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船舶在失控状态下撞击高桩码头结构的动力响应研究
| 论文题名： | 船舶在失控状态下撞击高桩码头结构的动力响应研究 |
| 关键词： | 高桩码头;船舶失控撞击;结构力学;流-固耦合;动力响应 |
| 摘要： | 高桩码头已经逐渐成为国内外港口主要结构形式，其具有结构轻，对波浪反射能力小，可以承受大的载荷，适合于软土地基基础等优点，但是它也有不足之处，容易被破坏，破坏之后很难再进行修复，同时耐久性也比较差，抵抗地震的能力也相对较弱。随着航运业的迅速发展，高桩码头逐渐开始向大型化、深水化进军，从而对码头结构的设计提出了更高标准的要求，然而，码头营运期间最主要的水平力是船舶的撞击力，因此，本文在考虑船舶失控撞击的基础上对高桩码头结构的动力响应进行研究，以期为港口码头未来发展提供一定的科学指导。 高桩码头的动力响应研究属于典型的流-固耦合问题，目前为了计算的方便，对该问题的分析通常会忽略结构周围水体对它的影响，但实际上高桩码头是在有水的环境中工作的，它实际的结构动力响应往往会和无水条件下的结构动力响应具有一定的差别。本文为了更符合实际情况，首先，在考虑水体和结构之间的流-固耦合效应的基础上，对高桩码头在有水和无水工况下的动力响应进行对比研究，分析比较忽略水体影响与考虑水体影响下结构的动力特性，研究水体存在对结构动力特性的影响；其次，在考虑流体对结构影响的基础上，采用流-固耦合法建立碰撞的有限元模型，在船舶失控的条件下利用 ANSYS/LS-DYNA对船舶失控撞击高桩码头结构的过程进行数值仿真分析；最后，分别对撞击过程中能量转化，撞击力的变化趋势，撞击某一时刻码头结构的应力，撞击过程中高桩码头结构的位移、速度、加速度的变化以及撞击结束后码头结构的破坏状态进行分析。最终得出结论如下： 1.通过对高桩码头在有水和无水工况下的动力响应进行对比分析发现，水对结构自振频率有一定影响，随着结构频率的逐渐增大，水体对结构振动特性影响也会逐渐增大。 2.本文对碰撞的模拟能够真实的再现船舶在失控状态下撞击码头结构全过程，当失控船舶运动到与码头相互接触时，接触区会产生巨大应力，船首和码头就开始产生变形并且吸收了大量撞击能量，之后码头在船舶撞击力作用下在空间中缓慢振动，同时由于水体以及结构自身阻尼的存在，会使得结构振动幅度慢慢降低直至停止运动。 3.本文选取了三个速度来模拟船舶失控垂直撞击高桩码头，结果发现码头在船舶失控撞击结束后，均会由于码头上部结构和桩基破坏而造成整体结构的失效，导致码头严重损坏，为了避免船舶失控撞击导致高桩码头结构损坏，本文给出了几种防止措施，研究结果可以为同类码头的设计、维护及改造提供依据。 |
| 作者： | 段金刚 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 汪宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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