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振动与冲击 第29卷第9期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK 基于非线性数值模拟的工程船靠泊响应研究 蒋致禹，顾敏童，谢仲安，赵永生 (上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240) 摘 要：采用附加质量模型，对工程船的靠泊碰撞进行有限元数值模拟。研究了停泊船及橡胶护舷在靠泊船冲击 力下的响应。根据最大靠泊力、吸能比、靠泊极限速度及对船体的冲击响应等指标分析了方型、半圆型及混合型橡胶护舷 的表现，从船体结构安全性角度出发对护舷结构的型式选取提出建议。 关键词：工程船；靠泊；有限元数值模拟；橡胶护舷；冲击响应 中图分类号：U674．3 文献标识码：A 大型工程船舶在作业中存在相互靠泊碰撞的客观 构可视为刚性，最先和护舷发生接触，在一次碰撞中损 情况，一般都采用橡胶护舷以应对这种冲击。在靠泊 耗所有的初始动能。 船的运动挤压下，橡胶护舷发生变形，同时传递靠泊力 (3)不考虑船体和橡胶护舷之间的摩擦力。 给停泊船的舷侧结构。当靠泊船速过大时，还会引起 护舷的破坏或船体结构的损伤。针对此类问题的研 究，可以采用较为复杂的理论分析方法得到靠泊船在 时域上的运动响应并计算靠泊力和吸能¨’引，也可运用 简化方法来计算¨。o。 000 本文采用简化模型，以一艘2 m3开体泥驳和 4500 m3／h绞吸式挖泥船的靠泊过程为例，估算了靠泊 能量，结合非线性有限元软件LS—DYNA，分析比较了使 用三种不同型式橡胶护舷时靠泊系统的响应。 图1 靠泊碰撞的典型情形 SCenarioof Typical ship 在数值模拟靠泊过程时，考虑到靠泊船运动时要 Fig．1 berthing 带动周围流体一起运动，本文采用附加质量模型进行 表1 靠泊船和停泊船的主尺度 计算。相比流固耦合模型，该模型在求解过程中由于 Tab．1Dimensionsofthe andthestruck striking 不包含流体Euler单元而大大节省了机时，王自力等∞o andtheir conditions ships working 通过对比已经证明了该模型的可靠性和高效性。 1靠泊碰撞的物理模型 1．1靠泊条件和基本假设 考察的典型情况如图l所示。泥驳横移速度为 K，挖泥船通过定位桩固定在水中。泥驳首先在第一 个碰撞点挤压橡胶护舷，由于碰撞点的偏心作用，此后 1．2附连水质量计算 将作横荡、横摇和首摇等运动pJ。随着两船相对位置 的变化，还将发生多次碰撞，直至靠泊过程结束。 附连水质量mt0．4A，其中△为靠泊船的排水量，文 本文研究的两条工程船的主要参数见表l。 献[6]也使用该系数获得了较为准确的结果。针对空 为了简化计算，作出如下假定： 载靠泊的情况，由于空载排水量与满载排水量相差很 (1)开体泥驳的速度％为法向，即图1中田方