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原文传递气囊式防船撞设施碰撞性能研究

论文题名：	气囊式防船撞设施碰撞性能研究
关键词：	桥梁防船撞设施;气囊装置;模型试验;有限元分析;碰撞性能
摘要：	随着基础建设和交通运输业的快速发展，我国船舶和桥梁数量越来越多，桥梁和船舶在水上发生碰撞的概率增加。目前使用的桥梁防船撞设施大多采用钢质套箱变形吸能，气囊作为一种在汽车和航天航空领域应用成熟的缓冲装置，具有可折叠性，在受撞时变形量大，可达到改变船舶运动方向的作用，但目前在船桥碰撞中应用较少。因此研究气囊式防撞设施的碰撞性能对于船桥碰撞而言具有重要意义。　　为研究气囊式桥梁防船撞设施的碰撞性能，本文以单个气囊为研究对象，通过材料性能试验和单气囊防船撞模型试验，结合有限元仿真方法，研究气囊在不同船舶速度和碰撞角度时的防撞性能，并对一些气囊参数对防撞性能的影响进行研究。本文主要的研究内容和结论如下：　　首先，对气囊的组成材料（包括单层聚氨酯材料试件、单层超高分子聚乙烯绸材料试件以及三层材料试件）进行单轴拉伸试验，得到了三种试件的材料参数，确定了聚氨酯材料和超高分子聚乙烯绸材料的正交各项异性特征，为气囊式防船撞设施的碰撞仿真分析提供材料参数。　　其次，开展了单气囊防船撞设施与船舶碰撞的模型试验，以单个气囊作为试验对象，在保持正撞情况下，设计碰撞速度分别为0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s和0.7m/s的四种不同工况；在保持碰撞速度0.5m/s情况下，设计碰撞角度分别为5°、10°和15°的三种不同工况进行试验。试验结果表明，在七种工况下，气囊均对桥墩有不同程度的保护作用。桥墩所受碰撞力峰值随着碰撞速度增大而线性增大，随碰撞角度增大而减小；气囊内压变化峰值随着碰撞速度增大而线性增大，随着碰撞角度增大而小幅度减小；正撞时随着碰撞速度增大，船舶加速度增大；保持碰撞速度0.5m/s时随着碰撞角度增大，船舶行进方向加速度减小，沿船宽方向加速度增大。　　最后，以单气囊防船撞设施模型试验为原型建立了简化有限元分析模型，探讨了气囊材料不同建模方式对于计算结果的影响，并与试验结果对比分析。结果表明等效单层定义气囊材料方法更为准确，较试验结果碰撞时间半程小3.57%，气囊内压变化峰值大9.02%，碰撞力峰值大7.08%，船舶加速度峰值小18.78%，验证了有限元方法的可靠性。根据该方法对单变量影响情况下的碰撞性能进行研究，得出气囊尺寸、气囊厚度、气囊初始内压、气囊泄气压力和气囊泄气面积对桥墩受到最大碰撞力和船舶加速度的影响规律。　　本文通过试验和仿真相结合的方法，研究了单个气囊的防撞性能和多个因素对气囊防撞性能的影响，研究成果可为今后气囊式桥梁防船撞设施提供设计依据。
作者：	甘建强
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：	2022