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桥墩受船舶撞击问题力学模型及动力响应研究
| 论文题名： | 桥墩受船舶撞击问题力学模型及动力响应研究 |
| 关键词： | 桥墩;船舶撞击;力学模型;动力响应;有限元仿真 |
| 摘要： | 近年来，随着我国水陆交通快速发展，船舶和桥梁的数量和规模都在不断增大。桥墩作为将上部结构荷载传递给基础的下部结构物，其受到船舶撞击事故也越来越频发。船桥撞击事故会给人民生命和财产造成很大损失，因此桥墩受船舶撞击问题已成为学术界和工程界共同关注焦点，特别是针对撞击力估算及桥墩防撞设计升级方面。本文以碰撞理论和有限单元法为基础，结合结构动力学和振动学相关理论，构造了桥墩受船舶撞击问题的力学模型，主要对撞击过程的动力学响应和撞击力估算方面进行研究分析。 本文针对不同特点的桥墩结构，建立刚、柔性桥墩的撞击力学模型，拟合得出了相应的撞击力简化计算公式。并基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了船舶撞击桥墩的有限元模型，简述有限元仿真技术在船舶撞击桥墩问题上的应用。本文的研究工作对船桥撞击问题的相关理论及撞击力估算方法进行了扩展和充实，相关结果能为桥墩的防撞设计及加固提供一定指导和参考。本文的核心内容包括如下几个方面: 其一，刚性桥墩受船舶撞击问题:构造撞击系统的力学模型，建立撞击系统的动力学方程，求得系统动力响应结果和撞击力结果的理论解析解。然后探讨船舶质量、船舶撞击初速度、接触弹簧刚度三个参数对撞击力结果的影响。最后数值拟合出此类碰撞系统力学模型的撞击力简化计算公式，并与相关规范公式计算结果进行对比分析。 其二，柔性桥墩受船舶撞击问题:构造撞击系统的力学模型，建立系统的动力学方程组，求得系统动力响应和撞击力结果的理论解析解。通过算例和有限元模拟结果对比，分析该算法和力学模型的正确性和有效性。然后探讨了船舶质量、船舶撞击初速度、接触弹簧刚度、轴向力四个参数对撞击力结果的影响。最后数值拟合出此类碰撞系统力学模型的撞击力简化计算公式，并与相关规范公式计算结果进行对比分析。 其三，基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA下的船桥碰撞模型数值仿真分析:建立船舶撞击桥墩的有限元模型，计算船舶及桥墩相关动力响应和撞击力结果。 最后，基于有限元模型撞击力计算结果，与本文数值拟合简化公式以及各国相关规范公式的撞击力计算结果的对比分析，对本文的桥墩受船舶撞击问题分析求解方法、撞击力估算方法进行评价和总结，并对桥墩防撞设计和后续研究，提出自己的见解和认识。 |
| 作者： | 钱进 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 肖勇刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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