波浪对船舶碰撞影响研究.pdf

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1、第54卷第4期大连理工大学学报VOI．54，NO．420l4年7月JournalofDalianUniversityofTechnologyJuly2014业妇．}}船舶、土木工程{}文章编号：1000—8608(2014)04—0433—05带蒂恭弗恭带带波浪对船舶碰撞影响研究宋明，马骏，黄一(大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连116024)摘要：船舶碰撞多发生在一些比较恶劣的海况下，事实上碰撞过程是碰撞作用和外部环境荷载作用的耦合．基于非线性有限元方法，建立了考虑波浪作用的船舶碰撞模型，对碰撞过程进行了数值仿真

2、模拟．将有无波浪存在下的碰撞结果进行了对比，并分析了波浪波高以及波浪入射角度对被撞船舷侧结构的影响．结果表明，在一定情况下波浪对碰撞过程有不利的影响，并从工程角度给出一些指导建议．关键词：船舶碰撞；结构损伤；数值仿真；碰撞力；能量；波浪中图分类号：U661．43文献标识码：Adoi：lO．7511／dllgXb2O14O4O100引言法处理，使其融人船舶碰撞数值仿真，重点研究波浪参数(波高、周期，以及入射角度)对船舶碰撞结船舶碰撞是船舶营运中一种常见的海损事构动力响应的影响．故，轻者会引起船体结构破损，重者可能导致

3、人员伤亡、环境污染等灾难性的后果．因此开展船舶碰1作用于船舶上的波浪荷载撞研究对于保证航海安全和保护环境意义重大，逐作用于船舶上的波浪荷载，与波浪特性(波渐引起人们的高度关注．许多学者对此问题进行了高、周期、波浪入射角度等)有关，同时也与船舶本广泛研究和深入探讨，近年来取得了重大成果]．身尺度(船长、船宽、吃水深度)、载度(满载、半载、压与船舶碰撞相关的要素有碰撞性质、碰撞强载)和运动特性(横摇、纵摇、升沉)等有关．建立作用度、被撞船状况、环境条件，以及结构承受碰撞的于船舶上的波浪荷载计算公式，将波浪荷载以平行能力

4、[2]．ZhangE。基于刚体碰撞力学的一般理论，于船身的纵向力和垂直于船身的横向力表示[7]．分析了船舶碰撞过程中的能量耗散问题；王自力横向力F计算公式如下：等[4应用非线性有限元仿真方法研究了超大型油—xH(1+~／Jsin0I)LDa~．pgsin0(1)船双壳舷侧结构的碰撞性能，分析了各个构件的式中：X为综合系数，根据模型试验取值为0．05；损伤模式和吸能特性；马骏等]研究了初速度对H为入射波高；口为波浪入射角度(波向与船舶纵被撞船舷侧结构的影响；Kitamura【6提出了数值轴线夹角)；口为反映船舶横摇与

5、波浪周期关系仿真中一些不确定因素例如船体梁弯曲、被撞船速度等对结构耐撞性的影响．船舶发生碰撞多是在一些比较恶劣的海况的参数川一√(三～(芋)赢)+4(芋)。’T为下，船舶发生碰撞的同时往往要受到风、浪、流荷波浪周期，为横摇周期，为船舶横摇无因次载的作用．事实上碰撞过程是碰撞作用和外部环系数，一0．3，为船舶排水量，为满载境荷载作用的耦合，但是目前研究没有全面考虑碰撞时的环境条件．本文首先通过公式计算作用排水量；D为船舶吃水；L为船舶垂线间长；p为海于被撞船舶上的波浪荷载，基于非线性有限元软水密度；g为重力加速度．件

6、ANSYS／LS_DYNA，将波浪荷载做准静力方纵向力F计算公式如下：收稿日期：2013-08—09；修回日期：2014-03-19．作者简介：宋明(1988一)，女，博士，E-mail：songming@mail．dlut．edu．cn马骏(1963一)，男，副教授，E-mail：junma@-dlut．edu．aim大连理工大学学报第54卷Fy=3，H(1+丽)BDa~pgcos0(2)接触和单面接触．式中：y为综合系数，根据模型试验取值为0．05；本文采用面与面的主一从接触算法．主一从接a，为反映船舶纵摇与波

7、浪周期关系的参数，n=触面包括从面和主面，它们分别定义在船艏和舷侧上，碰撞开始前是互相分开的．在求解的每一时1为纵摇周期，间步，检查从属节点的位置坐标，看它是否已经穿透主面，如果还没有穿透，则计算工作不受影响地继续进行；如果已经穿透，则在垂直于主面的方向为船舶纵摇无因次系数，一o．3；B为船舶宽度．上施加一作用力以阻止从属节点的进一步穿透．2碰撞数值仿真的关键技术这个作用力就是接触力．另外考虑到部分构件由于屈曲变形会发生与自身接触，而在船艏内部与2．1材料模型和失效准则舷侧的内部结构上定义了单面接触．船舶碰撞是一个

8、非线性动态响应过程．材料2．3流固耦合法一般都要进入塑性流动阶段，而且在高应变率下船舶碰撞属于一种典型的流固耦合现象．碰具有明显的动力特性，屈服应力和拉伸强度随应撞发生时，由于撞击荷载的巨大作用，船舶将发生变率的增加而增加，其碰撞区结构的材料本构关局部变形和刚体运动，其周围的流场也会随之发系是影响仿真结果的重要因素．因此，在船舶碰撞生相应改变，这种流场的变化