本文關(guān)鍵詞：基于接觸和耦合非線性的船橋碰撞動力響應(yīng)研究

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【摘要】：由于公路鐵路交通網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,跨越繁忙航道的橋梁數(shù)量不斷增多,船橋碰撞問題正受到越來越多的關(guān)注。船橋碰撞屬于典型的沖擊動力學(xué)問題,對船橋系統(tǒng)的動力響應(yīng)進(jìn)行分析有著重要的研究意義。對船橋組成的多柔體系統(tǒng),以往的研究局限于彈性范圍,船橋接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼以及橋梁基礎(chǔ)與附連水體的動力耦合非線性作用均未能予以考慮。因此,對船橋碰撞的多柔體系統(tǒng)模型進(jìn)行完善,并對其動力響應(yīng)進(jìn)行研究是很有意義的。本文基于接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和樁水耦合非線性——動水壓力作用,對船橋多柔體系統(tǒng)模型進(jìn)行了改進(jìn),建立非線性Lagrange方程組,引入自適應(yīng)Runge-Kutta法對該方程組進(jìn)行數(shù)值求解,并對考慮與未考慮接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和動水壓力作用的船橋多柔體系統(tǒng)的動力響應(yīng)進(jìn)行了研究。首先針對考慮接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和樁水耦合非線性后的船橋碰撞的非保守系統(tǒng),對含非保守力的船橋多柔體系統(tǒng)的Lagrange方程進(jìn)行了推導(dǎo),建立非線性Lagrange方程組,并采用自適應(yīng)Runge-Kutta法作為該方程組的數(shù)值解法。其次在船橋接觸問題的研究中引入了由Zhang和Pedersen提出的船艏非線性變形模型,得到非線性撞擊力的表達(dá)式并將其代入Lagrange方程組中進(jìn)行數(shù)值求解。將考慮與未考慮接觸非線性的動力響應(yīng)計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)考慮非線性后墩頂位移的峰值明顯小于線性解;并將計算得到撞擊力峰值與主要規(guī)范比較,發(fā)現(xiàn)非線性解相比線性解更加準(zhǔn)確,證明了接觸非線性不可忽略。再次將瑞利阻尼引入到船橋多柔體系統(tǒng)中作為橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼模型,得到阻尼力的表達(dá)式代入Lagrange方程組中進(jìn)行數(shù)值求解。將考慮與未考慮阻尼的動力響應(yīng)計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)阻尼對墩頂位移時程影響明顯,但對撞擊力值影響不大。此外,就主要參數(shù)對考慮接觸非線性及結(jié)構(gòu)阻尼的動力響應(yīng)的影響進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)動力響應(yīng)將隨著船舶質(zhì)量、撞擊速度的增大而增大。最后本文采用Morison方程作為動水壓力作用計算方法,將考慮動水壓力作用與不考慮動水壓力作用的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)考慮動水壓力后橋梁的動力特性將發(fā)生改變,且動力響應(yīng)的增大較明顯。此外,將考慮與不考慮動水阻尼項的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)動水阻尼項對計算結(jié)果影響不大,簡化計算時可忽略。本文得出的結(jié)論表明,接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和樁水耦合非線性對船橋碰撞動力響應(yīng)的影響明顯,在相關(guān)研究中需要考慮這些因素。
【關(guān)鍵詞】：船橋碰撞 接觸非線性 耦合非線性 阻尼 多柔體系統(tǒng) 動力響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U447;U676.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 字母注釋表12-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 船橋碰撞理論16-18
• 1.2.2 試驗研究18-19
• 1.2.3 有限元數(shù)值仿真方法19-20
• 1.2.4 船橋碰撞計算方法20-24
• 1.3 存在的問題24-25
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容和工作25-26
• 第二章 船橋多柔體系統(tǒng)模型的建立26-35
• 2.1 多柔體系統(tǒng)碰撞動力學(xué)的建模方法26-28
• 2.1.1 沖量-動量法26-27
• 2.1.2 連續(xù)接觸力法27
• 2.1.3 接觸約束法27-28
• 2.2 船橋多柔體系統(tǒng)碰撞的耦合特性28
• 2.3 船橋多柔體系統(tǒng)模型28-33
• 2.3.1 船橋多柔體模型概述28-29
• 2.3.2 考慮保守力的Lagrange方程的建立29-32
• 2.3.3 考慮保守力的Lagrange方程的求解32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 考慮接觸非線性及阻尼的動力響應(yīng)研究35-49
• 3.1 船橋接觸非線性35-37
• 3.2 橋梁結(jié)構(gòu)阻尼37-39
• 3.2.1 阻尼的表達(dá)方法37
• 3.2.2 瑞利阻尼模型37-39
• 3.3 接觸非線性與阻尼作用下的橋梁動力響應(yīng)分析39-44
• 3.4 參數(shù)對橋梁動力響應(yīng)的影響44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第四章 考慮樁水耦合非線性的動力響應(yīng)研究49-58
• 4.1 動水壓力對橋梁動力反應(yīng)影響的研究現(xiàn)狀49
• 4.2 流固耦合基本理論49-50
• 4.3 考慮動水壓力的橋梁動力響應(yīng)的分析方法50-52
• 4.3.1 動水壓力的計算方法50-51
• 4.3.2 考慮動水壓力的船橋Lagrange方程51-52
• 4.4 動水壓力作用下橋梁的動力響應(yīng)分析52-55
• 4.5 動水阻尼項對橋梁動力響應(yīng)的影響55-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 研究結(jié)論58-59
• 5.2 研究展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明64-65
• 致謝65-66

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘旦光;靳國豪;高莉莉;;大跨斜拉橋Rayleigh阻尼系數(shù)約束優(yōu)化解[J];振動與沖擊;2014年16期

2 董楸煌;陳力;;捕獲載荷沖擊漂浮基柔性空間機(jī)械臂動力學(xué)響應(yīng)評估與自適應(yīng)鎮(zhèn)定控制及主動抑制[J];振動與沖擊;2014年14期

3 段sコ，

本文編號：824446