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基于LS-DYNA的船舶-冰层碰撞数值研究
| 论文题名： | 基于LS-DYNA的船舶-冰层碰撞数值研究 |
| 关键词： | 船舶-冰层碰撞;结构响应;应力分布;变形损伤;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，全球平均气温在温室效应的影响下逐年升高，这一改变加快了北极部分地区冰的消融速度，而这一现象令北极地区的能源利用开发与航运通行成为了时下的一个热门话题。因此，开发适用于冰区航行的船舶意义重大。然而，由于北极海域的环境恶劣，极地的航运与开发存在着诸多安全隐患，其中海冰为对船舶在冰区安全航行的最主要威胁。因此，开展船舶与冰层碰撞的响应研究极为重要。 碰撞问题的研究十分复杂，数值模拟法作为现阶段船舶碰撞问题的最主要研究方法而得到了广泛的应用。本文利用软件LS-Dyna，通过非线性显式的有限元方法，对船舶-冰层碰撞问题进行了数值模拟，分析了船体所受碰撞力特性；分析了结构的能量变化；对结构响应进行了计算，得到了船舶结构与冰层的应力分布与变形损伤，并对船体结构的变形损伤做了分析。研究了冰层厚度及撞击速度对碰撞问题的影响。主要内容如下： 1、对船—冰碰撞问题的研究背景与研究意义进行了说明，简述了该问题的国内外现阶段研究成果，简述了本文的研究内容与方法。 2、对非线性的有限元基本原理进行了简述。介绍了有限元法的起源与发展，介绍了非线性有限元控制方程与显示有限元法的动力学方程、阐述了时间步长的控制方法，介绍了接触-碰撞的计算问题。 3、介绍了本文所采用的船体材料与冰材料模型的基本参数与失效准则，并通过与国际标准化委员会所规定的冰材料特性进行对比，确定了所选冰材料的准确性，与最佳模拟网格的大小。运用有限元软件ANSYS17.0建立了船舶-冰层碰撞的有限元模型，确定了碰撞系统的接触类型和附连水质量的施加；运用LS-Dyna软件对碰撞过程进行了多次模拟，讨论了冰层模型的总尺寸和近区的大小对计算结果精确性的影响，确定了最佳的冰层模型。 4、基于第三章中所建立的碰撞模型与参数进行了数值模拟，得到了在船舶与冰层碰撞过程中船艏外板与内部结构的应力分布状态与变形损伤以及冰层的损伤情况，得到了碰撞力以及不同结构在碰撞过程中的吸能情况。通过分别单独改变冰层厚度与船速，对上述响应在不同的冰层厚度与船速影响下的变化进行了对比分析。 |
| 作者： | 武橦 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 周力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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