船舶-小型冰山碰撞响应计算及损伤分析

许长江，杨飏

(大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024)



船舶-小型冰山碰撞响应计算及损伤分析

许长江，杨飏

(大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024)

针对船舶与小型冰山的碰撞响应问题，综合考虑内部动力和外部动力，根据非线性有限元和冲击力学理论，依次求得船体与冰山变形所需变形能和碰撞系统的耗散能，探究舷侧在不同位置与冰山碰撞后的结构响应，分析损伤变形、碰撞力和变形能变化等特性。结果表明，碰撞力撞深曲线呈现高度非线性的特征，而且碰撞力呈波动上升；舷侧各构件中，外板以变形能的形式吸收了大部分耗散能。

船舶-小型冰山碰撞；非线性有限元；冲击动力学；变形损伤；耗散能

随着全球气候变暖，北极航道开始通航。然而，由于北极航线存在大量小型冰山(球形冰山半径約5 m)[1]，船舶航行面临巨大风险。由于小型冰山的出水面高度小，不易察觉，对极区船舶航行构成安全隐患。

船舶-冰山碰撞为强非线性过程，碰撞后的损伤变形很难确定，损伤评估和耐撞性设计无法进行。关于船舶-冰山碰撞，多数学者研究球鼻艏或普通船艏在不同速度下与不同质量、形状冰体发生碰撞的动态响应特性，一般是在给定初始速度下进行数值仿真，但并未关注碰撞结束时的损伤变形状态[2-3]。对于舷侧与小型冰山碰撞，给定冰山初始速度时，由于初始速度较小，冰山与船体作用一段时间后被弹回，碰撞不能完全发展。有研究基于理想弹塑性冰材料，采用给定位移法，对船舶-冰山碰撞进行数值模拟，由于无法得到准确的碰撞结束时刻，只能得到不同时间点的损伤变形，而无法得到碰撞完全发展的损伤变形[4]。……