砰擊載荷作用下船體結構動態(tài)響應研究.pdf

1、船舶在惡劣海況下航行時，由于劇烈的搖蕩運動，波浪和船體之間會發(fā)生猛烈的砰擊現(xiàn)象。砰擊不僅會造成船體局部結構的損壞，嚴重時還會破壞船體總縱強度，造成人員和財產(chǎn)的損失。近年來，隨著造船技術的革新和海洋油氣資源開發(fā)的需要，各類船舶不斷向高速化和大型化發(fā)展，使得砰擊問題變得更加突出。因此，合理地開展船體結構砰擊載荷預報和動態(tài)響應分析，已逐漸成為船體結構設計優(yōu)化及新式抗砰擊結構設計的重要基礎和依據(jù)。
　　本文以船舶行業(yè)預研基金支撐項目為依托

2、，采用仿真計算和模型試驗相結合的方法開展了船體結構砰擊載荷預報和動態(tài)響應研究，分析了不同參數(shù)對砰擊載荷和結構動態(tài)響應的影響規(guī)律，討論了剛性和彈性結構對砰擊載荷預報的影響，并以船艏外飄板架結構和船艏整體結構為研究對象，分析了其在典型砰擊場景下的結構動態(tài)響應情況。主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）歸納整理了結構入水砰擊問題的經(jīng)典理論計算方法，明確了各種方法的思路和適用范圍，同時，詳細介紹了任意拉格朗日-歐拉（ALE）方法的基本原理，在此基

3、礎上，給出了解決結構入水砰擊問題的數(shù)值仿真關鍵技術；
　　（2）設計開展了二維和三維結構入水砰擊試驗，得到了不同測點處的砰擊壓力分布情況，比較分析了不同斜升角及不同入水速度對砰擊壓力的影響規(guī)律，深入討論了三維效應的作用，全面評估了各結構的砰擊特性，為相關仿真計算方法的驗證和完善提供了依據(jù)；
　?。?）采用大型有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對二維和三維結構入水砰擊試驗模型進行數(shù)值仿真計算，系統(tǒng)分析了不同斜升角和不同入水速

4、度對砰擊壓力及垂向載荷的影響規(guī)律；通過與試驗結果的比較，驗證了仿真分析技術和載荷預報方法的可靠性；
　?。?）以砰擊試驗和載荷預報為基礎，建立二維彈性楔形體及三維彈性圓錐體有限元模型，分析二維和三維結構在砰擊載荷作用下的動態(tài)響應，總結不同參數(shù)對結構動態(tài)響應的影響規(guī)律，并討論了水彈性效應對于砰擊壓力的影響，為后續(xù)船體結構動態(tài)響應的分析奠定了基礎；
　?。?）選取典型的船艏外飄砰擊和底部砰擊場景，確定了船艏外飄區(qū)域結構簡化模型以