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低温下船体结构反复碰撞损伤研究
| 论文题名： | 低温下船体结构反复碰撞损伤研究 |
| 关键词： | 船体结构;低温环境;重复载荷;变形损伤 |
| 摘要： | 全球气候变暖导致极地冰川加速融化，极区航线范围及通航时间进一步扩大，为极地科考、资源开发及货物运输等都带来了极大的便利，但是极地地区恶劣的低温和冰载荷环境给极地船舶的安全性造成了巨大的威胁，极地航行船舶不可避免的会与浮冰发生反复碰撞，导致船体结构变形损伤不断累积，一旦船体发生破损可能会造成灾难性后果，开展极地船舶碰撞损伤研究可为船体结构强度初期设计提供参考，对保障船舶航行安全性有着重要的意义和价值。目前，国内外大部分研究工作主要针对极地船的单次碰撞现象，对于极地船舶在重复载荷作用下的变形损伤机理研究相对较少，因此针对低温环境中承受反复碰撞载荷的船体结构损伤问题，本文开展了以下工作内容: 1)进行船体结构碰撞损伤数值仿真技术研究，首先简要介绍非线性有限元仿真基本理论及关键技术，然后开展低温-40℃及常温20℃下EH36钢单轴拉伸试验，探究低温对EH36钢材料力学性能的影响，并获得了材料真实应力-应变曲线及相关材料属性，最后通过对EH36钢拉伸试验的数值模拟，分析单元尺寸对计算结果的影响及不同单元尺寸对应的失效应变阀值，为后续船体结构碰撞损伤数值仿真研究提供参考和依据。 2)选取典型船体构件平板和加筋板的缩尺模型作为研究对象，开展低温-40℃及常温20℃环境下船体构件准静态单调加载及反复加卸载试验，并应用LS-DYNA非线性有限元分析软件进行相应数值仿真计算，验证数值仿真方法及船体材料数值模型可靠性，结合试验及仿真结果探究局部横向载荷下平板和加筋板变形模式和极限承载能力，及其在重复载荷作用下的损伤累积机理，并揭示低温对船体构件碰撞损伤的影响规律。 3)应用LS-DYNA非线性有限元分析软件进行低温下船冰反复碰撞数值模拟研究，首先对极地海冰主要物理力学性质进行研究，并根据ISO推荐曲线验证冰体材料数值模型可靠性，然后以一艘极地破冰船为研究对象，选取船艏反复冲撞破冰及船艏舷侧与浮冰多次碰撞两种典型场景建立数值模型进行仿真计算，分别基于船艏结构损伤变形、碰撞力和能量耗散等结果分析反复碰撞载荷下船艏结构累积损伤机理。 |
| 作者： | 孙雨薇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 冯国庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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