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铝合金高速船碰撞搁浅损伤机理研究
| 论文题名： | 铝合金高速船碰撞搁浅损伤机理研究 |
| 关键词： | 高速船;铝合金加筋板;撞击作用;损伤机理;耐撞性能 |
| 摘要： | 随着我国航运事业的迅猛发展，船舶轻量化和快速化受到越来越多的关注。相比于钢材，铝合金材料拥有更高的比强度和更优越的耐腐蚀性能，在船舶工程领域，尤其是高速船舶的建造中具有广阔的应用前景。船舶的碰撞和搁浅是较为常见的海难事故，其不仅会造成严重的财产损失和环境污染，更会对人员生命安全产生巨大的威胁。研究铝合金高速船在碰撞和搁浅事故中的损伤机理，不仅能为预报铝合金高速船的耐撞性能提供简便有效的方法，还能为基于事故极限状态的结构设计提供数据支撑和理论依据。因此，对铝合金高速船在碰撞和搁浅事故中耐撞性能的研究具有重要的意义。本文以铝合金高速船的舱段舷侧结构为研究对象，结合试验和数值仿真方法，对比分析了四种铝合金加筋板结构的压溃试验结果和数值仿真结果，验证了通过拉伸试验所获得的5083-H116型铝合金材料参数的准确性。根据外部动力学和内部动力学理论，研究了铝合金高速船在碰撞和搁浅事故中的损伤机理，探讨了碰撞与搁浅位置、浮冰与礁石形状、浮冰的材料模型等因素对铝合金高速船耐撞性能的影响规律。本文的主要研究内容如下： （1）开展5083-H116型铝合金材料的拉伸试验，得到该型号铝合金母材和热影响区域处铝合金材料的力学属性，并确定由焊接工艺引起的热影响区域宽度和材料强度降低系数。 （2）利用液压试验机开展四种铝合金加筋板结构的压溃试验，并使用LS-DYNA软件对试验过程进行数值仿真。探讨结构形式、撞头形状和焊接工艺对铝合金加筋板耐撞性能的影响规律。通过试验结果和数值仿真结果的对比，验证所定义的5083-H116型铝合金材料参数的准确性，并为数值仿真中焊接接头的模拟、铝合金材料强度降低系数的选取和边界条件的定义提供参考依据。 （3）结合外部动力学和内部动力学理论，研究铝合金高速船舱段舷侧结构在船舶球鼻艏和一年生浮冰的撞击作用下的耐撞性能，获得碰撞过程中的碰撞力与能量—撞深曲线和舱段舷侧结构的失效破坏图，综合分析在四种撞击位置和三种浮冰形状作用下舱段舷侧结构的损伤，得到最危险的撞击位置和浮冰形状。此外，对比分析两种浮冰材料模型的仿真结果，并总结出铝合金高速船在不同材料模型的一年生浮冰碰撞下的耐撞性能。 （4）使用LS-DYNA软件，对铝合金高速船舱段舷侧结构遭遇撕裂型和碰底型搁浅进行数值仿真分析，探讨礁石形状和搁浅位置对船舶搁浅力和结构变形损伤的影响规律。在此基础上，指出舱段舷侧结构中需要进行局部加强的区域以提高铝合金高速船的航行安全性。 |
| 作者： | 董安锐 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李培勇;刘斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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