基于钢-泡沫结构的124.5 m单壳舷侧结构耐撞性能分析

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(南通航运职业技术学院 船舶与海洋工程系，江苏 南通 226010)

1 钢-泡沫结构船体结构设计

通过改变船体结构形式可以提高结构的耐撞性能，然而这种改变对提高结构耐撞性能是有限的。提高结构的耐撞性能就是要提高结构在某一条件下的结构吸能能力，其关键在于①被撞舷侧结构自身的吸能能力；②撞击船艏结构和被撞船艏舷侧结构之间的相对刚度[1-2]。采用钢-泡沫结构的主要目的是为了吸收更多的碰撞动能，设计良好的能量吸收装置可以使能量的耗散以受控制的方式进行。钢-泡沫结构参数见图1。

图1 钢-泡沫结构

2 常规单壳舷侧结构耐撞性能分析

2.1 碰撞结构有限元模型

以124.5 m近海货船为研究对象，采用大型非线性动态响应分析程序MSC.Dytran完成其侧向垂直碰撞过程的数值仿真研究。该船内部设有3个大货舱，主要参数参见表1。

表1 124.5 m近海货船的主要参数 m

被撞船单壳舷侧见图2，舷侧尺寸为16.8 m×8.6 m×8.0 m；撞击船选取排水量为100 t带球鼻艏的船，撞击速度为8 m/s。

在有限元模型中用刚性球艏模拟撞击船；撞击位置为x=8.4 m，y=8.6 m，z=4.0 m。

图2 124.5 m单壳货船舷侧结构模型

有限元模型见图3，整个有限元模型为四边形单元[4]；被撞船舷侧结构材料为低碳钢，采用MSC.Dytran所提供的Cowper-Symonds本构材料模型，并考虑材料应变硬化模量[5]；球鼻艏撞头采用刚性材料。

图3 单壳舷侧结构有限元模型

2.2 计算结果与分析

利用动态非线性有限元分析软件MSC.Dytran对图3的仿真模型进行计算。

2.2.1 碰撞损伤变形

124.5 m单壳舷侧结构在t=0.098 s和t=0.120 s时刻的损伤变形见图4。……