船舶舷侧新型耐撞结构研究

摘要

随着海上交通日益繁忙，海洋平台数量不断增多，海上船舶与船舶、船舶与平台碰撞事故频发，造成大量人员和财产损失，并引发环境污染，特别是油船和化学品船在事故中的液货泄漏，往往酿成灾难性后果。因此，研究如何提高船舶结构的耐撞性能具有安全上、环境上、经济上的重要意义。
　　本文先对聚氨酯材料进行了力学拉压性能实验并对钢板和钢-聚氨酯层合板进行了冲击实物实验；再从结构刚度角度出发，设计波纹纵绗型双壳舷侧结构、SPS外板双壳舷侧结构和SPS-波纹纵桁型双壳舷侧结构，并基于数值有限元仿真软件LS-DYNA对该新型船舶舷侧结构进行耐撞性研究，对传统舷侧结构、SPS外板舷侧结构、波纹纵绗型舷侧结构、SPS-波纹纵绗型舷侧结构进行碰撞仿真对比分析。
　　本文主要研究工作如下：
　　(1)对聚氨酯材料进行拉伸压缩实验，熟悉聚氨酯材料力学性能；在此基础上，以质量等效原则制作钢板和SPS复合夹层板实验试样，并对其进行铅球自由落体冲击实验，综合对比钢板和SPS复合夹层板的耐撞性能。
　　(2)以调整结构刚度分布为思路，本文设计波纹纵绗型舷侧结构，并进行有限元模拟分析。所设计结构用波纹型纵绗替代传统的平面纵绗，以此降低双壳船舶内外舷侧板之间结构沿垂直于舷侧板方向的刚度，以期能够增加外板变形范围、减小外板局部膜拉伸吸能在结构总吸能中比重。
　　(3)本文以质量等效为原则，对传统舷侧结构外板进行 SPS复合夹层板替换，并对舷侧三个特征碰撞位置进行碰撞仿真分析。船舶发生碰撞时，舷侧外板吸能占结构总吸能比重很大，因此需要增加结构外板刚度以提高舷侧外板吸能能力，进而提高船舶舷侧耐撞性能。
　　(4)文中以调整结构刚度分布为思路，在波纹纵绗型舷侧结构的基础上，将舷侧外板替换为具有相对更大刚度和更小质量的钢-聚氨酯复合夹层板，并对该新型结构和传统结构进行了碰撞数值仿真模拟分析。该设计其实使舷侧结构的刚度沿舷侧向外部转移。

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第1章 绪论

1. 1 研究背景与意义

1. 2 船舶碰撞研究内容及研究现状

1.3 SPS船舶舷侧耐撞结构研究

1. 4 本文主要工作及创新点

第2章 碰撞非线性有限元方法及理论

2. 1 非线性有限元分析方法

2. 2 夹层结构力学理论及大变形数值计算

2. 3 复合夹层板大变形数值计算

2.4 SPS钢-聚氨酯夹层板

第3章 SPS层合板结构力学性能实验

3. 1 聚氨酯材料拉伸压缩实验

3. 2 夹层板撞击试验

3. 3 本章小结

第4章 波纹型纵桁型舷侧耐撞结构研究

4.1 引言

4. 2 波纹型双壳舷侧耐撞结构耐撞性能分析

4. 3 本章小结

第5章 SPS-波纹纵桁型舷侧结构耐撞性能研究

5. 1 引言

5.2 SPS舷侧结构与传统舷侧结构耐撞性能对比

5.3 SPS-波纹纵桁型舷侧结构耐撞性能

5. 4 本章小结

第6章 结论及展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文或专利

致谢