舰船碰撞过程中防护结构的能量耗散机理及衡准研究

Ship-ship collision may result in very unfavorable consequences, such as economic loss, environment pollution and fatalities, and it is a ‘non-military’ approaching to resolve the ocean dispute between different countries for safeguarding the marine rights and interests. In order to reduce such kind of disaster and improve the characteristics of crashworthiness of ship structures, it is very important to launch the research on the energy dissipation mechanism and failure criterion. There is the low efficient and accuracy of crashworthiness assessment of ship structures and lack of enough theory and experimental investigate of energy dissipation mechanism on anti-collision structures. The object of this study is hat-like stiffener structures and combined structures. Theoretical analysis, experimental studies and numerical simulation are cooperated in this project. The energy dissipation mechanism and failure criterion of anti-collision structure under colliding load. The mathematical model of material failure criterion in collision simulation will be built. The dummy node element will be developed. The insensitivity of element size will be investigated. The crashworthiness assessment of ship structure will be conducted. It will also provide a theoretical basis and reliable calculating method for collision protection design for ship structures. In a word, this project is of great significance to the theoretical research and promises a wide application in engineering.

船舶碰撞是造成重大海损、海难事故的主要原因之一，同时也是各国维护海洋权益，解决海域争端的“非军事手段”。为减少碰撞造成的危害，提高船舶的抗碰撞性能，开展船舶碰撞防护结构能量耗散机理及其失效衡准的研究就极为显得重要。针对目前船舶碰撞过程中船舶耐撞性能预报精准程度不足以及及碰撞防护结构的能量耗散机理仍然缺乏足够的理论和实验支撑。本项目以舰船碰撞防护结构-帽型加筋结构及其组合结构形式为研究对象，拟通过理论、仿真和实验三者相结合的方法，系统开展防护结构在碰撞载荷作用下的能量耗散机理及衡准的研究，建立碰撞仿真模拟中材料失效准则的数学模型，开发哑节点单元，进行网格敏感性分析，实现耐撞性能的精准预报。通过本项目的研究可为舰船碰撞防护设计提供理论依据和可靠的计算方法。本项目研究成果不仅在理论研究方面具有重要意义，在工程上亦具有十分广阔的应用前景!

船舶碰撞是造成重大海损、海难事故的主要原因之一，同时也是各国维护海洋权益，解决海域争端的“非军事手段”。为减少碰撞造成的危害，提高船舶的抗碰撞性能，开展船舶碰撞防护结构能量耗散机理及其失效衡准的研究就极为显得重要。通过理论、仿真和实验三者相结合的研究方法，系统开展耐撞性能优良的防护结构及其在碰撞载荷作用下的能量耗散机理及衡准的研究。对典型船舶结构在不同撞头撞击作用下的力学响应机理、能量吸收特性进行了试验和有限元数值模拟研究，揭示其变形吸能的力学机理，并建立了用于评估力响应及能量吸收的简化解析方法。对数值模拟中的网格尺寸对失效衡准的影响进行了分析研究，提出了适用于船舶碰撞数值模拟中材料失效衡准。针对新型复合材料波纹夹层结构，对其几何构型进行了系列优化/优选计算，设计并制备了复合材料波纹夹层结构试样，对其在不同冲击能量、不同冲头形式作用下的冲击特性进行了试验研究及数值模拟研究。对海洋工程平台的典型管状构件在冲头冲击作用下的力响应及能量吸收特性，开展了试验研究及有限元数值模拟研究。对含初始缺陷的圆板结构在常温/低温下的抗反复冲击特性进行了研究，提出了含初始裂纹板在反复冲击下力响应特性计算的简化解析方法。本课题的系列研究成果，实现了船舶结构耐撞性分析的精准预报，并初步建立新型防护结构的分析方法、设计理论、制备方法等，为舰船碰撞结构防护设计提供了理论依据与技术指导。