【摘要】：隨著計算機科技迅速進(jìn)步,利用有限元數(shù)值模擬仿真功能對船舶的擱淺與碰撞場景開展研究,已經(jīng)可以提供較為可靠準(zhǔn)確的模擬結(jié)果,并且具有節(jié)省時間、人力與成本的優(yōu)勢。但是,在船舶碰撞與擱淺場景的有限元模擬中,如何合理定義鋼板材料的斷裂失效準(zhǔn)則,是有限元技術(shù)中一個十分重要的問題。本文基于BWH失效準(zhǔn)則理論假設(shè),推導(dǎo)出一套適用于考慮硬化的各向同性材料失效準(zhǔn)則公式,并利用LS-DYNA程序提供的材料二次開發(fā)功能進(jìn)行二次開發(fā)編程,將此準(zhǔn)則嵌入LS-DYNA程序中。之后,利用更新的LS-DYNA程序,以一組船舶擱淺模型試驗為例,進(jìn)行有限元數(shù)值仿真計算,之后與實驗結(jié)果進(jìn)行比較,驗證所給出的鋼板材料失效準(zhǔn)則的恰當(dāng)性。本文具體的研究內(nèi)容如下:1.總結(jié)了材料失效準(zhǔn)則近年來的進(jìn)展,介紹常用的失效準(zhǔn)則的應(yīng)用方式;指出已有常用的材料失效準(zhǔn)則的優(yōu)缺點,以及其適用范圍;分析了失效準(zhǔn)則在船舶碰撞擱淺數(shù)值仿真中的應(yīng)用以及LS-DYNA程序基本特點。2.基于BWH失效準(zhǔn)則理論假設(shè),采用power law材料模型,應(yīng)用J2流動理論以及von mises準(zhǔn)則,推導(dǎo)出一套適用于考慮硬化的各向同性材料的失效準(zhǔn)則公式,對原有失效準(zhǔn)則理論進(jìn)行改進(jìn)。3.對本文提出的材料失效準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)用研究利用非線性有限元方法中的圖形返回算法,結(jié)合LS-DYNA材料二次開發(fā)理論,對LS-DYNA程序進(jìn)行二次開發(fā)編程,并將此失效準(zhǔn)則編程后嵌入了LS-DYNA程序中,編譯出適用于此失效準(zhǔn)則的求解程序。4.采用嵌入所提出材料失效準(zhǔn)則的LS-DYNA二次開發(fā)程序,對一組NSWCCD船模擱淺試驗進(jìn)行有限元數(shù)值仿真應(yīng)用,之后將模擬結(jié)果和試驗結(jié)果比較,證實文章提出的材料失效準(zhǔn)則的適用性和合理性。本文的研究重點關(guān)注了船舶碰撞與擱淺場景的有限元數(shù)值仿真模擬中,鋼材材料失效準(zhǔn)則的改進(jìn)與應(yīng)用。本文研究內(nèi)容對船舶碰撞與擱淺有限元模擬的準(zhǔn)確性和適當(dāng)性提升具有一定的參考意義。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U661.7
【圖文】：

第一章 緒論觸礁遭遇擱淺，船側(cè)破損出現(xiàn)長達(dá) 70 余米的裂痕，并導(dǎo)致大量海水滲入斜，最終造成 32 人喪生。2014 年 4 月 16 日，一艘從仁川港出發(fā)前往濟船，由于修改航線觸碰海底暗礁等原因，在韓國西南部海域下沉，如圖，船上約有 450 人，大部分是前往濟州島郊游的高中學(xué)生，本次事故造成難，至今仍有 9 人下落不明。

圖 1-1 單殼油輪與集裝箱船碰撞現(xiàn)場Fig.1-1 Collision accident between a tanker and a container ship

圖 1-3 荷蘭實船碰撞試驗圖 1-3 Carrier collision experiment carried out in the Netherlands船舶發(fā)生碰撞擱淺時，船體結(jié)構(gòu)會發(fā)生極大的塑性變形以及斷裂。解析方法是基于彈塑性力學(xué)理論，通過觀察試驗或者有限元仿真中船體結(jié)構(gòu)實際變形情況提出簡化的解析數(shù)學(xué)模型反映變形特點，隨后通過對數(shù)學(xué)模型的求解計算得到撞深與變形阻力及撞深與能量耗散等關(guān)系的估算方法。簡化的解析方法是評估船舶結(jié)構(gòu)抗撞性能的快速工具，特別是在初步設(shè)計、風(fēng)險評估和結(jié)構(gòu)優(yōu)化階段。此外，通過塑性機理分析開發(fā)的簡化解析方法可以揭示船舶碰撞擱淺期間結(jié)構(gòu)塑性變形的主要特征。因其計算簡便且在有限的數(shù)值計算下可以得到準(zhǔn)確性較高的結(jié)果，近年來在船舶碰撞擱淺研究領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用并且得到了相應(yīng)發(fā)展，各國研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多簡化的解析公式。Wang[16]通過研究四種主要失效模式的結(jié)構(gòu)損傷情況，提出了多個簡潔適用的解析公式來預(yù)測船體發(fā)生碰撞時的強度。Wierzbick和 Driscoll[17]早期描述了腹板的破裂特性，他們?yōu)楹笄冃翁岢隽艘粋�簡化的解

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉敬喜;崔o

本文編號：2800790