本文關(guān)鍵詞：冰撞載荷作用下船體結(jié)構(gòu)抗沖擊設(shè)計研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著全球氣候的變暖,北極地區(qū)冰面正以每10年9%左右的速度消失,北極資源開發(fā)正趨于可行。北極地區(qū)蘊藏著豐富的石油、天然氣、礦物和漁業(yè)資源。因此,開發(fā)北極資源正受到世界各國,尤其是沿海國家的廣泛關(guān)注和高度重視。然而,船舶在高緯度海域航行,將會不可避免地與各種形狀的冰體發(fā)生碰撞。一旦船只與冰體發(fā)生碰撞,極有可能損壞船體、引起貨物泄露和環(huán)境污染,甚至造成重大人員傷亡。為了能夠大規(guī)模有效開發(fā)世界范圍內(nèi)的結(jié)冰海域油氣資源,必須解決海冰災(zāi)害引起的各種問題。基于上述原因,本文開展了冰撞載荷作用下船體結(jié)構(gòu)抗沖擊設(shè)計研究。首先,研究船—冰碰撞有限元仿真技術(shù),建立了適用于有限元仿真的冰體材料參數(shù);其次,根據(jù)冰級規(guī)范進行冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強,設(shè)計了橫向和縱向兩種加強方式,并與傳統(tǒng)未加強結(jié)構(gòu)進行比較,突出冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強的重要性和橫向加強方式的優(yōu)越性;然后,在規(guī)范加強的基礎(chǔ)上,進行船舶結(jié)構(gòu)冰區(qū)加強方案研究,進一步研究單一構(gòu)件強度的增加對整體結(jié)構(gòu)影響的規(guī)律性;最后,設(shè)計了兩種新型夾芯抗沖擊肩部結(jié)構(gòu),并與傳統(tǒng)肩部結(jié)構(gòu)作比較,對比分析不同結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能,得出一種較優(yōu)的新型抗冰載荷沖擊肩部結(jié)構(gòu)形式。主要工作如下:(1)基于彈塑性力學理論及非線性有限元軟件LS-DYNA,研究了船—冰碰撞的材料模型。以典型成品油船為例對船體結(jié)構(gòu)有限元仿真技術(shù)進行詳細闡述,包括船體結(jié)構(gòu)簡化、網(wǎng)格劃分、接觸定義等建模過程;建立了適用于有限元仿真的冰體材料參數(shù)。最后,參考前人的研究成果,驗證了本文所確定的冰體材料模型及仿真方法的可行性。(2)以一艘成品油船為例,應(yīng)用前處理軟件PATRAN建立了全船、冰體的有限元模型,通過非線性有限元軟件LS-DYNA,分別模擬未進行肩部加強船舶與冰體發(fā)生碰撞以及肩部采取橫向和縱向兩種不同加強方式的船舶與冰體碰撞。對比研究了不同碰撞方案下船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的異同,揭示了現(xiàn)有的冰區(qū)加強規(guī)范的可行性與橫向、縱向兩種加強方式的差異。(3)在按冰級規(guī)范進行冰區(qū)加強的基礎(chǔ)上,進一步研究了單一構(gòu)件強度的增加對整體結(jié)構(gòu)影響的規(guī)律性。選取經(jīng)橫骨架式加強后的油船為研究對象,在其他因素不變的前提下,對比分析了不同外板厚度、不同橫隔板厚度以及不同肋骨間距下船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的差異。揭示了碰撞區(qū)域的損傷變形、碰撞力、結(jié)構(gòu)吸能隨外板厚度、橫隔板厚度、肋骨間距的變化而變化的規(guī)律,獲得船舶肩部各主要構(gòu)件對于抵抗冰載荷作用的能力及貢獻。(4)將夾層板應(yīng)用于肩部結(jié)構(gòu),設(shè)計出I型、V型兩種新型抗沖擊結(jié)構(gòu)形式�；诜蔷�性有限元軟件LS-DYNA,對比分析了傳統(tǒng)加強結(jié)構(gòu)、I型夾層板結(jié)構(gòu)、V型夾層板結(jié)構(gòu)的船舶肩部與冰體碰撞的結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng),揭示了不同方案下船舶的損傷變形、碰撞力、能量吸收的規(guī)律和特性,提出了一種較優(yōu)的抗冰載荷沖擊結(jié)構(gòu)形式。
【關(guān)鍵詞】：船—冰碰撞 損傷變形 碰撞力 能量吸收 抗沖擊結(jié)構(gòu)
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U661.43
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第1章 緒論16-25
• 1.1 論文的研究背景和意義16-19
• 1.1.1 船—冰碰撞事故16-17
• 1.1.2 北極航道的開辟17-19
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進展19-23
• 1.2.1 海冰的物理性質(zhì)和力學特性研究19-21
• 1.2.2 船舶與海冰的碰撞研究21-22
• 1.2.3 冰載荷作用下的抗沖擊設(shè)計研究22-23
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點23-25
• 1.3.1 本文的主要研究內(nèi)容23-24
