桥墩安全防护设施碰撞模拟研究.pdf

《桥墩安全防护设施碰撞模拟研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第23卷第6期2010年11月机电产品开簋与剀新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsV01．23．No．6Nov．，2010文章编号：1002-6673(2010)06-088-03桥墩安全防护设施碰撞模拟研究李勇．杨曼娟(交通运输部公路科学研究院。北京100088)摘要：总结了船桥碰撞分析的有限元计算基本理论框架．运用非线性有限元技术建立了船舶与桥墩的有限元碰撞模型。利用流固耦合的方法，分别分析了有无防护设施的桥墩在船舶碰撞时的能量转化、碰撞力时程变化，并对比

2、了有无防护设施的桥墩受力情况。实现了船与桥墩、船与桥墩防护设施碰撞过程的数值模拟。关键词：船与桥墩相撞；桥墩防护设施；有限元分析中图分类号：U417；骶)29文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2010．06．034CollisionSimulationStudyofBridgePierSecurityFacilitiesLIYong，YANGMan-．hum(ResearchImtituteofHighwayMinistryofTramporc，Beijing100088，China)Abs

3、tract：TheFEAbasictheorefical丘ameworkofshipcollision谢dlbridgepierWaSsummarizedinthispaper．Theshipandthebridgepierfinitedementmodelwereestablishedbytheuseofnonlinearfiniteelementtechniques．Byusingfluid—structureinteractionmethod，theen-ergyconvenionprocessandthecollisio

4、nforceofbridgepier谢tllprotectiveequipmentandnon—protectiveequipmentwereanalyzed,andthes1R％鼯ofbothsituatiomwerecompared．NumericMsimulationoftheshipandbridgepier．shipandthebridgepierprotectionfacilitiescollisionwererealizedinthispaper．Keywords：collisionofsMpandbridgepi

5、er；bridgepiersecurityfacilities；FEA0引言船桥碰撞是一个十分复杂的碰撞动力学问题。涉及了多个学科。由于实际航道上的航行船舶类型及尺度离散性大，桥墩型式也各有不同，船舶撞击桥墩的方位和形式也是随机和多样的。计算结果与实际常有较大的差距。因此进行更细致的船桥碰撞动力学理论分析及计算，对于碰撞力的确定和防护设施效能的提高都是十分必要的。到目前为止。船桥碰撞的计算理论已由早期的Mi．norsky碰撞理论发展到了有限元仿真方法。有限元仿真方法为船桥碰撞力学问题的研究提供了新的技术手段。。并很大程度上拓展了

6、研究者的思路。逐渐成为目前碰撞分析最有效的方法之一。收稿日期：2010—10—20基金项目：交通运输部公路科学研究院青年基金支持(2008-9026)作者简介：李勇(1978-)，男，高级工程师；杨曼娟(1982-)，女．工程师。881非线性有限元动态数值仿真船和桥墩及桥墩防护设施的碰撞是一动态的大位移和大变形的过程。接触和冲击载荷都影响着碰撞的全过程。系统具有几何非线性和材料非线性等多重非线性。本文的有限元计算分析所采用的软件LS—DYNA是显式非线性动力分析通用有限元程序。1．1非线性有限元控制方程船桥碰撞问题的运动方程可以

7、表示为：【M】{d}+【C】{d}+【K】{d}={I卜'(1)式中：【M卜。质量矩阵；{d卜一阻尼矩阵；【C】一刚度矩阵；{dJ一加速度向量；{d}一速度向量．【K】一位移向量；{聃一为包括碰撞力在内的外力向量。若令(pl=【C】(dl+【Kl{d1，并设IP}={F曩卜{p}，则式(1)也可以写成：【M】Idl={P}(2)如果采用集中质量。即质量矩阵M变成对角矩阵，那么各个自由度的方程将是相互独立的．即·制造业信息化·【Md{d；}={r}(3)1．2显式求解方法采用显式方法求解碰撞运动方程，首先由方程式(3)直接求出：I

8、dtJ-【Mirl(Fi}(4)然后对时间积分获得速度，再积分一次获得位移。这里采用中心差分的显示格式来进行时间积分。中心差分的显式格式为：k一：{dn．-i／2)+{Jl坠卑掣．‘⋯1{dn+l}={d。)+{dn+l／2}△t。。，2(5)I^+一(At．+