基于LS-DYNA的船舶-桥墩碰撞数值模拟

文章基于 Ansys／Ls‐dyna软件,建立船舶、桥墩三维有限元计算模型,并对船舶－桥墩碰撞进行有限元仿真计算,分析船舶－桥墩碰撞的基本过程、碰撞过程中碰撞力的大小、船艏及桥墩的损伤变形等,为避免船舶碰撞桥墩事故发生寻找安全措施。     

船舶碰撞与触底事故的数值仿真

非线性有限元数值仿真方法在船舶碰撞事故的力学分析中正得到日益广泛的应用。介绍了该方法在船船碰撞和船桥碰撞分析中的应用实例，指出了应用该方法的关键技术并列出了所能得到的计算结果。同时给出了一个校准计算的研究结果，证明非线性有限元数值计算方法可以对复杂的碰撞损伤给出十分良好的仿真。     

波浪作用下船舶系缆力的计算方法

基于波浪作用下船舶系缆力的试验资料,分析了船舶特性、波浪参数对系泊船舶波浪力的影响规律,提出了作用于船舶上的波浪总力计算公式．参照《港口工程荷栽规范》（JTJ215—98）由风和水流产生的船舶系缆力的计算方法,提出了由波浪产生的船舶系缆力的计算方法．算例表明,船舶系缆力的计算值与试验结果吻合较好．本方法可为工程设计中船舶系缆力的确定提供参考,填补了《港口工程荷载规范》（JTJ215—98）缺少波浪作用下船舶系缆力计算的空白．     

有限元仿真在船舶碰撞研究中的运用

结合实际碰撞案例,建立整船三维仿真模型,对船舶碰撞动力学过程进行有限元计算,分析得到船舶碰撞过程机理:船舶从碰撞接触到船体破损变形的时间很短,这一过程中船壳和骨架的破损并不同步;局部现象明显,碰撞区域变形很大,远离碰撞区域的变形几乎为零.仿真结果可以很好地模拟再现碰撞破损过程,与真实碰撞数据相吻合.这种定量地从船体结构角度研究船舶碰撞的方法,比以往定性研究船舶碰撞原因更具信服力,为研究船舶安全和海事调查提供了一种有效方法.     

船舶碰撞过程的数值模拟及试验研究

船舶碰撞是船舶运输过程中可能导致严重后果的海事事故,是船舶安全方面的一个重要研究方向。船舶碰撞过程的研究主要从两个方面进行:数值模拟和试验研究。从运动控制方程、能量耗散方程和ALE模型入手详细地介绍了船舶碰撞过程的数值模拟;从模型试验和局部结构试验现行流行的试验这些研究手段对实验研究进行了介绍和讨论。同时,提出了在现有条件下,船舶碰撞过程研究关键问题和可行的研究思路。     

船桥碰撞及防撞结构研究

对某桥梁防撞结构的碰撞历程进行了数值模拟,数值模拟采用大型非线性动态响应分析程序LS-Dyna完成。介绍了船桥碰撞数值仿真中所涉及的关键技术,研究了船桥碰撞力、碰撞损伤变形、及能量吸收情况,并对其进行了详细分析。     

船艏横向框架对船艏碰撞性能的影响

在船舶碰撞中，撞击船艏部结构和被撞船船侧结构都会发生损伤变形．为了了解横向框架对船艏结构的损伤形态、碰撞力及能量耗散的影响，利用非线性有限元仿真程序MSC／DYTRAN对有横向框架和无横向框架的某艏部结构的碰撞特性进行了比较．结果发现，横向加强材会限制船艏外壳及甲板的变形模式，以至于显著地影响到整个船艏结构的破坏特征、碰撞力和能量吸收．在进行碰撞分析时不可忽略．     

用船舶在波浪中运动仿真来确定破损船舶的倾覆安全性

本文对在不规则波浪航道中的破损船舶的运动仿真及对给定时间内的倾覆概率的计算提出一种数值方法。     

运动相位对远洋船舶遭遇波浪荷载影响的研究

为考察船舶在波浪中运动相位对其遭遇波浪荷载的影响，根据波浪参数长期分布律推导了以船舶特征尺度与遭遇波浪超越概率为自变量的设计波高计算式；取波长等于船长，分别对于迎小姐和横浪航行状态，应用修正的切片法计算了ＬＲ－Ａ远洋集装箱船的舷侧和船底的水动力压力分布，数值试验结果表明，在确定船舶遭遇波浪荷载时，须特别注重其运动相位的选择以保证计算的可靠性     

初速度对被撞船舷侧结构影响

采用ANSYS/LS-DYNA建立了两船发生侧向对中垂直碰撞的非线性有限元模型,模型中考虑了材料非线性、几何非线性等因素;并以所建立的非线性有限元模型为基础,对被撞船舷侧结构碰撞性能进行了仿真研究,得到了碰撞力和能量随碰撞船位移变化的关系曲线,重点研究了碰撞船初速度的影响.数值仿真结果表明,不同的碰撞船初速度会导致被撞船舷侧结构产生不同形式的变形和不同程度的损伤.同时,通过仿真计算得到了某一确定碰撞情景下被撞船舷侧内、外壳破裂的临界速度,可以为海事部门制定海上限速避碰规则提供依据.     

