计及材料动态非线性影响的船舶搁浅损伤机理研究

The accidents of ship grounding occur frequently, that have become a major threat to the marine environment and personnel safety. With the rapid development of finite element method and computer technology, the numerical simulation of ship grounding can be realized. But there are still some key technologies for obtaining the accurate, efficient and comprehensive dynamic response of ship grounding, which need to be break through. Therefore, the project will obtain the material constitutive of dynamic nonlinearity and build the structure-fluent-soil coupling model. In this project, the quasi-static and high-speed tensile tests will be carried out to obtain the material mechanical properties, then the material constitutive equation considering the effect of dynamic nonlinearity will be built by analytical calculation and benchmark simulation studies. And the accuracy of this method will be validated by falling weight impact experiments. On this basis, considering the structural-fluent-soil coupling, we will propose a kind of nonlinear response calculation method for ship grounding. And the structure damage mechanism during ship grounding will be studied. The research results will be useful to study and understand the structure damage mechanism during ship grounding, and provide guidance on dynamic nonlinearity material input for ship impact problem. Furthermore, it has the important significance for formulating and improving the rules for ship design.

船舶搁浅事故频繁发生，已成为威胁海洋环境和人员安全的主要海上事故。有限元算法及计算机技术的迅速发展，使得船舶搁浅问题的数值计算得以实现，但是准确、高效、全面的计算分析船舶搁浅等冲击问题的结构动态响应仍有许多关键技术需要突破。因此，本项目将深入研究船体材料的动态非线性表达及考虑结构-水域-土壤耦合的船舶软搁浅模型的建立。通过开展典型船用材料的动静态力学性能试验，获取材料的相关力学特性，利用解析方法及数值计算校准研究材料的动态非线性（硬化、动态失效应变、应变率敏感性）影响，建立材料动态非线性本构模型，并利用船体板架冲击试验予以验证。以此为基础，考虑结构-水域-土壤的耦合作用，提出一种船舶搁浅非线性响应计算方法，深入系统分析船舶搁浅下的损伤机理。该项目的研究成果有助于进一步阐明船舶搁浅事故中结构的损伤机理，为船舶冲击问题的材料非线性表达提供指导，对于相关船舶设计规范的制定完善具有重要参考价值。

船舶搁浅事故频繁发生，已成为威胁海洋环境和人员安全的主要海上事故。有限元算法及计算机技术的迅速发展，使得船舶搁浅问题的数值计算得以实现，但是准确、高效、全面的计算分析船舶搁浅等冲击问题的结构动态响应仍有许多关键技术需要突破。本文追踪国际上关于结构碰撞冲击问题的最新研究动向，从材料的静、动态力学性能出发，采用理论、仿真及试验相结合的方法开展了材料动态非线性研究，重点突破了材料硬化、应变率敏感性和失效应变表征问题，并设计开展了船体板架模型的落锤冲击试验，验证完善了仿真分析技术；开展了船舶硬/软搁浅损伤特性研究，建立了船体结构与土壤动态非线性耦合作用模型，得到了不同搁浅事故场景下结构的损失变形机理，讨论了各参数对船体结构损伤机理的影响规律，在一定程度了拓展了国内外在相关领域的研究工作；提出了基于真实搁浅场景的剩余极限强度评估方法，能够如实反映结构在搁浅事故后的损伤状态，准确评估损伤船舶的剩余极限强度。综上，本项目的研究为开展船舶碰撞/搁浅损伤机理分析及损伤船体剩余强度评估提供了扎实的理论基础、仿真技术和试验手段，同时对于其它海洋工程装备的碰撞/搁浅事故分析具有重要的参考意义。项目资助发表相关论文16篇，其中SCI检索7篇，EI检索7篇，待发表5篇。培养硕士生2名，其中1名已经取得硕士学位。