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原文传递主动分离型球鼻艏结构研究

论文题名：	主动分离型球鼻艏结构研究
关键词：	船舶碰撞;防护方案;球鼻艏结构;高强度材料;板材破坏;变形特征
摘要：	球鼻艏能够有效地减小兴波阻力,特别是对于高速船(如集装箱船以及豪华游轮)。这类船型航速高,兴波阻力在所有的阻力成分中所占的比重大,安装长球鼻艏能够明显地减小兴波阻力。然而高速船本身就存在很大的碰撞风险,加上向前伸出的长的球鼻艏更是增加了碰撞事故的危险性,因为长球鼻艏一旦刺破对方船体就可能导致燃油以及危险货物的泄漏,造成严重的环境灾难。本文对球鼻艏(特别是长球鼻艏)与舷侧碰撞问题进行了深入地研究,目的是探寻切实可行的船舶碰撞防护方案。　　本文的主要工作和所得到的结论体现在以下几个方面: 　　1)观察和分析了3种碰撞事故现场的照片,指出在碰撞分析过程中,假定被撞船舶也存在一定的航速更加符合实际情况。并且在这种碰撞情形下,分析了球鼻艏的受力特征。　　2)依据球鼻艏自身的结构特点,提出了基于高强度材料板材失稳破坏的碰撞防护方案以及基于高强度板材脆性断裂破坏的碰撞防护方案。　　3)基于张乐山的实验研究成果,对文中所涉及的低碳钢,多种高强度钢材的本构模型及材料的失效准则进行了选择和确定,单轴拉伸试验的仿真结果表明,所选择的材料模型能够反映不同材料的韧性差别。　　4)运用德国劳氏船级社的POSEIDON软件与ANSYS软件联合建模,建立了一条4000箱集装箱船的实船有限元碰撞模型,模型中孔和筋结构全部建出。运用非线性分析软件LS_DYNA对常规的球鼻艏与舷侧碰撞事故进行仿真计算,得到了在这种碰撞情形下球鼻艏的受力特征以及变形特征,为文中提出的主动分离型球鼻艏结构的设计提供依据。　　5)通过运用非线性有限元方法分别研究了基于高强度材料板材失稳破坏的碰撞防护方案和基于高强度材料脆性断裂破坏的碰撞防护方案,得到了这两种方案下球鼻艏的受力特征及变形特征。分析结果表明,主动分离型球鼻艏在常规载荷水平下能够保持结构完整,在碰撞载荷作用下能够主动断裂,保护对方船体,验证了方案的可行性。基于板材失稳破坏方案的有限元分析结果,提出在这种方案下,可以在甲板边缘临近高强度外板的区域开孔,以减弱甲板对高强度材料外板变形的制约,使得高强度外板在受压条件下能够更容易地发生失稳破坏。
作者：	李兵
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	张乐山
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文