油船菱形耐撞结构研究.pdf

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1、第40卷第1期2011年02月船海T．程SHIP8．(X：卜=ANEN(；lNEliRlN(；V01．40No．1Fcb．20ll油船菱形耐撞结构研究秦洪德。纪肖。申静(哈尔滨工程大学船舶工程学院．深海工程技术研究中心，哈尔滨150001)摘要：借鉴菱形抗爆抗冲击舷侧结构形式．进行系列数值仿真实例计箅．对比分析菱形舷侧结构和传统形、Y形以及i明治夹层板舷侧结构的耐撞性．探讨菱形角度、高度和厚度对耐撞性的影响．仿真结果表明。菱形结构形式町以提高油船舷侧结构耐掩性，而lL最佳尺度组合使其耐撞性最优．在此基础I：得_}l{最佳菱形角度和

2、高度。关键词：油船；耐掩性；菱形舷侧结构；参数分析中图分类号：U661．4文献标志码：A文章编号：1671—7953(2011)01一oool_05目前国内外学者对双层舷侧结构的耐撞性有诸多研究ⅢJ，将文献[8]中提m的新型抗爆抗冲击的菱形结构形式应用于油船舷侧耐撞结构设计中，通过系列仿真计算．评价菱形舷侧结构在耐撞性方面的优良性能，提

3、}f{菱形角度和岛度的最佳尺度配合值．使耐撞性最优。1设计思想油船发生舷侧对中碰掩时．舷侧外壳是最主要的吸能构件，内壳、水平桁等构件也吸收一部分能堵。水平桁虽然不是主要的吸能构件，但冈连接着内壳和

4、外壳．其刚度会对载衙的传递产生重要影响。菱形舷侧结构刚度较小，在发生侧向碰撞时．会发生较大理性变形，延迟载简的传递，进而推迟内壳破裂时间并提高整个舷侧结构的吸能特性。以某油船双壳舷侧结构为研究对象，将传统的平板水平桁改为菱形水平桁结构形式．见图1。其中菱形高度(采用量纲一量表示)为h—LLfL。卜》￡卜图l菱形结构示意收稿日期：2010—ol-11修回日期：2010—03—16作者简介：秦洪德(1976一)．男．博t：．副教授。研究方向：环境载衙与结构响应E-mail=(1inhongdc@hotmail．com2碰撞场景由于吨位

5、相差不大的船舶发乍侧向对中碰撞时。被撞船的舷侧刚度远远小于撞击船球鼻艏的刚度，舷侧会吸收大部分能缱。容易导致破坏。因而建立油船与带球鼻艏的散货船发乍侧向对中碰撞的有限元模型。将撞击船的球鼻艏假定为圆形刚性体。直径为2．83m。假定撞头的质量为7ooot，撞击角度定为90。，为加快计算速度，假定撞击初速度为10m／s。四处不同的撞击位置分别为弱构件A、肋板B、水平桁和肋板相交处C以及水平桁D。见图2。水平桁／，、、、_一——z．．一7／⋯巧I．下[●、＼：‘一r-．一何——一图2不同撞击位置3耐撞性比较3．1参数分析3．1．1有限冗

6、模喇的建立考虑到船舶碰撞捌伤的局部特性以及仿真计算的效率

7、'n】题。采川简化的模型。假定油船舷侧某舱段部位受到一刚性球鼻艏的侧向对中掩击，取某舱窜的15个肋位(16．50×12．16×2)作为仿真计箅的油船舷侧结构模氆。其内外壳之间的距离1第1Ⅻ为2m，纵骨问距076m．肋板削距3_{。n、。选片{线性强化弹塑性材料．与虑麻变书敏感性的影响．由j一最小单兀R度为210⋯最大塑性失效碰变定义为0l矿，单元类型Bl。I．阴周边界条件定望为6rfm度剐性川定进择小H的菱形角度和高度组合．共25组攥刊其中口的取值为Ⅻr，l二、60。、花。

8、以厦‘"．^的般能为3+r)、4—9，l‰o9和∥9。建市传统的舷侧结构¨部模型和口为60。^为6+q时∞舷侧模型分别见阿3～}，围4羹M舷■镕自312汁箅结粜分析计算2j组菱形旺删结构和fe境舷删结梅在1种小lq撞-I-f#置下的耐撞性能．撞击参数和边界条件均棚同．计算跟踪到内壳板破裂为lr。南}一捕头直衽较小．当撞击点位于鹕构件御叻板时．菱形水平桁很难发挥优势，田而菱形舷侧结构和传统结构的啦能荠不多．然而J1i『者质量略人州I^Jm}撞性指怀与传统结构差水多或者略簋；而当撞击点位干水平桁咀盟叻短和水平桁柑交处时．美形脏侧结构的

9、吸能硅著增加．旧l^J导致耐撞性指标比传统的夫，表现fl：良好的面f撞性。另外．相同菱形角度日F采用不同的高度．对结构能量啦收和耐撞性指标肄有识大影响．对于确定的菱}

10、i{角度存在显住茬形高度值使耐掩性妊优。与啦啦能，耐掩性指标“及经济性凼索确定小同翩度r的最优高度前虻表1。$IT目菱Ⅳ自＆T的^优高《∞蔓Bm度口(差形高＆^综台LE较表1巾5种组台．确定最佳蔓形结构的尺度乃口30。^“9。计算此时木问厚度对薹彤脏侧结构耐撞性的影响。水平忏亍厚度分别选为9，11mm(原始厚度)和13mm。当撞击位置为^、(1和D时．随着水牛桁厚度

11、的增加，结构吸能增凡．{Ⅱ撞击位置为刚对，结构吸能反而减小。这是H为撞击位置为肋饭时．随着水平桁J旱度的增大增强nK平桁时肋板的约束．减小了肋板的变形范嗣．Ⅲ此不利f能量的吸收耐掩性指标也减小，撞击位艋为A时随厚度增加啦能略有增加．忸结掏质世增力“