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舰船结构碰撞响应简化计算方法研究
| 论文题名： | 舰船结构碰撞响应简化计算方法研究 |
| 关键词： | 舰船结构;碰撞载荷;冲击响应;流固耦合 |
| 摘要： | 近年来，随着海上作业活动的日趋频繁，船舶间的意外碰撞事故常有发生，造成了非常严重的后果。船舶碰撞是一个极其复杂的过程，包含着材料、结构的高度非线性，且流固耦合效应显著。此外，对于一些特殊船舶，碰撞产生的冲击响应对设备安全性的影响也引起了广泛的关注。本文以某型舰船复杂舱段为对象，开展了结构碰撞力和冲击响应的试验与数值计算研究，建立了简化数值计算方法。 首先开展了复杂舱段结构模型设计，针对外板受碰撞载荷作用下的结构响应相似性进行了研究分析，指出当原型和模型尺寸比例相似，材料密度、屈服应力相等时，碰撞载荷作用下模型结构的接触力响应能够良好地反映到原型中。并基于试验模型，搭建了水上碰撞试验平台，开展了不同碰撞速度和碰撞位置等试验工况，测试并记录碰撞过程中撞击船的运动状态、相撞船舶的接触力响应以及试验模型结构内部的加速度响应；并通过单轴拉伸试验，得到所采用钢材材料的真实应力应变曲线。 根据水上碰撞试验结果，分析了周围水域对于撞击船的影响，结果显示周围水域对撞击船的运动呈现减弱作用，与无水域相比，载荷输入减弱比例约为2.1%；本文将周围水域的流体动力简化为作用于被撞端另一侧的阻力，提出了简化数值计算方法，并分别采用LS-DYNA中ALE流固耦合算法和该简化计算方法针对水上碰撞试验开展了数值计算，将计算得到的接触力响应与试验结果进行对比，验证了简化计算方法的准确性。 在接触力研究的基础上，进一步开展了碰撞载荷作用下结构内部冲击响应分析。试验结果显示，距离碰撞位置较近处的加速度明显强于结构内部舱室，而由于应力波在板材内的反射，会使加速度响应增强，甚至超过距离更近处的加速度响应；采用简化数值计算方法针对水上碰撞试验开展数值仿真分析，所得到的加速度响应也呈现相同的响应规律，同时计算结果与试验结果相近，进一步验证了此简化数值计算方法的可靠性。通过简化数值计算方法，讨论了不同碰撞速度和撞击船质量对被撞结构内部冲击环境的影响。 |
| 作者： | 王子棠 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 孔祥韶;吴卫国 |
| 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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