船撞桥墩作用的有限元数值仿真及碰撞特性研究

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1、国内图书分类号：U443.22密级：公开国际图书分类号：624.1西南交通大学研究生学位论文船撞桥墩作用的有限元数值仿真及碰撞特性研究年级二〇一五级姓名周刘茜申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师郑史雄教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U443.22U.D.C:624.1SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisFINITEELEMENTNUMERICALSIMULATIONSANDCHARACTERISTICRESEARCHO

2、FSHIP-BRIDGEPIERCOLLISIONGrade:CivilEngineering2015Candidate:LiuxiZhouAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:BridgeandTunnelengineeringSupervisor:Prof.ShixiongZhengMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着世界科技和经济的高速发展，我国交通和公共基础设施的日益完善，各类型桥梁不断建设，同时，在桥梁所在航道行驶的船舶

3、也在日益增多，这使得桥梁和船舶之间碰撞概率增高。船舶和桥梁碰撞不仅会使桥梁结构受到损伤，同时桥梁的使用寿命和安全性能、抗震性能都会受到极大影响，通常还会造成严重的财产损失和人员伤亡等重大后果。因此，研究船桥碰撞特性和桥墩防撞装置是当前重要研究方向。本文以某圆端形桥墩和某船舶为例，利用有限元软件ANSYS、LS-DYNA和LS-PREPOST进行建模、计算和结果处理，通过分析船舶撞击桥墩时的能量转换、撞击力、应力和位移等探究碰撞特性。同时研究了船舶撞击桥墩过程中的船舶航行速度和撞击角度这两个影响因素对

4、碰撞响应的影响。根据研究结果提出“橡胶护舷式防撞带”防撞装置，并对其防撞效果进行讨论。全文主要研究工作如下：(1)介绍了目前国内外关于船舶撞击桥梁的事故、研究现状和部分试验，说明了对船桥碰撞进行研究的意义。(2)归纳总结了船桥碰撞中Minorsky、Woisin等四大经典理论，并对其原理、假定和不足等进行简要对比。同时列举了五种碰撞计算方法及应用。(3)介绍了有限元计算软件LS-DYNA，并对本文中需要用到的混凝土材料本构关系、船舶和桥梁在碰撞过程中的接触类型、接触算法和摩擦问题，以及沙漏控制进行了

5、讨论分析。(4)通过有限元软件ANSYS和LS-DYNA对船舶撞击桥墩进行有限元仿真模拟，主要从能量交换、碰撞力、应力、位移等方面研究船舶撞击桥墩过程中船舶和桥墩的动态响应，归纳其碰撞特性，并研究了船舶撞击桥墩过程中的船舶航行速度和撞击角度这两个影响因素对碰撞的影响。(5)归纳总结了现有的桥墩防撞装置，对其优缺点进行说明，并提出了“橡胶护舷式防撞带”防撞装置，利用有限元软件对其进行数值仿真，评估该装置的防撞效果。关键词：船桥碰撞；撞击力；碰撞速度；碰撞角度；橡胶护舷式防撞带西南交通大学硕士研究生学位

6、论文第II页AbstractWiththerapiddevelopmentoftechnologyandeconomyintheworld,thetrafficandpublicinfrastructurearebecomingmoreandmoreperfectinChina,andthetypesofbridgesarecontinuouslybuilt.Atthesametime,therearemoreandmoreshipsinthechannel,whichmakesthecollisi

7、onprobabilitybetweenthebridgeandtheshipincrease.Theship-bridgecollisionwillnotonlycausedamagetothestructureofthebridge,butalsothelifeofthebridge,safetyandseismicperformance,andoftencauseseriouspropertyloss,casualtyandotherseriousconsequences.Therefore,

8、theresearchofship-bridgecollisioncharacteristicsandanti-collisiondeviceisoneoftheimportantresearchdirection.Takingaroundtipshapepierandbargeasanexample,thisthesisusesthefiniteelementsoftwareANSYS,LS-DYNAandLS-PREPOSTtomodeling,calculati