防船撞波纹夹层结构耐撞性研究

摘要

水上碰撞事故往往会导致严重的财产损失和人员伤亡，因此新型防护结构的耐撞性研究一直是个热门课题。相对传统加筋板结构，波纹夹层结构具有很好的比强度、比刚度、抗冲击性和优越的可加工性，是一种理想的新型防护结构，而在夹层结构中填充泡沫可以进一步增加结构的耐撞性能。因此，本文以未填充/PVC泡沫填充三角形波纹夹层结构为研究对象，通过落锤冲击实验和非线性数值仿真对结构耐撞性进行研究，并基于波纹夹层结构设计桥墩防撞套箱，与典型的加筋板防撞套箱进行比较。 首先开展了落锤冲击实验，获得并未填充/PVC泡沫填充三角形波纹夹层结构的损伤变形模式与撞击力时序曲线。实验发现波纹夹层结构损伤变形模式主要以局部塑形大变形、褶皱变形和局部剪切失效为主，填充泡沫会使撞击力所增加，但是可以显著地减少结构的变形与损坏。 其次基于ANSYS/LS-DYNA对未填充/填充三角形波纹夹层结构在局部低速冲击载荷作用下的动态响应进行研究，并根据实验结果对仿真计算可靠性进行了验证，然后对夹层结构在撞击过程中的撞击力、变形过程和能力吸收进行了分析。研究发现在局部低速冲击载荷作用下，波纹夹层结构的变形过程可划分为：弹性变形阶段、塑性损伤阶段、压缩强化阶段和卸载回弹阶段四个阶段，波纹夹层结构主要上层面板为主要吸能构件，PVC填充泡沫可以改善结构的应力集中现象，协调面板与夹芯的变形，减缓面板的损伤，并增加结构的总吸能。在此基础上，还讨论了波纹核形状、界面连接和填充方式对结构损伤变形、撞击力和吸能效果的影响。 最后，基于波纹夹层结构设计桥墩防撞套箱，建立整船-桥墩-防撞套箱碰撞系统模型，计算结果表明防撞套箱可以削减约一半的撞击力，而相对加筋板防撞套箱，波纹夹层结构套箱的变形程度和吸能效果均优于传统加筋板结构，但泡沫填充物对钢质套箱的变形与吸能影响不是非常明显。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 显式有限元技术理论和耐撞性定义

2.1 前言

2.2 显式有限元技术理论

2.3 结构耐撞性问题定义

2.4 本章小结

第3章 波纹夹层结构耐撞性实验研究

3.1 引言

3.2 实验装置与数据采集系统

3.3 实验试件设计

3.4 实验结果与分析

3.5 本章小结

第4章 波纹夹层结构耐撞性数值仿真研究

4.1 引言

4.2 有限元模型

4.3 数值结果与分析

4.4 波纹夹层结构耐撞性影响因素分析

4.5 本章小结

第5章 波纹夹层结构在桥墩防护的应用研究

5.1 引言

5.2 船桥碰撞相关经典理论

5.3 波纹夹层式防撞套箱的选型与设计

5.4 数值模型的建立

5.5 计算结果分析

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读研究生学位期间公开发表的论文和参加的科研项目