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考虑流固耦合效应的船桥碰撞动态响应及浮筒防撞设施研究
| 论文题名： | 考虑流固耦合效应的船桥碰撞动态响应及浮筒防撞设施研究 |
| 关键词： | 船舶;碰撞;流固耦合;液货晃荡;桥梁;拦截系统 |
| 摘要： | 随着经济社会的不断发展，越来越多的跨航道桥梁不断建成，通航船舶与跨航道桥梁之间发生碰撞的概率不断增加。一旦发生船桥碰撞事故，不仅会对船舶和桥梁结构造成严重的破坏，还可能导致危险化学品泄漏，造成严重的生态环境灾难。目前进行船舶撞击桥梁或防护设施分析时，主要采用附加质量法考虑流场环境的影响。但流场对船舶的碰撞力及动态响应影响复杂，因此考虑流固耦合效应对船桥碰撞动态响应的影响和浮筒防撞设施进行研究具有重要意义。论文的主要内容如下： （1）采用任意拉格朗日-欧拉方法（ALE）建立船桥碰撞流固耦合模型，并采用圣乔治岛跨海大桥的船舶碰撞试验结果验证数值模型的合理性，模拟得到的船桥碰撞最大撞击力误差在10%左右，撞击时间误差在7%左右，误差在可接受的范围内。 （2）采用试验验证的船桥碰撞流固耦合数值模型，以3000吨级内河集装箱船为研究对象，研究了外流场对船桥碰撞动态响应的影响，对不同撞击速度、撞击角度、船舶质量和流场速度下外流场对船桥碰撞动态响应的影响进行了分析。结果表明外流场对船桥碰撞动态响应的影响随着撞击速度、船舶质量和流场速度的变化而增大。并以此为基础，对附加质量法的适用范围和与流固耦合法的差异进行了分析。 （3）以10000吨级液货船为研究对象，建立了考虑液货晃荡影响的简化船桥碰撞流固耦合模型，对船桥碰撞过程中船舶和液货的动态响应进行了分析，并对不同撞击工况下液货晃荡对船桥碰撞动态响应的影响进行了研究。结果表明，船桥碰撞过程中的液货晃荡具有滞后性，因此液货晃荡对碰撞前期的船桥碰撞响应影响较小，而对碰撞后期的船桥碰撞响应影响较大，能够降低碰撞后期撞击力的大小，并减小船体结构吸能和结构损伤，但随着撞击速度的增加，液货晃荡的滞后性逐渐减弱。 （4）基于一种新型浮筒防撞拦截系统，分别建立水动力耦合模型和考虑浮筒-流场耦合的船舶-浮筒防撞拦截系统碰撞流固耦合模型，完成了浮筒防撞拦截系统的水动力分析校核和防撞拦截性能验证，为浮筒防撞拦截系统的设计提供参考。 |
| 作者： | 张锋 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 许明财 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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