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三体船连接桥砰击载荷与结构响应研究
| 论文题名： | 三体船连接桥砰击载荷与结构响应研究 |
| 关键词： | 三体船;连接桥;砰击载荷;结构响应;数值仿真 |
| 摘要： | 高速三体船航行于恶劣海况中时船体极易受到严重的砰击作用而导致结构损坏。由于三体船船型复杂且砰击又具有强非线性，目前只有模型试验与数值仿真是研究三体船砰击问题比较可靠的方法。在已开展的三体船砰击预报试验中模型多为刚性体，既忽略了水弹性作用对砰击载荷的影响又缺少对于结构响应的预报。而利用数值仿真求解实船砰击问题时，由于实船结构复杂、砰击载荷多变，想要较为准确地预报船体结构响应并为结构优化提供指导，往往需要花费大量的计算时间。基于上述背景，本文采用试验与仿真结合的方法研究了某高速三体船受砰击作用时的载荷与响应特性，通过落体试验方法较为准确地测量了三体船分段二维弹性缩尺模型不同位置的砰击载荷以及连接桥区域的应变响应，然后采用有限元方法对模型试验进行了仿真对比，在仿真结果准确可靠的基础上探究了一种简化方法来实现实船连接桥结构优化和应力响应的快速评估。主要研究内容如下： （1）设计了三体船分段模型落体砰击试验。介绍了试验原理、试验装置、试验流程及测点工况设置，根据实船分段信息采用分区域方法设计并加工了二维弹性缩尺模型，使其既能满足试验对于模型强度的需求又能较为准确的测量连接桥湿甲板区域结构响应； （2）研究了落体砰击试验获取的自由液面变化、砰击载荷及结构响应信息。根据模型不同位置载荷时程信息结合自由液面变化情况探究了砰击载荷沿模型表面发展与分布规律，研究了载荷峰值及其无因次压力系数随入水速度的变化规律，并对比分析了其与理论结果之间的差异性；研究了连接桥湿甲板区域应变响应的时程特征并探究了其峰值随入水速度与刚度的变化规律，为应变响应的相关理论研究提供了依据； （3）采用三维仿真方法进行了与模型试验相对应的砰击载荷与结构响应数值预报，通过对比试验数据与仿真结果验证了有限元方法的可靠性与准确性，为实船载荷预报提供支持。 （4）探究了一种快速校核与优化连接桥湿甲板结构的简化方法。首先，以模型试验与有限元仿真对比结果为基础，预报了实船连接桥区域砰击载荷，并根据载荷信息将其简化为三角脉冲的形式；然后，通过对实船局部模型施加三角脉冲载荷的方式优化连接桥湿甲板结构，研究板厚及骨材尺寸变化对其砰击响应影响；最后，应用静力计算方法，探究静力计算与动力响应分析结果接近时静力载荷与三角脉冲峰值之间的对应关系，为船体结构设计初期快速评估连接桥结构响应提供思路。 |
| 作者： | 孙志勉 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 潘晋 |
| 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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