检索结果-内蒙古大学图书馆

中国公路学报 2014年第6期27卷 59-67页

作者：王君杰宋彦臣卜令涛同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为考虑船桥碰撞过程中荷载的随机性,进行了轮船撞击刚性墙的模拟计算。考虑到船舶结构的多样性,建立了9艘不同吨位和尺寸轮船的有限元模型,并以9种不同的速度撞击刚性墙,得到了81条船撞击力-撞深过程样本曲线。将样本曲线量纲一化,并采... 详细信息

为考虑船桥碰撞过程中荷载的随机性,进行了轮船撞击刚性墙的模拟计算。考虑到船舶结构的多样性,建立了9艘不同吨位和尺寸轮船的有限元模型,并以9种不同的速度撞击刚性墙,得到了81条船撞击力-撞深过程样本曲线。将样本曲线量纲一化,并采用21个离散点近似表示每条量纲一化曲线,在各离散点处对量纲一化撞击力进行了统计分析。通过对概率密度函数进行限界修正,建立了撞击力-撞深过程的概率统计模型,最后在统计意义上对概率模型的参数取值进行了讨论。研究结果表明:在各撞深处的量纲一化撞击力近似服从正态分布;限界修正方法消除了随机变量在数学意义与物理意义上的矛盾,提高了模型的适用性;所建立的概率模型在统计意义上与数值模拟获得的样本吻合良好。

关键词：桥梁工程概率模型数值模拟撞击力-撞深船-桥碰撞

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双壳船体结构的耐撞性预报方法研究

双壳船体结构的耐撞性预报方法研究

引用

作者：张敏华中科技大学

学位级别：博士

随着国内外航运事业的发展,水上交通日益繁忙,船舶碰撞事故时有发生。船体的双壳结构形式可以提高船舶在航行中受外物撞击后的安全性,若碰撞事故发生,外壳板破裂后,内壳板能够保证船舱的水密性。目前的研究主要集中在外壳板的大变形和... 详细信息

随着国内外航运事业的发展,水上交通日益繁忙,船舶碰撞事故时有发生。船体的双壳结构形式可以提高船舶在航行中受外物撞击后的安全性,若碰撞事故发生,外壳板破裂后,内壳板能够保证船舱的水密性。目前的研究主要集中在外壳板的大变形和初始破裂,以及隔板的大变形上,对双壳结构外壳板破裂后的撕裂特征,外壳板和隔板的耦合作用以及内壳板损伤特征的研究较少。本文运用试验、数值模拟和解析三种方法研究了双壳船体结构受球鼻艏撞击至内壳板破裂这一损伤过程的耐撞性能,揭示了双壳船体结构各组成构件的损伤机理,提出了准确模拟双壳船体结构破坏过程的数值模拟方法和双壳船体结构的载荷预报方法。本文主要研究工作如下:首先,开展了外壳板模型撞击试验,研究了外壳板破裂后的撕裂特征。试验中,设计了球-柱-锥组合形式撞头,用以区分壳板大变形至初始破裂阶段和撕裂阶段;设计了不同类型的加筋板试件,用以研究加筋在抵抗碰撞中的作用。试验得到了各试件的撞击力-撞深曲线和变形破坏过程,揭示了外壳板的撕裂特征:相对于大变形至初始破裂阶段,壳板在撕裂阶段的吸能值较大,且加筋在撕裂阶段中抵抗碰撞的作用更显著;壳板内的裂纹属于张开型裂纹(“I”型裂纹);撕裂抗力与壳板内的裂纹数目无关。随后,提出了模拟外壳板初始破裂和撕裂失效的数值模拟方法。分别利用标准拉伸试件和带缺口的拉伸试件校核单元的初始失效应变和撕裂失效应变,外壳板模型试验验证了所提数值模拟方法的准确性。此外,考虑应力三轴度对失效应变的影响,分别提出了初始破裂时刻和撕裂阶段中双轴拉伸失效应变与网格尺寸厚度比关系的计算方法。与常用失效准则相比,该方法在网格尺寸较大时有更高的准确性。接着,提出了外壳板在大变形、初始破裂和撕裂阶段的撞击力计算公式。在大变形和撕裂阶段,分别提出了光板和不同类型加筋的变形模式,推导了相应的变形抗力公式;在初始破裂时刻,提出了加筋板的临界撞深计算公式,包括光板的临界撞深公式和加筋对光板临界撞深的削减计算公式。通过外壳板模型试验验证以及与已有解析方法对比,说明了所提解析公式的准确性。最后,探讨了所提解析公式在不同壳板尺寸和撞头尺寸下的普适性。基于以上外壳板耐撞性的研究,本文进一步研究了双壳结构中内壳板和隔板的耐撞性。开展了球锥头作用下双壳结构的模型撞击试验和数值模拟,试验得到了双壳结构完整损伤过程的撞击力-撞深曲线,揭示了内壳板和隔板的损伤特征。数值模拟得到了双壳结构的变形破坏过程,以及各构件的能量吸收情况:内壳板比外壳板的吸能值小很多,隔板的屈曲变形能吸收一部分能量。最后,提出了双壳结构中内壳板和隔板的撞击力计算公式。内壳板的变形包括加筋的局部变形和内壳板的整体变形,叠加计算得到内壳板完整损伤过程的抗力;隔板与外壳板的耦合作用能延缓外壳板破裂时刻,推导了隔板变形抗力和变形量的关系式,得到了隔板对外壳板临界撞深的增量计算公式。双壳结构模型试验和数值模拟验证了所提解析公式的准确性。此外,进一步研究缩尺效应,证明所提解析方法适用于实尺度双壳船舶的耐撞性评估。

关键词：船舶碰撞双壳船体结构损伤机理撞击力-撞深试验数值模拟简化解析法

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