ABAQUS 在船舶碰撞数值仿真研究中的应用.pdfVIP

ABAQUS 在船舶碰撞数值仿真研究中的应用 杨树涛, 焦磊，朱永凯 （哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001） 摘 要：利用 ABAQUS\EXPLICIT 对船舶碰撞动力学过程进行了数值仿真再现。对传统舷侧结构在球鼻艏碰撞载荷作用下的损伤变形进行了分 析，针对其在耐撞性方面的不足，本文设计了三种新型船舶抗冲击舷侧结构，并将其在冲击载荷下动态响应进行了对比分析，得到了耐撞性 能较好的舷侧纵桁形式，同时验证了 ABAQUS在船舶碰撞领域研究的可行性和有效性。 关键词：船舶碰撞；数值仿真；损伤变形 1 引 言1 近年来，大型油轮的碰撞安全性问题越来越受到社会各界的重视。为满足新的船舶建造规范和相应海事法规，新造油轮 以双底双壳为基本结构形式。提高船舶结构的防撞能力对于防止石油泄漏、保护海洋环境具有十分重要的意义，它是船舶碰 撞问题研究的主要目的之一。诸多船舶碰撞事故导致的灾难性后果说明，目前船舶结构的碰撞安全性仍然有待于提高。 研究船舶碰撞问题的主要目的之一是进行新式耐撞结构设计，通过船舶结构的改进或重新布置，使碰撞中的吸能机制发 生一定的变化，从而起到保护重要船舶结构件的作用。本文基于大型动力有限元计算软件 ABAQUS 对船舶碰撞动力学过程 进行了数值仿真研究，并提出了三种新型船舶舷侧结构形式，通过数值仿真计算对其耐撞性能进行了对比分析，并从中得到 了一种较好的船舶抗冲击舷侧结构。 2 有限元模型 由于船舶碰撞问题具有明显的局部性特征，一般变形损伤多局限于碰撞接触区域。因此，本文仅对撞击船船首结构与被 撞船舷侧舱段结构进行详细建模，在满足工程应用精度的前提下大大提高了计算效率。本文中撞击船原型船为 11.8 万吨散货 船，被撞船为某 30 万吨级 VLCC ，撞击情景为球鼻艏以 10m/s 的速度垂直撞击舷侧结构，舷侧舱段结构边界条件为两端横舱 壁处刚性固定，中纵剖面处施加对称边界条件。 2.1 球鼻艏模型 为了使球鼻艏结构和整船具有同样的撞击动能，文中采用布置集中质量块的方法，使得球鼻艏结构与整船具有同样的重 量和惯性矩具体如图 1 所示。 (a) 主视图 (b) 侧视图 图 1 球鼻艏有限元模型 2.2 舷侧舱段模型 根据舷侧结构纵桁骨架形式的不同，文中共建立了 4 个舷侧舱段模型，分别为传统舷侧结构、半圆形纵桁舷侧结构、帽 形纵桁舷侧结构和菱形纵桁舷侧结构，具体如图 2 所示。 作者简介: 杨树涛 (1984-), 男，硕士，船舶与海洋结构物设计制造. Email:shutaoyang2008@ 1 (a) 传统纵桁 (b) 半圆管纵桁 (c) 帽型纵桁 （d ）菱形纵桁 图2 舷侧舱段有限元模型 3 仿真计算结果分析 3.1 碰撞损伤变形 限于篇幅，仅对传统舷侧损伤变形进行分析。球鼻艏及舷侧舱段某时刻变形如图 3、4 所示，从中可以看出，由于球鼻 艏结构纵向相对刚度明显大于舷侧舱段，变形损伤主要集中在舷侧舱段结构上，且变形区域主要集中与碰撞接触及周边区域， 具有明显的局部性特征。 图3 整体模型变形 图4 舷侧舱段变形云图 3.2 应力应变分析 图 5、