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原文传递基于船桥碰撞的单元填充式防护结构研究

论文题名：	基于船桥碰撞的单元填充式防护结构研究
关键词：	桥梁工程;单元填充式防护结构;船桥碰撞过程;有限元仿真
摘要：	随着世界经济的增长和社会的发展，桥梁建设越来越多，船舶运输也越来越频繁，环境和人为操作失误等因素使船桥碰撞问题研究的迫切性日益突出。　　本文采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对大型撞击船舶与桥梁发生碰撞的过程进行了数值仿真计算。论文阐述了数值仿真中所用到的关键技术；探讨了船桥碰撞仿真的建模技术和参数选取等问题，并以此为基础，分别建立了船艏-桥梁碰撞的有限元模型，船艏-单元未填充防护装置-桥梁模型，船艏-单元填充防护装置-桥梁模型，然后进行数值仿真，计算分析了碰撞过程中的碰撞力、能量转化以及结构的损伤变形等，并将三种情况下得到的结果进行了比对分析得出相应结论。论文最后讨论了防护装置的设计参数对防护性能的影响，然后对其结构形式进行相关调整，使其具有可拆卸性。本文主要研究工作及结论如下：　　(1)消化吸收撞击仿真中采用的非线性有限元软件的相关理论及主要方法。　　(2)总结归纳防护装置的设计要求和分类方法，并结合实例详细阐述了八种防护装置的工作原理、适用范围及其优缺点和各类防护装置的发展方向，文章将选取缓冲体方式的钢箱结构。　　(3)探讨了船桥碰撞仿真中的建模技术及参数选取，采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了船艏-桥梁碰撞的有限元模型，对碰撞全过程进行仿真模拟分析。结果表明：当桥梁未设立防护装置时，船舶的撞击动能主要转化为撞击船舶的变形能，桥梁吸收相对较少的能量，但是由于桥梁可抗撞击力相对很小，应对其采取保护措施。　　(4)采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了船艏-单元未填充防护装置-桥梁模型，对其碰撞过程进行模拟分析，并将得到的计算结果与未设立防护装置情况进行比对分析。结果表示：当桥梁设立普通防护装置时，撞击船舶的总动能主要转化为防护装置的变形能，桥梁所受到的冲击力减少30％左右，桥梁和船舶都受到良好的保护。　　(5)运用ANSYS/LS-DYNA软件建立了船艏-单元填充防护装置-桥梁模型，选用三种不同密度的泡沫铝材料作为填充物，对其碰撞过程进行模拟分析，并将得到的计算结果与设立普通防护装置的情况进行比对分析。结果表示：当泡沫铝作为填充物添加防护装置的单元结构时，其吸能效率会比普通防护装置明显增加，而且密度为0.56g/c m3的泡沫铝相对另外两种密度的泡沫铝能更大限度的提高防护装置的吸能效率。　　(6)研究防护装置设计参数对防护装置防撞性能的影响，如：不同撞击位置与不同板厚度，以得到最佳参数，使结构得到优化。得出的结论为：船与装置的变形损伤以正碰最为严重；适当减小防护装置的板厚，但是不允许防护装置的板厚太小。　　(7)改进普通防护装置的结构，其单个结构单元采用由钢板拼接而成，角点处和相交边界处进行螺栓锚固形式。数值模拟后发现改进后的防撞装置的防撞性能稍稍优于普通防护装置，但是改进后的装置具有可拆卸性，具有强大的经济效益。
作者：	孙林玉
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	王林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文