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“自浮式拱桥防撞装置”碰撞模拟计算模型的优化研究
| 论文题名： | “自浮式拱桥防撞装置”碰撞模拟计算模型的优化研究 |
| 关键词： | 自浮式拱桥;防撞装置;碰撞模拟;控制方法;本构模型 |
| 摘要： | “自浮式拱桥防撞装置”是西南水运工程科学研究所针对长江上游万州段的地质水文情况提出的一种新型桥梁防撞设施，在设计过程中涉及到了大量关于船舶和防撞设施碰撞的数值模拟计算。船舶和防撞设施的尺寸巨大，结构复杂，而碰撞又是一个强烈的非线性动态响应过程。若防撞装置与船舶碰撞过程的数值模拟采用常规方法建模，模型单元量庞大，分析耗时较长，很大程度上影响了计算效率和精度。 借鉴前人研究船桥碰撞问题的方法和数值计算模型，在船舶与防撞装置的碰撞模拟的常规计算模型的基础上进行了模型的优化，建立了优化的有限元计算模型，从多个角度对比了优化模型和常规模型的数值计算结果，从而验证了优化模型的合理性。在优化计算模型的基础上，研究了单元尺寸对计算效率和计算精度影响，最终确定了较优的单元尺寸大小，同时确保了较高的工程计算精度和合适的计算规模。本文主要内容如下： （1）介绍了国内外关于船桥碰撞的研究现状，探讨了目前船桥碰撞有限元计算模型的优点和不足之处。同时，详细阐述了动态显式非线性有限元理论，包括动态显式算法的控制方程、时间步长的控制、接触算法和沙漏控制。 （2）计算模型的材料为钢材和混泥土，本文对钢材和混泥土的本构模型进行了分析，选择出适合本文所研究的船舶撞击自浮式拱形防撞装置的本构模型。此外，研究了船舶与防撞带的接触关系、浮筒与导向井的接触关系、配筋和导向井的锚固以及导向井与岩石相互作用。 （3）根据工程项目的特点，对常规有限元计算模型进行优化，建立优化有限元计算模型，具体包括梁-壳防撞拱模型的建立、质点-壳体5000t船舶模型的建立以及浮力加载方式的简化。并从多角度对比了优化有限元模型和常规有限元模型的计算结果，从而验证了优化有限元计算模型的合理性。 （4）为了研究单元尺寸大小对计算精度和效率的影响，本文以优化模型为基础，对比了不同的单元尺度下“自浮式拱桥防撞装置”碰撞模拟的计算精度和效率。根据所得的结果，确定了较优的单元尺寸，在精度和效率的矛盾中找到了平衡。 |
| 作者： | 姜黎 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 杨昌棋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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