内河航道桥梁船撞时船体最大变形量研究

目前在桥梁船撞防护的专项设计或船撞力专题研究中,对船舶撞击力的研究和桥梁在船舶撞击作用下的响应关注较多,而对船体最大变形量的研究较少。基于ANSYSLS-DYNA软件,对4种不同载质量的内河代表船舶在3种航速、2种碰撞角度下撞击4种墩型的船撞工况进行数值模拟,提取船体最大变形量,并分析船体最大变形量与船舶载质量、撞击速度、桥墩类型及撞击角度的关联性,同时与经验公式做对比。研究结果表明,撞击速度及撞击角度是船体最大变形量的主要控制因素,桥墩类型与之关系不明显。     

桥墩在船舶撞击时的数值仿真和防护装置研究

当船舶航行在河道中时,会存在一定的碰撞风险,尤其是与桥墩发生碰撞时,很可能会造成非常严重的财产损失,因此,在大桥设计之初必须采取必要的防碰撞措施,使得船舶在撞击桥墩时,能够最大限度降低事故的严重性。本文研究了桥墩在遭受到撞击时的受力模型,然后通过模型优化,对船舶和桥墩的受损情况进行了精确的分析,通过建立桥墩受损程度与船舶吨位和速度之间的关系,可以进一步对船舶的防护装置进行改进,从而大大增强了船舶和桥墩的安全性。     

基于船桥碰撞的单元填充防护结构研究

文中基于船桥碰撞,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立船艏-单元未填充防护装桥梁模型和船艏-单元填充防护装置-桥梁模型,其中单元填充防护装置将选用泡沫铝作为填充物。然后仿真模拟撞击船舶与上述两类防护装置的桥墩发生横桥向正面碰撞的整个过程,计算并分析各构件受到的碰撞力、能量转化关系以及变形损伤情况。最后对两大情况下得到的计算结果进行对比分析,并得出相应的结论。     

船舶与桥墩碰撞的数值模拟

利用有限元软件,模拟4种不同载重吨位的船舶以不同的速度与某桥墩发生碰撞的过程,演示有限元法仿真计算船桥碰撞问题的一般过程,着重分析船舶和桥墩的损伤程度.在此基础上,归纳出撞深速度、撞击时间-速度和桥墩的应力分布.     

白果渡嘉陵江大桥防撞装置的防撞性能研究

为解决白果渡嘉陵江大桥防撞安全的问题,考虑桥区附近水文、航道情况和桥梁的结构形式,提出了一种自浮式复合材料防撞装置,针对该防撞装置防撞性能问题,采用LS-DYNA建立了船-桥墩-防撞装置三维分析模型,研究了不同角度撞击该防撞装置时桥墩的结构响应,并和无防撞装置情况对比。结果表明：安装防撞装置后,在最不利的正撞工况下,船舶撞击力峰值降低55%,最大等效应力减少44%,具有良好的防撞效果;在小角度碰撞工况下,船舶被防撞装置拨开船艏,并保留了70%的动能远离桥墩,减少了能量的转换,撞击力峰值、防撞装置撞击位置最大等效应力以及最大撞深比大角度碰撞工况分别降低了50%、37%和53%,使得小角度碰撞时的冲击效应更为平缓,减小了对船舶和桥墩造成的危害。     

船撞桥概率分析

统计了船舶撞击桥梁事故并分析其原因。以昆兹模型为基础,推导出能应用到船舶撞击桥墩实际情况中的碰撞概率公式,并把此公式应用到了船舶撞击桥墩、撞击桥梁横梁的情况中,同时推导了船撞桥不同撞击角度对应的撞击概率。     

桥墩受船队撞击的强度核算

运用有关碰撞理论，计算船舶撞击大桥的最大撞击力、最大撞击应力及桥墩的最大挠度、核算桥墩的结构强度。     

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。     

转动式桥墩防撞装置设计探讨

船舶碰撞桥梁可能会导致船舶沉没、大桥坍塌等重大事故。在碰撞事故不可避免的情况下,给桥墩装设防碰撞装置以降低船舶碰撞桥梁造成的危害。文中从动量、能量转化的角度分析船舶撞桥的过程,提出了转动式桥墩防撞装置的设想。理论上这种装置能化解船舶的大部分撞击能量,最大限度降低最大撞击力,达到保护桥梁和船舶的目的。     

基于SPH法的冰与船舶螺旋桨碰撞数值模拟

在结冰海域航行的船舶螺旋桨会因受到冰块的撞击而出现严重的损坏。该文建立了冰—桨碰撞计算模型,冰模型采用SPH(光滑粒子流体动力学)法,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了螺旋桨与冰在不同速度、位置下碰撞和螺旋桨与不同半径冰碰撞下的动态响应。对比研究了在以上单一碰撞因素下桨的变形、单元最大应力以及碰撞过程中产生的碰撞力等响应差异,定性地得出上述因素对冰—桨碰撞的影响规律,为船舶螺旋桨抗冰性能的结构设计提供参考。     

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。     

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。     

桥墩轴线与水流夹角对船舶通航安全影响的研究

应用船舶碰撞桥墩的概率风险计算理论,通过对船舶碰撞桥墩的风险概率进行比较计算,得出了桥墩轴线与水流夹角对船舶通航安全有显著的影响。     

桥墩轴线与水流夹角对船舶通航安全影响的研究

应用船舶碰撞桥墩的概率风险计算理论,通过对船舶碰撞桥墩的风险概率进行比较计算,得出了桥墩轴线与水流夹角对船舶通航安全有显著的影响。     

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。     

船舶撞击高桩码头的系统动力仿真研究

利用LS-DYNA显式动力分析软件建立船舶撞击高桩码头的系统动力仿真模型,该模型将船舶—码头—土体视为整体系统,统筹考虑土体的弹塑性、桩与土体的流—固耦合效应和船体与橡胶护舷的面—面接触,可较好地模拟船舶撞击高桩码头过程中的大尺度和非线性变形。初步分析船舶载重量、船舶撞击方式和橡胶护舷等因素对最大船舶撞击力和撞击历时曲线的影响,为确定高桩码头的船舶撞击力提供了可行的动力学分析方法。     

撞击船载货对双壳油船碰撞损伤的影响

为探究撞击船载货对双壳油船舷侧结构碰撞损伤的影响,以7 000吨级双壳油船为原型,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立船舶碰撞数值模型,在此基础上对碰撞过程中产生的碰撞力、结构吸能、撞击速度变化和撞深变化等参数进行对比分析,阐述撞击船载货对双壳油船碰撞损伤的影响。研究结果表明,撞击船载货对双壳油船舷侧损伤具有重要影响。     

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。     

船舶货舱区侧撞桥墩有限元仿真分析

当船舶横穿水道、失控漂移或者船舶规避正面碰撞等情况下,船舶将有可能与桥墩发生侧撞.由于侧撞时船体附连水质量较大,舷侧与桥墩接触面积也很大,故其对桥梁的撞击危害是不容忽视的.本文以某大型跨江桥梁工程为背景,应用非线性有限元软件MSC.Dytran,选取3000DWT油船在3.0 m/s的失控速度下,船舶货舱区侧撞桥梁墩身的有限元仿真试验,并且分析了不同偏心距条件下撞击力和能量的演变过程.仿真试验表明,在同等条件下船舶侧撞的危害不亚于船首正撞.同时,建议将初始侧撞击力控制在足够安全的范围内,而通过增设桥墩的防撞保护装置能实现这一目标.