船舶撞击锚泊防撞系统的能量平衡关系分析

为了研究船舶撞击锚泊防撞系统过程中的能量平衡关系,根据动能定理和锚链力求解方程,计算船舶正面撞击锚泊拦阻系统时锚泊系统的动能和力做的功,主要考虑船的动能、锚与海底的摩擦力做的功以及锚链力做的功.在模型实验的基础上进行分析计算,结果表明,船舶的动能变化量基本上等于摩擦力和锚链力做功之和.说明摩擦力和锚链力做功抵消船舶动能可以作为拦阻系统初步设计的基本条件.     

船撞力强度指标对船撞桥响应的影响

确定船舶的撞击力是桥梁设计的关键问题之一,本研究针对船撞力强度指标的选择,探讨了不同船撞力强度指标对桥梁结构响应的影响.首先建立了一艘轮船撞击刚性墙的高精度有限元模型,得到了不同撞击吨位与撞击速度下的船撞力时程,并根据不同的船撞力强度指标进行了等效,将等效静力作用于结构的响应值与结构动力响应值进行了对比.结果表明,平均船撞力得出的结构响应最小,局部平均船撞力与峰值船撞力得出的动力响应相差不大;从结构响应随撞击吨位与撞击速度的变化规律方面来看,采用局部平均船撞力作为强度指标更为合理;在采用3种船撞力强度指标时都必须考虑动力效应的影响,否则会得到偏小的结构响应值.     

基于细菌觅食算法的避碰航路优化研究

提出一种基于细菌觅食算法的避碰航路优化算法.该算法优化避碰参数包括避让转向时机、安全避让角度、复航时间和复航角度,细菌状态空间对应解空间.利用最近会遇距离和到达最近会遇点的时间,迭代计算趋化、繁殖和迁移算子,从而获得最优解.通过模拟仿真对遇、追越和交叉3种会遇态势,该算法可有效优化避碰航路,给出最优的避碰参数.该算法可为船舶避碰决策提供新的方法和思路.     

船舶自动避碰仿真研究

针对海上交通环境复杂、内河航道易于碰撞的问题,研究可辅助船舶操纵的自动避碰系统.分析了船舶避碰的影响因素、船舶受力对船舶航行的影响,并对人工势场法进行改进,优化了船舶行驶路径.基于改进的人工势场法设计船舶路径规划流程,以长江水域为例进行弯曲航道的模拟.结果表明,采用人工势场法可以辅助船舶自动航行,在安全的情况下获得较短的避障路径.通过增加转向点可以减小人工势场法局部极小点的发生概率.     

船舶撞击桥墩的非线性有限元数值仿真

基于数值仿真原理,采用非线性有限元软件ANSYS／LS—DYNA对一艘3000t油船撞击桥墩进行仿真计算．考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了船桥碰撞有限元模型．分析了碰撞过程中能量、速度、碰撞力的变化,并将碰撞力的大小与国内外规范进行了比较．结果表明：最大碰撞力的估算美国规范和沃辛计算值偏大,我国公路规范...     

螺旋桨伴流横向力理论的计算方法

根据机翼水动力理论,研究螺旋桨伴流横向力理论计算方法,同时深入分析船舶在倒车前航情况下螺旋桨伴流效应横向力方向的变化情况,进而针对船舶提出一个临界速度,并通过实例进行Matlab仿真.实验证明,提出的计算方法是正确的,对研究螺旋桨横向力有一定的参考价值.     

一种基于等效安全度的结构设计方法

针对船舶碰撞造成的船体结构安全性问题,基于SOLAS规范中关于等效安全度的概念,提出一种结构设计方法．应用非线性动力分析法计算船舶遭遇碰撞破损时的结构极限吸能,以某多功能运输船为算例,通过对其舷侧结构的重新布置设计,选取2种船艏型式和8种撞击位置,比较其结构极限吸能能力．研究结果表明：该设计方案在满足SLOAS规范中破舱稳性要求的基础上,提供了更大的货舱装载能力和使用的灵活性,可以作为此类船型设计的参考．     

基于声速定义的灰岩冲击损伤参数的计算范围

利用一级轻气炮对灰岩进行冲击损伤实验,并对回收样品进行了超声波测试,在此基础上建立了衰减系数和损伤变量、冲击损伤耗散能的拟合关系式.将岩石高速冲击损伤实验所获得的损伤参数D=0.40作为破碎区的边界,对现场爆破漏斗实验进行了数值模拟,证明应用D=0.40作为破碎区边界完全可行.     

波浪作用下柔性靠船墩船舶撞击力统计分析

考虑船体、靠船墩弹性变形和护舷非线性变形,给出了波浪作用下外海轻型码头结构所遭受船舶撞击力的计算公式．根据公式中各随机变量的概率分布类型,采用Monte-Carlo方法对波浪作用下柔性靠船墩结构所遭受的船舶撞击力进行了统计分析．给出了设计基准期内撞击力的概率分布函数和不同刚度比下撞击力的均值系数和变异系数．结果表明：在设计基准期50a内波浪作用下柔性靠船墩船舶撞击力服从极值I型分布;船舶撞击力的均值系数为0．511,变异系数为0．429．