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三峡库区船舶碰撞能量损失方法研究
| 论文题名： | 三峡库区船舶碰撞能量损失方法研究 |
| 关键词： | 船舶碰撞;能量损失;力学机理;有限元模拟;安全性评价 |
| 摘要： | 船舶碰撞是船体结构在很短时间内在巨大冲击载荷作用下的一种复杂的动态响应过程,它具有非常明显的非线性动力特性,再加上庞大的结构、复杂的构件组成以及流体介质的参与使得船舶碰撞的力学分析更为复杂,船舶航速、撞击位置或角度的改变可能对撞击后果造成实质性改变。碰撞的动力分析的力学机理又分为内部机理与外部机理。内部机理研究碰撞时的结构响应,如构件对能量吸收能力及结构碰撞冲击力的计算;外部机理则研究相撞船舶在周围水影响下的刚体运动。在现实碰撞中,外部机理和内部机理是分析总能量转换和能量吸收的两种不同方法,但只有通过内部机理则能更详尽地分析局部构件的破损行为和能量吸收能力,二者相辅相成缺一不可。 船舶碰撞往往会造成结构破损、货物泄漏、环境污染、人员伤亡等灾难性的后果。所以,无论是从安全上、经济上、还是从环境保护上来看,提高船舶抗撞性能都具有重要的意义。研究船舶力学和碰撞强度问题,不仅有利于海上生命安全,防止海洋污染,而且也可为规定航运繁忙区域中的船舶航速、操作规程以及解决海事纠纷提供依据。 本文先从外部碰撞力学机理出发,基于Pedersen碰撞分析理论将船-船相撞的过程视为两细长梁的冲击行为,并给出建立在能量守恒和冲量守恒基础上的能量转换和撞击能量损失计算的简化公式。根据简化公式,本文计算了三峡库区两艘2000T级化学品船以不同的速度、不同的碰撞角以及在不同的碰撞点相撞后的能量损失。并由此得出当撞击船以允许的最大速度垂直碰撞被撞船舯部时能量损失最大,也是船-船相撞的一种最危险情况的结论。 本文基于以上理论分析得出的最危险冲击情况,利用显式动力有限元软件LS-DYNA模拟两艘化学品船在此种情况下碰撞后的结构响应。在仿真的实现过程中,本文在总结前人研究的基础之上,提出一种建模分析方法,该方法对船-船撞击的复杂过程进行了合理的简化,简洁方便,减少了大量的建模时间。 文章根据仿真实验的结果,讨论了能量转换与吸收的情况。针对三峡库区化学品船的碰撞,本文研究了撞击船与被撞击船的结构构件的破坏过程和损坏情况。文章最后给出了在评价三峡库区化学品船碰撞损伤标准时应注意的几点建议,将对今后航行于三峡库区的船舶的设计和安全性评价有着重要的应用价值。 |
| 作者： | 王涛 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 肖桃云 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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