本文關(guān)鍵詞：開敞式碼頭在船舶撞擊下的動力響應(yīng)分析

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【摘要】：開敞式碼頭的結(jié)構(gòu)一般無防波堤或者無天然屏障掩護。當(dāng)前建設(shè)港口有一種向深水發(fā)展的趨勢。近年來,海運技術(shù)和各大航道條件的提高和改善,船舶載貨量不斷增加,船舶由中小型往大型化發(fā)展的趨勢越來越明顯。因為大型化船舶在運輸過程中抵抗外界風(fēng)浪的能力很強,帶來的經(jīng)濟效益相比小型船舶較高。在大型船舶�？看a頭卸貨的過程中,對泊穩(wěn)條件的要求比較低,但是因為裝載的貨物比較多,因此需要相關(guān)的專業(yè)化的裝卸設(shè)備,這就給在深水中建設(shè)開敞式碼頭創(chuàng)造了有利的條件。船舶在波浪作用下對碼頭的撞擊力往往是碼頭的主要水平載荷,因此研究開敞式碼頭結(jié)構(gòu)在船舶撞擊下的動力響應(yīng)具有非常重要的工程意義。本文選擇某10萬噸級油船和江蘇洋口港開敞式碼頭為研究對象,采用數(shù)值仿真的方法,運用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件研究開敞式碼頭結(jié)構(gòu)在某10萬噸級油船撞擊下的動力響應(yīng)。本文首先介紹了結(jié)構(gòu)流固耦合分析的基本理論,包括流體運動的描述、流體運動的基本方程、流固耦合問題的分類以及流固耦合方程的建立。接著介紹了結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的相關(guān)理論,最后介紹了結(jié)構(gòu)碰撞數(shù)值解法的基本理論,包括船舶運動的簡化運動方程、船舶與碼頭碰撞理論方法和附加質(zhì)量法理論。接著運用ANSYS軟件建立開敞式碼頭結(jié)構(gòu)和水體的有限元模型,基于流-固耦合條件下對開敞式碼頭進行模態(tài)分析。分析結(jié)果得出,此開敞式碼頭模型結(jié)構(gòu)的前十階模態(tài)分布當(dāng)中,共有三個區(qū)間的固有頻率是趨于穩(wěn)定的,碼頭模型結(jié)構(gòu)的固有頻率的數(shù)值隨著模態(tài)階數(shù)的增加而不斷增大。同時對開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的動力特性進行分析和討論,針對碼頭在無水工況、低水位工況以及高水位工況下的固有頻率進行了對比分析,碼頭結(jié)構(gòu)的固有頻率在有水工況下的數(shù)值比在無水工況下的數(shù)值較小,在高水位工況下的數(shù)值比在低水位工況下的數(shù)值小。這是因為在模態(tài)分析中,水體對碼頭模型結(jié)構(gòu)固有特性的影響作用表現(xiàn)在水體以附加質(zhì)量和阻尼的形式作用在結(jié)構(gòu)上,從而導(dǎo)致碼頭模型結(jié)構(gòu)的固有頻率降低。為后期開敞式碼頭結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和未來開敞式碼頭結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計提供理論的參考依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,運用ANSYS軟件模擬10萬噸油船分別以不同的速度與開敞式碼頭結(jié)構(gòu)進行相互碰撞分析。在船舶與開敞式碼頭結(jié)構(gòu)碰撞碰撞過程中,船舶的動能會轉(zhuǎn)化為船舶自身的內(nèi)能(變形能)及剩余的動能、開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的內(nèi)能(變形能)及動能、沙漏能以及滑移能,在整個碰撞過程中系統(tǒng)能量是守恒的。根據(jù)得到的一系列數(shù)據(jù),研究撞擊過程中開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的位移時程變化以及對不同規(guī)范下的最大撞擊力進行對比分析。最后,根據(jù)開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力云圖,分析碼頭結(jié)構(gòu)的在不同時刻的等效應(yīng)力分布情況。在船舶與開敞式碼頭碰撞過程中,船舶與碼頭混凝土結(jié)構(gòu)接觸面區(qū)域、樁基與碼頭上部結(jié)構(gòu)連接處區(qū)域以及中間工作平臺和兩側(cè)靠船墩連接區(qū)域都會產(chǎn)生很高的應(yīng)力,接著對高應(yīng)力區(qū)提出相應(yīng)的改善和加固措施。
【關(guān)鍵詞】：開敞式碼頭 流-固耦合 模態(tài)分析 固有頻率 動力響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U656.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 選題背景及研究意義14
• 1.2 國內(nèi)外船舶與碼頭碰撞事故介紹14-16
• 1.2.1 國外船舶與碼頭碰撞事故15
