非对称式小水线面双体船护舷结构碰撞研究

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在港口附近区域航行作业的工程船舶主要用于辅助大型船舶作业,经常与大型船舶进行并靠,在工程船舶与其旁靠固定或向其并靠的作业过程中,两船不可避免发生碰撞挤压,而在工程船舶闲置停泊时若遇恶劣天气也会有与系泊浮筒碰撞的可能。为加强小型船舶的抗撞击性能,一般采用护舷结构来应对外部冲击。在船舶碰撞过程中,发生大变形的护舷吸收大部分能量以起到保护船体免受损害的作用,因此护舷结构的耐撞性能与船舶及海上结构物的安全性息息相关。本文以一种非对称式小水线面双体船船型的新型非自航式驳船为研究对象,展开以下相关研究:使用CATIA软件对驳船、LNG船、油船以及系泊浮筒的结构建模,结合非线性有限元分析软件LS-DYNA进行仿真模拟,采用同步损伤法,研究了在多种典型场景下,LNG船、油船、浮筒与驳船在碰撞冲击作用下的结构受损情况,并根据碰撞后所得应力、应变、碰撞力、能量转化等参数对驳船船体结构的耐撞性以及危险区域进行综合评估。结果发现当驳船在与LNG船和油船两种典型大型船舶碰撞时,驳船主体舷侧为主要危险区域;当驳船与系泊浮筒碰撞时,驳船支柱舷侧为主要危险区域。针对驳船的碰撞危险区域添设护舷以加强其耐撞性能。根据驳船上不同的安装位置对护舷进行初步选型,然后以两种通用形式的护舷——50型充气橡胶护舷(橡胶靠球)和D型实心橡胶护舷为设计基础,对护舷的材料和结构进行优化。在驳船主体舷侧位置的护舷以50型橡胶靠球为基础进行优化设计,选用耐磨性更好、质量更轻且抗冲击性好的尼龙6复合材料作为充气护舷的材料;在驳船的支柱舷侧的护舷以D型实心橡胶护舷为基础进行优化设计,在其基本结构上添加加强构件,并选用质量轻,耐磨耐腐蚀且抗冲击性好的HDPE复合材料作为改良D型护舷的材料。对设置了护舷的驳船进行同场景的碰撞模拟,评估优化后护舷的抗撞击能力,证明所设计的护舷结构可以在一定船速范围下对驳船船体起到良好的保护作用。使用STAR-CCM+软件计算驳船的风、流载荷系数,再采用AQWA-Workbench软件估算驳船在与大船旁靠固定后装卸工况下护舷的受力,分析驳船旁靠作业时在护舷保护下的安全性,结果显示护舷在装卸工况下表现良好。本文的相关研究结果为类似新型船舶的护舷结构设计及优化提供参考。
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