论文部分内容阅读
随着航运业的迅猛发展,海上航行的船舶日益增多,因此船舶的碰撞与搁浅事故总是不可避免地发生,并严重影响着船舶自身与其它海洋结构物的安全。船舶发生碰撞或搁浅事故时,船舶舷侧结构或船底结构会因为抵抗外界载荷的冲击而发生严重的塑性变形乃至撕裂破损,导致船舶进水、漏油,大大降低船体梁的结构强度和承载能力,从而引起经济损失、生态破坏乃至人员伤亡事故。为了减少船舶碰撞与搁浅造成的损失,在船舶设计阶段快速准确地评估船舶的抗撞性能显得尤为重要。不同类型的碰撞与搁浅场景中船舶受损的结构不同,结构的变形和损伤机理也有较大的差别。本文基于弹塑性理论,应用解析计算方法并辅助以数值仿真技术,针对船舶碰撞与搁浅的四种场景进行了深入研究,主要的研究内容如下:1.针对船侧结构遭受楔形船艏撞击的场景,提出舷侧外板、甲板和舷侧外板上的骨材的变形阻力的解析计算公式,并整合甲板、舷侧桁材的受压力、撕裂力的解析公式,提出了一套适用于舷侧结构在遭受楔形船首撞击场景下变形损伤响应的分析方法,并用数值仿真结果进行验证;2.针对船侧结构遭受球鼻艏撞击的场景,提出舷侧外板、舷侧外板上骨材的受压力的解析计算公式,并整合舷侧外板撕裂力,舷侧桁材受压力、撕裂力的解析公式,提出一套适用于舷侧结构在遭受球鼻首撞击场景下变形损伤响应的分析方法,并用数值仿真结果进行验证;3.针对船舶在台型礁石上搁浅的场景,整合参与变形损伤的船底外板、船底纵桁、船底肋板以及附着在这三种板材结构上的骨材的能量耗散公式,提出一套适用于船舶搁浅于台型礁石场景时船底结构损伤响应的分析方法,并用数值仿真结果进行验证;4.针对船舶在尖锐礁石上搁浅的场景,提出船底肋板变形阻力的解析计算公式,并整合船底外板撕裂受力的解析公式,提出一套适用于尖锐礁石搁浅场景的船底结构损伤响应的分析方法,并用数值仿真结果进行验证;5.在分析以上船舶在碰撞与搁浅场景中受损情况的基础上,应用Smith方法预报船舶的剩余极限强度,并用非线性有限元计算结果进行验证。本文的研究关注船舶碰撞与搁浅的四种最基本的场景,研究成果对船舶耐撞性结构设计以及在事故发生后船舶结构损伤的快速评估都具有一定的参考意义。