一種基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法與流程

本發明涉及船舶結構工程領域，尤其是針對一種基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法。

背景技術：

船舶碰撞是時有發生的海損事故，往往會引起船體結構破損、貨物泄漏、環境污染和人員傷亡等災難性后果。船舶的智能操縱、水上導航和衛星定位等先進技術的運用使船舶碰撞的概率和損失程度都有所降低，這些都屬于主動避碰范疇。然而，近年來世界各地依然不斷有關于船舶碰撞事故的報道。船舶碰撞是船體結構在很短時間內在巨大沖擊載荷作用下的一種復雜的非線性動態響應過程，碰撞區構件一般都要迅速超越彈性階段而進入塑性流動狀態，并可能出現屈曲、撕裂等各種形式的破壞或失效，它涉及到材料學、剛體動力學、塑性動力學、結構動力學等多種學科。

目前，國內外規范對船舶碰撞一般多在事故發生后進行分析，規范對船體的耐撞性能沒有具體的要求。部分國外民規對船體碰撞破損后的剩余強度有相關要求，但是碰撞破口是根據統計分析直接給出的極限破口尺寸，實際事故發生后的破口尺寸如大于規范給出的破口尺寸，事故船則會處于十分危險的狀態。從船舶結構的角度而言，基于船舶碰撞安全性出發的被動防撞，即提高船舶的耐撞性能顯得極為重要。如何能夠簡單快速的評估被撞船的耐撞性能，已成為亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種具有較高應用價值、簡單快速的船舶結構耐撞性能評估技術，即基于極限撞擊速度曲線的船舶結構耐撞性能評估方法。

為達到上述目的，本發明提供一種基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，所述評估方法如下：

步驟一：建立撞擊船、被撞船和流場的有限元模型，選取被撞船與撞擊船的碰撞區域，假定兩船的相對撞擊速度及撞擊角度；

步驟二：采用全耦合的有限元分析方法，以被撞船舷側結構發生撕裂作為臨界狀態，得到各初始航向夾角下被撞船所能承受的極限撞擊速度；

步驟三：將各航向夾角所對應的極限撞擊速度連成曲線得到極限撞速-初始航向角關系曲線，依據該曲線評估被撞船的耐撞性能。

上述的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，以被撞船舷側結構發生撕裂作為臨界狀態，得到各初始航向夾角下被撞船所能承受的極限撞擊速度。

上述的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，將各航向夾角所對應的極限撞擊速度連成曲線得到極限撞速-初始航向角關系曲線，依據該曲線評估被撞船的耐撞性能。

上述的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，極限撞速-初始航向角關系曲線分為上下兩個區域，包括第一區域和第二區域，第一區域內不同航向夾角所對應的航速對于被撞船來說安全，第二區域內的航速則會使被撞船發生破裂。

本發明的有益效果是：

本發明提出了一個基于極限撞速的船舶耐撞性能評估方法，本發明的方法簡單易行，可以在事故發生前準確評估船舶結構的耐撞性能，也可以在事故發生后幫助重現碰撞事故場景，為制定應急救援方案提供技術支持。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明:

圖1為本實施例中撞擊船首部撞擊被撞船中部圖；

圖2為本實施例中碰撞方案有限元模型圖；

圖3為本實施例中被撞船損傷變形圖；

圖4為本實施例中極限撞速曲線圖。

具體實施方式：

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為本發明的限定。

實施例

請參見圖1至圖4所示，示出了一種較佳實施例的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，所述評估方法如下：

步驟一：建立撞擊船2、被撞船1和流場的有限元模型，選取被撞船與撞擊船的碰撞區域，假定兩船的相對撞擊速度及撞擊角度；

步驟二：采用全耦合的有限元分析方法，以被撞船舷側結構發生撕裂作為臨界狀態，得到各初始航向夾角下被撞船所能承受的極限撞擊速度；

步驟三：將各航向夾角所對應的極限撞擊速度連成曲線得到極限撞速-初始航向角關系曲線，依據該曲線評估被撞船的耐撞性能。

上述的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，以被撞船舷側結構發生撕裂作為臨界狀態，得到各初始航向夾角下被撞船所能承受的極限撞擊速度。

上述的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，將各航向夾角所對應的極限撞擊速度連成曲線得到極限撞速-初始航向角關系曲線，依據該曲線評估被撞船的耐撞性能。

上述的基于極限撞速曲線的船舶結構耐撞性能評估方法，其中，極限撞速-初始航向角關系曲線分為上下兩個區域，包括第一區域和第二區域，第一區域內不同航向夾角所對應的航速對于被撞船來說安全，第二區域內的航速則會使被撞船發生破裂。

使用者可根據以下說明進一步的認識本發明的特性及功能，

本實施例中以被撞船噸位定為60000噸，撞擊船噸位定為8000噸為例做如下說明，

步驟一：選取被撞船1中部、撞擊船2首部為撞擊區域，碰撞工況示意圖見圖1；

步驟二：將撞擊船艏部區域及被裝船中部艙段區域結構按照實際結構建立有限元模型，并根據資料調整兩船重量重心。其中被撞船油艙所在艙段及撞擊船艏部撞擊區域采用局部細化有限元模型，最小單元特征長度分別約為0.4m和0.5m，其失效應變分別取0.19和0.15，有限元模型圖見圖2；

步驟三：被撞船初始航速取為13kn，兩相撞船的初始航向夾角分別取10°、15°、30°、45°、60°、75°、90°，以撞擊位置處外板臨界破裂作為計算狀態，通過改變撞擊船的速度開展大量計算，得到各初始航向夾角下被撞船所能承受的極限撞擊速度(撞擊船的速度)，將各航向夾角所對應的極限撞擊速度連成曲線得到極限撞速-初始航向角關系曲線，用以評估船舶結構的耐撞性能。被撞船在10°航向夾角、撞擊船16kn航速下的損傷變形見圖3，得到的極限撞擊速度曲線見圖4。

綜上所述，本發明提出了一個基于極限撞速的船舶耐撞性能評估方法，本發明的方法簡單易行，可以在事故發生前準確評估船舶結構的耐撞性能，也可以在事故發生后幫助重現碰撞事故場景，為制定應急救援方案提供技術支持。

以上所述僅為本發明較佳的實施例，并非因此限制本發明的實施方式及保護范圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護范圍內。