• 1.3.2 本文的創(chuàng)新點24-25
• 第2章 船—冰碰撞數(shù)值仿真技術(shù)研究25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 有限元基本原理25-29
• 2.2.1 有限元軟件簡介25-26
• 2.2.2 顯式有限元分析方法26-27
• 2.2.3 顯式與隱式求解方法27-28
• 2.2.4 有限元分析算法28-29
• 2.3 船舶的有限元模型處理技術(shù)29-32
• 2.3.1 船舶概況29-30
• 2.3.2 結(jié)構(gòu)簡化30-31
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分31
• 2.3.4 接觸定義31-32
• 2.4 基于LS-DYNA的船冰碰撞材料32-36
• 2.4.1 船體材料特性及失效準則32-33
• 2.4.2 冰體的材料模型與本構(gòu)關(guān)系33-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 基于規(guī)范的冰區(qū)船舶肩部結(jié)構(gòu)形式設(shè)計研究37-56
• 3.1 引言37
• 3.2 船—冰碰撞性能評判指標37-38
• 3.3 船舶與冰體碰撞方案設(shè)計38-40
• 3.3.1 冰體的形狀38-39
• 3.3.2 碰撞方案39-40
• 3.3.3 船、冰質(zhì)量控制與附連水質(zhì)量40
• 3.4 未進行冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強碰撞響應(yīng)研究40-44
• 3.4.1 碰撞損傷變形41-42
• 3.4.2 碰撞力42-43
• 3.4.3 能量吸收43-44
• 3.5 冰級規(guī)范下肩部結(jié)構(gòu)加強設(shè)計44-49
• 3.5.1 冰級定義及劃分44
• 3.5.2 冰帶區(qū)域的劃分44-45
• 3.5.3 設(shè)計載荷的確定45
• 3.5.4 冰區(qū)加強外板的垂直范圍及板厚計算45-47
• 3.5.5 外板骨材加強垂直范圍的確定及剖面模數(shù)計算47-49
• 3.6 加強方式對船—冰碰撞的影響49-55
• 3.6.1 加強方式及碰撞方案49-50
• 3.6.2 碰撞損傷變形50-52
• 3.6.3 碰撞力52-53
• 3.6.4 能量吸收53-54
• 3.6.5 小結(jié)54-55
• 3.7 本章小結(jié)55-56
• 第4章 船舶結(jié)構(gòu)冰區(qū)加強方案研究56-73
• 4.1 引言56
• 4.2 外板厚度對船—冰碰撞的影響56-62
• 4.2.1 碰撞方案56-57
• 4.2.2 碰撞損傷變形57-59
• 4.2.3 碰撞力59-60
• 4.2.4 能量吸收60-62
• 4.3 橫隔板厚度對船—冰碰撞的影響62-66
• 4.3.1 碰撞方案62
• 4.3.2 碰撞損傷變形62-64
• 4.3.3 碰撞力64-65
• 4.3.4 能量吸收65-66
• 4.4 肋骨間距對船—冰碰撞的影響66-71
• 4.4.1 碰撞方案67
• 4.4.2 碰撞損傷變形67-69
• 4.4.3 碰撞力69-70
• 4.4.4 能量吸收70-71
• 4.5 不同加強方案之間的對比分析71-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第5章 冰撞載荷作用下新型夾芯抗沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計研究73-84
• 5.1 引言73
• 5.2 夾層板簡介73-76
• 5.2.1 金屬夾層板74-76
• 5.2.2 復(fù)合夾層板76
• 5.3 新型抗沖擊結(jié)構(gòu)有限元模型76-78
• 5.4 碰撞方案78-79
• 5.5 計算結(jié)果及分析79-83
• 5.5.1.碰撞損傷變形79-80
• 5.5.2.碰撞力80-81
• 5.5.3.能量吸收81-83
• 5.6 本章小結(jié)83-84
• 第6章 總結(jié)與展望84-88
• 6.1 主要研究工作及結(jié)論84-86
• 6.1.1 本文主要的研究工作84-85
• 6.1.2 本文主要的研究結(jié)論85-86
• 6.2 進一步研究工作展望86-88
• 參考文獻88-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文92-93
• 致謝93

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 黃焱;田育豐;;鋼管樁防腐護甲的冰磨蝕試驗[J];天津大學學報;2013年04期

2 張宇明,李德祥;大型船舶冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強技術(shù)研究[J];造船技術(shù);2000年02期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周紅;沖擊載荷下SPS夾層板系統(tǒng)損傷特性研究[D];江蘇科技大學;2013年

  本文關(guān)鍵詞：冰撞載荷作用下船體結(jié)構(gòu)抗沖擊設(shè)計研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：456324