基于典型船舶碰撞擱淺事故場景的船體構件損傷機理研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，海上航行船舶的數(shù)量不斷增加，海洋航線愈發(fā)稠密，船舶碰撞擱淺事故的發(fā)生也愈發(fā)頻繁。船舶擱淺與碰撞事故已成為導致船體破損，引發(fā)人員傷亡、環(huán)境污染與經(jīng)濟損失的主要原因。因此，開展船體結構在碰撞擱淺場景下的響應研究，揭示其損傷變形機理，對于開展基于事故載荷的船體結構設計具有重要意義。
　　船舶碰撞擱淺場景下的結構響應評估方法主要有試驗法、非線性有限元法及簡化解析法。實尺度試驗花費巨大且受限于測試技術難以開展，因此大

2、多通過模型試驗或者縮尺試驗揭示結構的損傷特性；有限元法能夠真實再現(xiàn)結構的損傷變形，計算碰撞擱淺過程中的接觸載荷和能量轉化，被國內外學者廣泛使用，但合理可靠的參數(shù)輸入是保證仿真結果準確性的基礎；簡化解析法基于塑性變形機理分析，能夠抓住結構的主要變形模態(tài)，適用于事故應急處理機制和結構防撞性初步設計。
　　本文以國家自然科學基金項目為依托，通過分析確定船體構件的碰撞擱淺場景，設計開展準靜態(tài)沖壓載荷下典型船體結構的損傷特性分析試驗，并進行

3、相應的數(shù)值仿真計算，根據(jù)試驗和仿真得到的結構損傷變形過程，建立相關力學模型，開展船舶碰撞擱淺事故下船體典型構件損傷變形機理的理論預報方法研究。此外，通過建立船體結構-礁石-流場相耦合的仿真計算模型，對74,500 DWT油船擱淺（坐礁）性能進行了分析。論文主要研究內容如下：
　?。?）歸納整理了船舶碰撞擱淺領域的國內外研究現(xiàn)狀和主要研究內容及方法，提出了本文的研究意義和主要研究內容。
　?。?）總結了簡化解析計算方法的基本原

4、理、基本公式和計算步驟，重點介紹了船舶碰撞擱淺事故中船體構件常見的損傷變形模式及簡化解析方法的應用；針對非線性有限元數(shù)值仿真技術，討論了材料非線性仿真輸入問題，為后續(xù)理論預報方法的確定和非線性有限元方法的應用奠定基礎。
　?。?）以船體板架結構作為研究對象，通過開展船體平板及加筋板結構模型的準靜態(tài)沖壓試驗以及相應的數(shù)值仿真計算，分析其在楔形和球形錘頭作用下的結構響應，得到結構損傷變形過程特點，基于塑性力學理論，分別對平板和加筋板在

5、楔形和球形錘頭撞擊下的損傷變形機理進行研究，建立相應的理論預報公式，并以試驗結果為依據(jù)對其進行驗證完善。
　?。?）以船體強桁材結構為研究對象，通過開展船體強桁材模型的準靜態(tài)沖壓試驗以及相應的數(shù)值仿真計算，分析三種不同形式（不加筋、橫向加筋、垂向加筋）以及不同參數(shù)（加筋位置）強桁材結構在面內沖壓載荷作用下的結構響應，得到結構損傷變形過程特點，在此基礎上確定不加筋和垂向加筋強桁材面內受壓時的變形模式，運用塑性力學理論，推導出結構變形