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船舶在恶劣海况下航行时,由于剧烈的摇荡运动,波浪和船体之间会发生猛烈的砰击现象。砰击不仅会造成船体局部结构的损坏,严重时还会破坏船体总纵强度,造成人员和财产的损失。近年来,随着造船技术的革新和海洋油气资源开发的需要,各类船舶不断向高速化和大型化发展,使得砰击问题变得更加突出。因此,合理地开展船体结构砰击载荷预报和动态响应分析,已逐渐成为船体结构设计优化及新式抗砰击结构设计的重要基础和依据。本文以船舶行业预研基金支撑项目为依托,采用仿真计算和模型试验相结合的方法开展了船体结构砰击载荷预报和动态响应研究,分析了不同参数对砰击载荷和结构动态响应的影响规律,讨论了刚性和弹性结构对砰击载荷预报的影响,并以船艏外飘板架结构和船艏整体结构为研究对象,分析了其在典型砰击场景下的结构动态响应情况。主要研究内容如下:(1)归纳整理了结构入水砰击问题的经典理论计算方法,明确了各种方法的思路和适用范围,同时,详细介绍了任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法的基本原理,在此基础上,给出了解决结构入水砰击问题的数值仿真关键技术;(2)设计开展了二维和三维结构入水砰击试验,得到了不同测点处的砰击压力分布情况,比较分析了不同斜升角及不同入水速度对砰击压力的影响规律,深入讨论了三维效应的作用,全面评估了各结构的砰击特性,为相关仿真计算方法的验证和完善提供了依据;(3)采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对二维和三维结构入水砰击试验模型进行数值仿真计算,系统分析了不同斜升角和不同入水速度对砰击压力及垂向载荷的影响规律;通过与试验结果的比较,验证了仿真分析技术和载荷预报方法的可靠性;(4)以砰击试验和载荷预报为基础,建立二维弹性楔形体及三维弹性圆锥体有限元模型,分析二维和三维结构在砰击载荷作用下的动态响应,总结不同参数对结构动态响应的影响规律,并讨论了水弹性效应对于砰击压力的影响,为后续船体结构动态响应的分析奠定了基础;(5)选取典型的船艏外飘砰击和底部砰击场景,确定了船艏外飘区域结构简化模型以及船艏结构模型进行入水砰击动态响应研究,讨论了砰击压力对结构响应的影响规律,对不同刚度下结构的砰击压力及应力响应情况进行了对比分析,得到了刚度变化对结构动态响应的影响规律,为船体结构的设计提供了参考。