• 1.2.2 國內(nèi)船舶與碼頭碰撞事故15-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與方法16-19
• 1.3.1 船舶碰撞理論與方法研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 船舶與碼頭碰撞研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.3 碼頭模態(tài)分析研究現(xiàn)狀19
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及方法19-20
• 1.5 本文主要創(chuàng)新點20-21
• 第2章 碼頭結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析的基本理論21-33
• 2.1 結(jié)構(gòu)流固耦合分析的基本理論21-25
• 2.1.1 流體運動的描述21-22
• 2.1.2 流體運動的基本方程22-24
• 2.1.3 固體控制方程24
• 2.1.4 流固耦合方程24-25
• 2.2 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的基本理論25-26
• 2.3 結(jié)構(gòu)碰撞數(shù)值解法的基本理論26-31
• 2.3.1 船舶運動的簡化運動方程26-27
• 2.3.2 船舶與碼頭碰撞理論方法27-29
• 2.3.3 附加質(zhì)量法理論29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第3章 開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析33-49
• 3.1 有限元方法的運用33-35
• 3.1.1 有限元軟件ANSYS簡介33-34
• 3.1.2 ANSYS軟件的模態(tài)分析介紹34-35
• 3.2 模態(tài)分析模型及計算35-41
• 3.2.1 開敞式碼頭的分析模型35-37
• 3.2.2 模型材料的選取37-38
• 3.2.3 模型單元的選取38-39
• 3.2.4 碼頭模型邊界條件的確定39-41
• 3.3 計算結(jié)果研究分析41-48
• 3.3.1 碼頭結(jié)構(gòu)固有頻率的分析41-43
• 3.3.2 碼頭結(jié)構(gòu)振型分析43-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 開敞式碼頭在船舶撞擊下的動力響應(yīng)分析49-79
• 4.1 前言49
• 4.2 碰撞分析軟件介紹49-52
• 4.2.1 簡介49-50
• 4.2.2 ANSYS/LS-DYNA的幾個注意事項50-52
• 4.3 LS-DYNA軟件在碰撞分析中的應(yīng)用52-56
• 4.3.1 接觸類型介紹52-53
• 4.3.2 LS-DYNA接觸算法介紹53-54
• 4.3.3 顯示非線性有限元計算方法54-56
• 4.4 船舶-碼頭結(jié)構(gòu)碰撞分析計算仿真模型56-59
• 4.4.1 開敞式碼頭結(jié)構(gòu)模型56
• 4.4.2 船舶模型56-57
• 4.4.3 水體模型57
• 4.4.4 模型的邊界條件57
• 4.4.5 模型單元以及材料參數(shù)的選取57-59
• 4.5 開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的動力特性分析59-76
• 4.5.1 撞擊過程中系統(tǒng)的能量大小及分布60-62
• 4.5.2 撞擊過程中開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的位移大小及分布62-68
• 4.5.3 撞擊過程中撞擊力大小及分布68-74
• 4.5.4 撞擊過程中開敞式碼頭結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖分析74-76
• 4.6 本章小結(jié)76-79
• 第5章 總結(jié)與展望79-81
• 5.1 全文總結(jié)79-80
• 5.2 研究展望80-81
• 參考文獻81-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及學(xué)術(shù)成果85-87
• 致謝87

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊希宏;翁祖章;;對開敞式碼頭總體設(shè)計若干問題的探討[J];港工技術(shù)通訊;1981年03期

2 范寅初;;對開敞式碼頭總平面設(shè)計若干問題的探討[J];中國水運(下半月);2013年08期

3 徐利民;;外海開敞式碼頭穩(wěn)定計算的幾個問題[J];華南港工;1999年03期

4 徐利民;外海開敞式碼頭穩(wěn)定計算的幾個問題[J];水運工程;2001年08期

5 李冠華;;開敞式碼頭面高程的確定[J];港工技術(shù);2008年02期

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本文編號：569831