缓冲型球艏的艏柱设计计算分析.pdf

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1、％急嚣哥。。。。，墨息薷。。。voL40NozAD^20ll【”I：103963／i瞄m167l7953201102007缓冲型球艏的艏柱设计计算分析周增雷．李松武Ⅸ4I^荦iⅢ学R．^证430063捕l：帐据缓冲球艚设计要求，提出棱柱塑艚柱世计方案，运用有限元分析戟件LsDYNAW采月传统艏#与棱#Ⅲ*柱结构舯12000t油船进行船艏碰撞的仿真分析．发现棱牲肇艏#结街m传统肼牲结构球艏更易被压溃。美键词：疆冲球艏；齄柱；触发机制中目分类号：u6635女越标志码：A女章编号167l7953(201I)0

2、20025_。3随着海上运输船舶的速度及尺度的日益增大，只对被撞船采取双层船壳的设计已经不能满足防止船舶破损的要求。因此cheung提m来缓冲型球艏的概念，日本的Endo，K蚰mum等对其进行了专¨研究，我国的顾永宁．江华涛，王自力等也进行了深^研究，并提出了高强度缓冲钢和问断甲板的设计思想。船舶艏柱结构是船艚结构的强力构件，在碰撞过程必然“首当其冲”，只有当艏柱结构在碰撞过程巾能够发生一定的变形吸能，』能保证缓冲球艏变彤吸能的实现。以l2000t油船为例，对其自Ⅱ尖型球艏的艏柱结构进行了改进，运用非线

3、性有限元分析软件LsDY-NA对其与原结构的垂向刚度及碰撞变形情况进行计算比较，分析新型结构的变形暇能能力。l新型结构设计思路钢板艏柱多采用T型加强结构来保证其强度要求．根据T型结构的特点，其腹板是影响艏柱结构纵向刚麈的主要构件。斟此，考虑改进腹板结构，适当降低纵向刚度，保证垂向刚度。为此，提出采用近似五棱柱结构的艏柱设计来满足上述的要求。采用有限元软件对原结构和棱柱结构艏柱l：端进行垂向线性加载到60kN。对棱柱的易弯折部位措曲率半往方向增加隔板，见图1。杖藕日期：20100428修目日期：20】0-

4、05—06镕者向n：月镕目(1957)男．副教授．研究方自：工程结构计算B-mn：‰u228228@⋯com目2艚部模型目3舷侧模型22单元材料模型由于被撞击区域结构变形剧烈，在被掩船的船侧以及撞击船的艄部使J}j采Ⅲ四点积分的hIlg盼lⅢ单元．主要考虑其在处理犬变蟛及翘曲问题具有优势．同时可避免单点积分所带来的沙漏问题。其余部分使用默认的陉1yIs出T诅y单元。25》一霉露。翌n扎鎏m嚣岳嘲强烈封#》=一獬瓣季鍪嚆第2*碰撞医材料采H{线性强化j

5、蛔性材料。懵度为7850kg，m。泊柘、比O27，掸

6、性模量为206(

7、Pa．硬化模量为l18GPa，州服应力为235MPaL_一．材料血变敏感性的本构方程采用‘I实骑符合较好的cowT埘sym∞tls奉构力程二业：1一f旦1m‘、D，式巾：d7。耀性应变牢e时的动帕服应力；m，柑成的静械服应力；D、q材料常数，对j嘲H{钢InI占’，取D=10，o=j。23材料应变失效准则圈4为低碳钢的9ii性破裂应坐定义，可以看出失效府变与瞽元尺寸有父，在单元计算K度超过2。orr∞时．材料型性破裂先教值的衰减已程小．可以忽略不计．本模型碰撞区域单兀最小心寸均不低丁2

8、00⋯吲此．失效应变取o153．。；低；；嚣；嚣茹裂。变目4低《目的∞性破裂＆变24碰撞初始条件按油船仵满载情况F．以1；kN航速，垂直撞击被撞船船侧。f_o08．船睛至被撞点的距离为ldm，if葬到ojs时为止。25接触算法考虑到接触过程中会发生穿透现象，而且由于船体结构的复杂性，很难对可能发牛接触的表面进行预测，围此采用rl动双面接触方式‘。3仿真结果与分析3I球艏变形分析传统脯柱结构的模型在o24s时穿透被撞船外壳板．04s时穿述船内壳板．直至05s计算结求．亦未发生^的缩悔变形。而幢桂型艏柱结构

9、模删在f)24s时穿透被撞船外壳板，在o36s时脯柱开始发牛，竖形汽至o5s计箅结求，变形呈小断扩人的趋势。同时．其对内壳板虽然亦有穿遗现象发生．但造成的破裂要比传统艏26柱要小．见周j繁躺鞠第40巷1“o41目5o4#s目∞自m“情mk#m于艏郏过于削尖，同时被撞船船侧结构为最危险的中部舱段，两种艏柱结构模型在冲破外壳板后艏持结构均没有明艟的砘服童彤拉牛．1nJ刮()4s时．由于纵怖材．横隔板等的阻隔，棱往利艏柱模趔开始发生n、溃变形如罔6。嘲7显示这种坐形在以后碰撞发展中得}q扩大，32球艏结构能■

10、吸收传统艏柱‘o棱柱型艏柱结构的球艏吸能情况比较见削8。目6u4s目±mA～lI辩＆女*$黧￡M目《《gg缓冲女球帕的艏#设计计算分析周增国．李梧口8传统与棱柱艚柱结构球艏Ⅲ*№较传统艏柱结构的能量吸收曲线柱从接触碰撞开始到最后0．5s计算结束上升均比较平缓，而棱柱型艏柱结构从o36s开始吸能显著增加。这是因为其艏柱在O36s左右发生了压渍藿形并且变形在O．36～050s这一段时间中得以持续发生。因此其通过自身塑性变形得以吸收掉比传统艏柱结