隨著航運業(yè)的發(fā)展,船-船、船-橋碰撞事故的風(fēng)險也顯著增加,有必要研究吸能效果好的耐撞性結(jié)構(gòu),來減少碰撞事故的危害。已有研究結(jié)果表明,Y型夾層結(jié)構(gòu)具有良好的耐撞性指標(biāo)和抗沖擊性能。為了把Y型夾層板應(yīng)用于船-船、船-橋防撞吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計,有必要對該結(jié)構(gòu)在橫向沖擊下的吸能效果和損傷機(jī)理進(jìn)行研究。本文設(shè)計了一種適用于大尺寸夾層結(jié)構(gòu)試樣橫向沖擊的180度擺錘試驗裝置,采用數(shù)值模擬對不同試驗方案進(jìn)行研究。結(jié)果表明該擺錘裝置可以模擬船舶撞擊碰撞情況,同時避免二次撞擊。試驗試樣使用單跨Y型加強筋,在試驗前使用三維掃描技術(shù)獲取了Y型夾層結(jié)構(gòu)的初始變形,并進(jìn)行了統(tǒng)計和回歸分析,研究Y型夾層結(jié)構(gòu)的加工初始缺陷。采用所設(shè)計的180度擺錘試驗裝置,對Y型夾層防撞結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了試驗研究,分析不同撞頭形狀和撞擊位置對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響,并與理論分析進(jìn)行對比。采用高速攝像機(jī)和布置在撞頭后部的加速度傳感器獲得試驗中的速度歷程和加速度歷程,并轉(zhuǎn)化為出沖擊力-位移關(guān)系,并應(yīng)用三維掃描技術(shù)獲得撞擊后夾層板的變形。采用試驗結(jié)果對數(shù)值仿真分析進(jìn)行驗證,說明有限元模型的合理性。結(jié)果表明當(dāng)撞擊點在板筋交叉點時,結(jié)構(gòu)響應(yīng)主要取決于整體橫向剛度。在此基礎(chǔ)上,采用數(shù)值方法研究撞頭尺寸、撞頭形狀、沖擊速度、加強筋的尺寸對Y型夾層吸能結(jié)構(gòu)的沖擊響進(jìn)行研究,獲得的結(jié)論對該結(jié)構(gòu)船-船、船-橋防護(hù)吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有很好的參考價值。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U443.26
【部分圖文】：

1.1 課題背景與意義隨著航運業(yè)和海運運力的提升，船舶碰撞事故的風(fēng)險也顯著提升。當(dāng)碰撞發(fā)生在船舶之間時，對于船體結(jié)構(gòu)會造成嚴(yán)重的損傷，進(jìn)而造成生命財產(chǎn)損失。2017 年6 月美國海軍“菲茨杰拉德”號驅(qū)逐艦與“水晶”號集裝箱船的碰撞事故中，在集裝箱船的船首水面線以上部分對這艘“阿利伯克”級驅(qū)逐艦上層建筑造成嚴(yán)重破壞的同時，集裝箱船的球鼻艏對被撞船的水線以下的船體也造成了破壞，進(jìn)而導(dǎo)致被撞船水下以下大量設(shè)備浸水，全艦喪失主動力，僅能依靠輔機(jī)以 3 節(jié)航速移動，事故后的維修成本也相當(dāng)高昂。被撞船舶舷側(cè)受到撞擊船首船舶的正撞的情況通常被認(rèn)為是船舶碰撞中相對危險的狀態(tài)，由于船首部分構(gòu)件相對密集，在碰撞時撞擊船船首部分相對于被撞擊船舶的舷側(cè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更大的剛性，被撞船舶的舷側(cè)結(jié)構(gòu)會吸收相當(dāng)多的能量，撞擊深度和結(jié)構(gòu)破壞可能會相當(dāng)顯著。另外，由于球鼻艏出色的減阻效果，這類結(jié)構(gòu)在船舶上得到了廣泛運用，也使得船舶碰撞對被撞船舶水下結(jié)構(gòu)造成損傷的可能性大幅增加，相比與水線上船體部分和上層建筑的結(jié)構(gòu)破壞船體水線下部分的損傷可能造成更嚴(yán)重的后果，甚至導(dǎo)致被撞船舶的沉沒。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文I 耐撞結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，使用圓管結(jié)構(gòu)改善耐撞性，提出了提高 VLCC 舷側(cè)耐撞 CCT 耐撞結(jié)構(gòu)，在雙層舷側(cè)結(jié)構(gòu)中布置縱向圓管的同時，在邊油艙內(nèi)部增加圓管和工字鋼組合成的變截面橫向支撐，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計被認(rèn)為能以結(jié)構(gòu)重量小加為代價提高結(jié)構(gòu)的耐撞力和碰撞吸能。2001 年，Ludolphy[16]提出了一種應(yīng)用于雙層舷側(cè)結(jié)構(gòu)中的 Y 型加強筋，其如圖 1- 2 所示，這種舷側(cè)結(jié)構(gòu)被認(rèn)為有著優(yōu)于傳統(tǒng)雙層舷側(cè)結(jié)構(gòu)的耐撞性，在內(nèi)河船舶上得到了應(yīng)用。

2.1 沖擊試驗相關(guān)研究靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的試驗忽略了材料動態(tài)率應(yīng)變效應(yīng)，而材料應(yīng)變率對結(jié)果影響很大，有必要開展的動態(tài)碰撞試驗研究。針對船體構(gòu)件和部分結(jié)構(gòu)沖擊試驗研究所用的設(shè)備可以大致分為兩類，一類是直接使用現(xiàn)有的通用沖擊試驗機(jī)，另一類則是根據(jù)試驗要求設(shè)計制作的專用試驗機(jī)構(gòu)。目前市場上的沖擊試驗機(jī)功能已經(jīng)比較完善能夠使用計算機(jī)進(jìn)行精確控制和數(shù)據(jù)采集，能夠施加不同形式的沖擊載荷，部分設(shè)備還能夠?qū)崿F(xiàn)防二次撞擊的功能。但是現(xiàn)有的通用沖擊試驗設(shè)備的設(shè)計用途用主要是材料性能試驗，可用的試樣尺寸通常較小，在合理的操作下能夠兼顧小尺寸構(gòu)件的沖擊實驗研究，但無法適用于較大尺寸試樣的沖擊試驗。對于較大尺寸的試樣通常需要設(shè)計對應(yīng)的試驗機(jī)構(gòu)�，F(xiàn)有的沖擊試驗研究中，使用通用試驗機(jī)和專用試驗機(jī)構(gòu)的情況均存在。Liu[3等人使用一臺如圖 2- 1（a）所示的 IFW 5 落錘試驗機(jī)研究了薄鋁板在不同形狀撞頭作用下的失效情況。Sang-Rai[8]等人設(shè)計進(jìn)行的加筋板橫向沖擊試驗中部分試驗工況使用了圖 2- 1（b）所示的擺錘式試驗裝置。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2808963