼻艏时,该部位的舷侧外板更接近于垂直,不利于抵抗冰层支反力,导致高应力面积相对较大,更危险。[结论]采用所提方法能够计算船体梁结构在船首大幅度抬升情况下的结构响应,计算效率高,可初步判断危险骑冰工况下船体梁的结构强度。     

基于钢-泡沫夹层结构的船与冰碰撞性能分析

运用非线性有限元基本理论,采用大型动态计算软件MSC.Dytran,建立了基于钢-泡沫夹层结构的船舶首部以及冰体的三维有限元计算模型,分析了碰撞力的大小、船首及内部结构的损伤变形和能量吸收等特性。为研究大型运输船舶船首结构与冰之间碰撞性能奠定基础。通过使用钢-泡沫夹层结构替换舷侧外板,在有效行程内降低了碰撞力和增加总体的能量吸收,提高了整体的碰撞性能。     

基于内聚力接触法的船舷侧-平整冰相互作用数值模拟

针对极地航行船舶与平整冰碰撞挤压的典型场景，采用内聚力接触法模拟平整冰与舷侧碰撞发生挤压破坏的过程，构造粗糙化单元表面模拟冰与结构物表面的非同时接触，选取均匀化冰体单元描述冰的微裂纹扩展和挤碎的过程。在此基础上，分析不同碰撞场景下舷侧局部载荷的分布规律，并对舷侧结构变形和吸能结果进行分析。仿真结果表明：局部载荷的大小与碰撞速度的关联性不强；在平整冰与舷侧碰撞过程中，纵骨对结构抵抗外载荷并保持稳定的贡献较大。     

水介质中船体板架模型与冰体碰撞试验研究

本文初步引入了对船冰碰撞过程中水介质存在作用的思考,来验证船-水-冰耦合碰撞数值仿真方法的合理性和可行性以及深入研究水介质中船体与冰体碰撞的结构响应问题。文中以某实船舷侧板架为研究对象,以缩尺比1:10加工模型,在水池中测得不同速度冰体撞击板架过程中板架结构各部位的应变值以及板架变形量;建立与模型试验相同的板架与冰体模型,进行数值仿真,将试验和仿真计算获得变形及应力峰值作对比,从而总结出不同撞击速度对船-水-冰耦合碰撞结果的影响规律。     

冰体质量和撞击角度对船首结构碰撞性能的影响

以极地航行运输船的艏部结构作为研究对象,采用ANSYS对船首结构和冰体进行建模,结合非线性有限元软件LS-DYNA重点研究冰体质量和船冰撞击角度对船首结构的影响,得到冰载荷下船首结构的损伤变形、碰撞力等方面的变化特征。结果表明,冰体质量和撞击角度的改变会给船首结构带来不同程度的损伤变形。研究结果对分析船舶与冰体的碰撞性能具有参考价值。     

考虑流场影响的破冰船艏部结构响应

建立破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行数值仿真计算,分析水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化和流场的动能变化。将采用流固耦合法得到的计算结果与采用附加质量法得到的计算结果相对比,分析二者在船首的碰撞力大小、损伤变形和局部冰载荷等方面的差异,揭示流场对船-冰碰撞的影响规律。该研究对破冰船结构设计具有一定的参考价值。     

楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究

船舶遭受其他船船舶撞击会引起严重的后果,典型撞击船船首形式有球鼻首和楔形首,而目前对楔形首撞击下船体结构的耐撞性研究涉及较少。此外,双壳船体结构形式可提升船舶的碰撞安全性。因此,本文开展楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究。设计了双壳结构模型试件和楔形首撞头,开展了准静态压载试验。同时开展数值模拟,准确模拟了双壳结构完整损伤过程的撞击力-撞深曲线和最终破坏形式。研究结果表明:楔形首撞击下双壳结构外壳板和内壳板的损伤模式有区别;与内壳板相比,外壳板因撕裂作用能吸收更多的能量;外壳板与隔板间的耦合作用较小。本文研究成果可为船体双壳结构的耐撞性设计和评估提供技术支持。     

坠物参数对半潜式起重平台甲板结构损伤的影响研究

在半潜式起重平台吊运过程中容易发生跌落事故,本文以半潜式起重平台为研究对象,考虑2种典型坠物形式(点面和线面)和不同坠物类型,采用非线性有限元软件Ls-dyna,从坠物角度、跌落位置方面进行研究,分析不同场景下的平台结构损伤情况,开展不同坠物参数对平台甲板的损伤敏感性研究。研究发现:跌落角度越小,甲板损伤越小,角度越大,越容易发生倾倒;跌落在甲板纵骨上,结构吸能最小,跌落在横梁纵桁交汇处时,结构吸能最大;坠物在接触到下部结构时会产生滑动,跌落位置下方构件的局部刚度越强,损伤变形越小。本文研究对平台甲板抗冲击性能及安全作业有一定参考意义。     

冰区航行船层冰作用下的结构响应

船冰碰撞是一个复杂的动力学过程,如何得到碰撞中的冰载荷一直是船舶碰撞研究领域的热点之一。本文分别建立300 000 t冰区航行船和层冰的有限元模型,基于弹塑性理论及非线性有限元理论,利用MSC.Dytran对其碰撞进行数值仿真,模拟了船首及层冰的接触碰撞过程,最终得到船冰碰撞过程中的碰撞力、船首结构响应、船航速变化及能量耗散等参数。分析船冰碰撞过程中的碰撞机理及特性,并对冰区航行船特别是其船壳提出结构加强的建议,为设计冰区航行船提供一定的参考。     

冰区航行船层冰作用下的结构响应

船冰碰撞是一个复杂的动力学过程,如何得到碰撞中的冰载荷一直是船舶碰撞研究领域的热点之一.本文分别建立300000 t冰区航行船和层冰的有限元模型,基于弹塑性理论及非线性有限元理论,利用MSC.Dytran对其碰撞进行数值仿真,模拟了船首及层冰的接触碰撞过程,最终得到船冰碰撞过程中的碰撞力、船首结构响应、船航速变化及能量耗散等参数.分析船冰碰撞过程中的碰撞机理及特性,并对冰区航行船特别是其船壳提出结构加强的建议,为设计冰区航行船提供一定的参考.