船舶擱淺于臺(tái)型礁石場(chǎng)景下雙層底主要構(gòu)件骨材的損傷機(jī)理研究.pdf

1、伴隨著全球海運(yùn)事業(yè)迅猛發(fā)展,海上船舶數(shù)量增加,船舶擱淺事故越來(lái)越頻繁。嚴(yán)重的船舶擱淺事故會(huì)造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)?duì)生態(tài)環(huán)境造成毀滅性的打擊,例如Exxon Valdez號(hào)油輪、Costa Concordia號(hào)豪華郵輪擱淺事故等。類似的擱淺事故造成的嚴(yán)重后果引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注,許多國(guó)家的研究人員致力于尋找降低船舶碰撞和擱淺事故發(fā)生概率的方法。盡管如此,船舶擱淺事故仍頻繁發(fā)生,因而針對(duì)船舶本身結(jié)構(gòu)的防撞性研究具有重要的工

2、程意義。
　　船舶擱淺是在巨大沖擊載荷作用下產(chǎn)生的一種復(fù)雜的非線性瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程。碰撞區(qū)域會(huì)迅速超越彈性階段而進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài),引起結(jié)構(gòu)的失效。船舶擱淺過(guò)程包含多種非線性特征,以及高應(yīng)變率的動(dòng)態(tài)特性,同時(shí)由于船體在流場(chǎng)中,還會(huì)涉及流固耦合和水彈性問(wèn)題,使問(wèn)題變得十分復(fù)雜。船舶結(jié)構(gòu)擱淺分析的研究方法主要有四種:試驗(yàn)法、簡(jiǎn)化解析法、經(jīng)驗(yàn)法和非線性有限元法。其中實(shí)船試驗(yàn)的結(jié)果最為精確,但是試驗(yàn)的花費(fèi)特別巨大,一般很少采用。模型試驗(yàn)的方法被

3、廣泛應(yīng)用,但是由于擱淺的強(qiáng)非線性,模型試驗(yàn)方法很難準(zhǔn)確的模擬模型的尺度效應(yīng)。簡(jiǎn)化解析方法是一種基于塑性理論的方法,可對(duì)結(jié)構(gòu)失效變形內(nèi)在機(jī)理的剖析,同時(shí)計(jì)算量小、精度較高、可重復(fù)性好,適用于船舶事故應(yīng)急處理機(jī)制和船舶結(jié)構(gòu)防撞性初步設(shè)計(jì)。同時(shí),計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展極大的提升了非線性有限元法的計(jì)算效率和精度,因其模擬的準(zhǔn)確性又被稱作“虛擬實(shí)驗(yàn)”。
　　本文主要采用簡(jiǎn)化解析方法并輔助運(yùn)用非線性有限元數(shù)值仿真技術(shù),對(duì)一種典型的臺(tái)型礁石擱淺場(chǎng)

4、景下雙層底結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理進(jìn)行研究。文章首先對(duì)Hong和Amdahl[1]提出的無(wú)加強(qiáng)筋雙層底結(jié)構(gòu)臺(tái)型礁石擱淺場(chǎng)景下的結(jié)構(gòu)變形機(jī)理進(jìn)行了全面的驗(yàn)證和深入討論。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步給出了雙層底三種主要構(gòu)件上的三種不同加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)變形損傷機(jī)理,二者可以組合成一套快速估算船舶擱淺于臺(tái)型礁石場(chǎng)景下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的方法。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.簡(jiǎn)要介紹了船舶碰撞和擱淺領(lǐng)域的研究方法,重點(diǎn)介紹非線性有限元數(shù)值仿真方法和簡(jiǎn)化解析方法的機(jī)理,并對(duì)船舶擱

5、淺的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。
　　2.運(yùn)用非線性有限元方法對(duì) Hong和Amdahl[1]提出的無(wú)加強(qiáng)筋雙層底結(jié)構(gòu)擱淺于臺(tái)型礁石的模型進(jìn)行多攻角多撞深的驗(yàn)證和討論。
　　3.針對(duì)外底板骨材,運(yùn)用簡(jiǎn)化解析方法對(duì)其在臺(tái)型礁石擱淺場(chǎng)景下的變形損傷機(jī)理進(jìn)行研究,并用數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證和討論。
　　4.針對(duì)肋板骨材,運(yùn)用簡(jiǎn)化解析方法對(duì)其在臺(tái)型礁石擱淺場(chǎng)景下的變形損傷機(jī)理進(jìn)行研究,并用數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證和討論。
　　5.針對(duì)縱桁