CN106777555A - 一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法 - Google Patents

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王晓宇
周博
刘见华
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Abstract

本发明公开了一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，评估方法如下：步骤一：建立撞击船、被撞船和流场的有限元模型，选取被撞船与撞击船的碰撞区域，假定两船的相对撞击速度及撞击角度；步骤二：采用全耦合的有限元分析方法，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度；步骤三：将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速‑初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能；本发明的方法简单易行，可以在事故发生前准确评估船舶结构的耐撞性能，也可以在事故发生后帮助重现碰撞事故场景，为制定应急救援方案提供技术支持。

Description

一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法
技术领域
本发明涉及船舶结构工程领域，尤其是针对一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法。
背景技术
船舶碰撞是时有发生的海损事故，往往会引起船体结构破损、货物泄漏、环境污染和人员伤亡等灾难性后果。船舶的智能操纵、水上导航和卫星定位等先进技术的运用使船舶碰撞的概率和损失程度都有所降低，这些都属于主动避碰范畴。然而，近年来世界各地依然不断有关于船舶碰撞事故的报道。船舶碰撞是船体结构在很短时间内在巨大冲击载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程，碰撞区构件一般都要迅速超越弹性阶段而进入塑性流动状态，并可能出现屈曲、撕裂等各种形式的破坏或失效，它涉及到材料学、刚体动力学、塑性动力学、结构动力学等多种学科。
目前，国内外规范对船舶碰撞一般多在事故发生后进行分析，规范对船体的耐撞性能没有具体的要求。部分国外民规对船体碰撞破损后的剩余强度有相关要求，但是碰撞破口是根据统计分析直接给出的极限破口尺寸，实际事故发生后的破口尺寸如大于规范给出的破口尺寸，事故船则会处于十分危险的状态。从船舶结构的角度而言，基于船舶碰撞安全性出发的被动防撞，即提高船舶的耐撞性能显得极为重要。如何能够简单快速的评估被撞船的耐撞性能，已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高应用价值、简单快速的船舶结构耐撞性能评估技术，即基于极限撞击速度曲线的船舶结构耐撞性能评估方法。
为达到上述目的，本发明提供一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，所述评估方法如下：
步骤一：建立撞击船、被撞船和流场的有限元模型，选取被撞船与撞击船的碰撞区域，假定两船的相对撞击速度及撞击角度；
步骤二：采用全耦合的有限元分析方法，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度；
步骤三：将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能。
上述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度。
上述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能。
上述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，极限撞速-初始航向角关系曲线分为上下两个区域，包括第一区域和第二区域，第一区域内不同航向夹角所对应的航速对于被撞船来说安全，第二区域内的航速则会使被撞船发生破裂。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一个基于极限撞速的船舶耐撞性能评估方法，本发明的方法简单易行，可以在事故发生前准确评估船舶结构的耐撞性能，也可以在事故发生后帮助重现碰撞事故场景，为制定应急救援方案提供技术支持。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
图1为本实施例中撞击船首部撞击被撞船中部图；
图2为本实施例中碰撞方案有限元模型图；
图3为本实施例中被撞船损伤变形图；
图4为本实施例中极限撞速曲线图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例
请参见图1至图4所示，示出了一种较佳实施例的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，所述评估方法如下：
步骤一：建立撞击船2、被撞船1和流场的有限元模型，选取被撞船与撞击船的碰撞区域，假定两船的相对撞击速度及撞击角度；
步骤二：采用全耦合的有限元分析方法，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度；
步骤三：将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能。
上述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度。
上述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能。
上述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其中，极限撞速-初始航向角关系曲线分为上下两个区域，包括第一区域和第二区域，第一区域内不同航向夹角所对应的航速对于被撞船来说安全，第二区域内的航速则会使被撞船发生破裂。
使用者可根据以下说明进一步的认识本发明的特性及功能，
本实施例中以被撞船吨位定为60000吨，撞击船吨位定为8000吨为例做如下说明，
步骤一：选取被撞船1中部、撞击船2首部为撞击区域，碰撞工况示意图见图1；
步骤二：将撞击船艏部区域及被装船中部舱段区域结构按照实际结构建立有限元模型，并根据资料调整两船重量重心。其中被撞船油舱所在舱段及撞击船艏部撞击区域采用局部细化有限元模型，最小单元特征长度分别约为0.4m和0.5m，其失效应变分别取0.19和0.15，有限元模型图见图2；
步骤三：被撞船初始航速取为13kn，两相撞船的初始航向夹角分别取10°、15°、30°、45°、60°、75°、90°，以撞击位置处外板临界破裂作为计算状态，通过改变撞击船的速度开展大量计算，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度(撞击船的速度)，将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，用以评估船舶结构的耐撞性能。被撞船在10°航向夹角、撞击船16kn航速下的损伤变形见图3，得到的极限撞击速度曲线见图4。
综上所述，本发明提出了一个基于极限撞速的船舶耐撞性能评估方法，本发明的方法简单易行，可以在事故发生前准确评估船舶结构的耐撞性能，也可以在事故发生后帮助重现碰撞事故场景，为制定应急救援方案提供技术支持。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其特征在于，所述评估方法如下：
步骤一：建立撞击船、被撞船和流场的有限元模型，选取被撞船与撞击船的碰撞区域，假定两船的相对撞击速度及撞击角度；
步骤二：采用全耦合的有限元分析方法，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度；
步骤三：将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能。
2.根据权利要求1所述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其特征在于，以被撞船舷侧结构发生撕裂作为临界状态，得到各初始航向夹角下被撞船所能承受的极限撞击速度。
3.根据权利要求1所述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其特征在于，将各航向夹角所对应的极限撞击速度连成曲线得到极限撞速-初始航向角关系曲线，依据该曲线评估被撞船的耐撞性能。
4.根据权利要求3所述的基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法，其特征在于，极限撞速-初始航向角关系曲线分为上下两个区域，包括第一区域和第二区域，第一区域内不同航向夹角所对应的航速对于被撞船来说安全，第二区域内的航速则会使被撞船发生破裂。
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