海岸工程中港口关键部位在冲击载荷下的实验研究

我国海岸线很长，有许多重要的港口，有的港口还具备军事功能的要求。海岸工程中港口关键部位在日常的工作中经常会受到来自于船轮的冲击，或者可能受到军事攻击引起的冲击，给海岸工程中港口的关键部位带来极大的破坏，甚至港口无法正常工作，造成巨大的经济损失或造成军事安全问题，而在以前的科研工作中，对海岸工程中港口关键部位受冲击载荷的研究不多见。.为了检测已经建造好的港口所能承受的抗冲击能力，也为解决以后在港口建造完成后所出现的冲击问题，所以在工程中迫切需要研发一种在不进行实际的冲击载荷情况下，通过动光弹结合先进的数字相关和图像处理的技术来定量检测港口关键部位抗冲击程度的快速、高效、经济的实验方法。对港口关键部位的抗冲击检测技术的研究，保证设计寿命，对港运公司能否安全营运和创造利润具有很现实的意义，同时对港口在军事上受到冲击载荷作用下的安全保证评估具有重大意义。

海岸工程中港口关键部位在受到冲击后，导致无法正常工作，造成巨大的经济损失或军事安全问题。本研究通过动态光弹性法结合先进的数字图像处理的技术来定量检测港口关键部位抗冲击性。研究结果对港口关键部位的抗冲击性、设计寿命，港口安全营运具有重要意义，对港口在军事上受到冲击载荷作用下的安全保证评估也具有重大意义。本项目2010年1月开始实施，完成了申请书中的研究计划，为实际工程应用提供可靠依据。重要结论如下：.（1）通过对动光弹原理的研究，将传统的动态光弹性法和数字图像处理相结合，实现新型动光弹性法测试系统，建立了一种无损、快捷、准确测试分析应力波的新方法。.（2）从理论上研究动态光弹性法的测量原理，分析了光源、偏振片、1/4波片、高速成像系统、触发控制系统以及数字相关方法等因素影响，建立一套全场、高精度、操作简单的新型动光弹性法试验设备，实现了可选择记录冲击过程中的动光弹性法的等差线条纹，缩短了每幅等差线云图的时间间隔。.（3）通过系统分析研究，确定了港口关键部位和试验模型——整个港口的主要结构由直柱、斜柱、柱帽、横梁、纵梁等组成。主要承受这种冲击载荷的是港口最前端直柱、斜柱、柱帽和纵梁组成的结构。.（4）光弹性材料的探索——经过对新材料的探索，新材料制作的光弹性模型，采用常温固化，20-30小时可得到固化后的模型，加工方便，模型冲击试验重复性好。解决了以前光弹性模型制作的瓶颈。.（5）应用新材料新工艺制作港口关键部位的光弹性模型，在冲击载荷的作用下，进行非对称模型四个工况、四个对称模型两类工况、海浪冲击模型的试验分析和计算分析。根据应力光学定律进行数据结果处理，确定不同工况、不同截面上的测点分布，绘制最大剪应力-时间曲线，进行了结果分析，重点分析了关键测点的动应力集中情况。同时也对光弹性模型材料物理参数进行了测试，得出了材料的动态弹性模量、泊松比、密度以及应力波在该材料中的传播速度。.（6）采用新型的传感器和动态信号测试分析系统，多通道同时连续采样，瞬态最高采样频率1MHz，测试得到不同工况下动态冲击载荷幅值、接触时间和载荷曲线。.（7）通过有限元方法进行了分析研究，选择ANSYS LS-DYNA 计算单元对计算模型进行恰当的网格划分，对实际荷载进行了分析简化，对实地调查结果进行研究，确定了计算的边界条件，最终得到了可靠的计算结果，为试验分析和比较提供了依据。