船舶護(hù)舷結(jié)構(gòu)的碰撞研究.pdf

1、工程船舶在作業(yè)過(guò)程中，存在相互靠泊碰撞的客觀情況，一般都采用護(hù)舷結(jié)構(gòu)以應(yīng)對(duì)外部沖擊。在靠泊船的碰撞擠壓下，護(hù)舷結(jié)構(gòu)通常發(fā)生大變形以起到保護(hù)船體的作用，因此，護(hù)舷結(jié)構(gòu)的碰撞沖擊性能和船舶的安全性直接相關(guān)。由于設(shè)備、資金等多方面因素的限制，無(wú)法通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)來(lái)研究護(hù)舷結(jié)構(gòu)在低速?zèng)_擊下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及船舶的安全性能，而碰撞仿真技術(shù)在近二十年來(lái)的快速發(fā)展，為研究提供了便捷。雖然《港口工程載荷規(guī)范》和《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》均提出了不同噸位船舶所允許的靠泊

2、速度，但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的船舶建造規(guī)范尚沒(méi)有對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的碰撞安全性能提出要求。因此，針對(duì)不同形式的護(hù)舷結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐撞性和安全性研究，尋求優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有一定的意義。結(jié)合非線性有限元仿真，本文研究了橡膠護(hù)舷及鋼質(zhì)護(hù)舷在沖擊作用下的變形失效，并根據(jù)耐撞性指標(biāo)對(duì)鋼質(zhì)護(hù)舷進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要通過(guò)以下工作來(lái)實(shí)現(xiàn)研究目的：1.碰撞模型的簡(jiǎn)化分析通過(guò)一些合理假設(shè)，將挖泥船的舷側(cè)結(jié)構(gòu)等效為一大剛度的線性彈簧，將橡膠護(hù)舷等效為一非線性彈簧，將靠泊船簡(jiǎn)化為一剛體，根據(jù)

3、能量守恒原理推導(dǎo)得到碰撞過(guò)程的最大反力計(jì)算公式。2.建立一型工程船絞吸式挖泥船艙段有限元模型和橡膠護(hù)舷模型進(jìn)行模擬碰撞試驗(yàn)建立了受沖擊作用的挖泥船單艙段有限元模型和橡膠護(hù)舷有限元模型，將靠泊船用一等效質(zhì)量塊簡(jiǎn)化。通過(guò)LS-DYNA的非線性有限元模擬，研究比較了三種不同形式的橡膠護(hù)舷(半圓形、方形、混合型)在沖擊作用下的反力、吸能以及挖泥船舷側(cè)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。得到不同形式的橡膠護(hù)舷所對(duì)應(yīng)的最大安全靠泊速度，確立了較為安全的護(hù)舷形式。通過(guò)和反力

4、的理論公式值比較，驗(yàn)證了有限元結(jié)果。此外，還研究了挖泥船舷側(cè)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件在靠泊過(guò)程中的變形能吸收情況。3.鋼質(zhì)護(hù)舷結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計(jì)跟據(jù)兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)耐撞性指標(biāo)—比吸能和碰撞力對(duì)A型護(hù)舷材進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先通過(guò)一系列樣本點(diǎn)有限元試驗(yàn)結(jié)果建立目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面模型。基于此模型，采用多目標(biāo)遺傳算法—NSGA-II進(jìn)行多目標(biāo)全局搜索，獲得Pareto最優(yōu)解集。通過(guò)Monte-Carlo模擬和有限元計(jì)算，驗(yàn)證了最優(yōu)解。本研究表明，采用適當(dāng)