基于CFD−非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真

[目的]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性,在流场全域内求解三维N–S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型,基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应;最后,实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递,以此进行CFD求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合,并实时计算4600 TEU集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。[结果]结果显示,在极端波浪下上部至中部结构广泛进入塑性状态,主甲板、舷侧板、甲板纵骨和舷侧纵骨等构件在波浪下出现明显的屈服及失稳,甲板纵骨和舷侧纵骨等骨材发生严重的侧向失稳,船体结构丧失了承载能力。[结论]所提方法可较准确求解结构响应及动态崩溃模式,可作为研究船舶结构崩溃响应的一种新方法。

集装箱船在波浪下的结构动态崩溃数值仿真研究

船舶遭遇大波浪载荷后极可能产生结构崩溃事故,集装箱船具有甲板大开口,在大波浪下更容易产生结构动态崩溃。文章提出一种联合三维势流理论和非线性有限元的数值仿真方法用于计算集装箱船在波浪下的结构崩溃响应,采用势流理论计算船体的波浪载荷,采用非线性有限元计法计算结构的崩溃响应,实现波浪载荷由水动力模型至有限元模型的映射,以典型的集装箱船为研究对象,研究集装箱船在系列波浪下的结构崩溃响应和规律。首先建立集装箱船的水动力模型,然后建立适用于结构崩溃响应模拟的集装箱船非线性有限元模型,采用文章中的联合仿真方法求解,计算得到在各波浪工况下的船舯时域转角大变形曲线,根据船中舱段非线性有限元模型计算得到船舶的转角大变形-非线性弯矩关系,转化得到船体模型的时域非线性弯矩。通过改变系列波浪工况的波高和波长,研究集装箱船的结构崩溃响应与波浪工况参数间的关系,比较分析非线性计算结果与线性计算结果的差异。文章提出的基于三维势流理论和非线性有限元的联合数值仿真方法可为船舶类结构在波浪下的结构崩溃响应评估提供研究路径。

三峡库区奉节县新城区T_2b^3泥质灰岩斜坡变形破坏模式的现象学研究

三峡库区奉节县新城区边坡,由于其变形破坏的成因机制和破坏堆积体的特殊性质,成为三峡库区地质灾害防治和边坡防护工程的重中之重,其主要地层“巴东组”第3段泥质灰岩也成为学术界和工程界多年来争论的焦点问题之一。通过现象学的研究方法,对泥质灰岩边坡变形破坏成因机制得到如下认识:(1)“巴东组”第3段泥质灰岩岩性脆且易碎,“渗入性”风化导致了大范围岩体强度降低并形成“酥松”结构;(2)边坡岩层通过切层压裂和沿陡倾和中倾节理的重力滑移剪切破坏,形成岩层的结构松动和逐级错动的重力弯曲现象,使边坡岩体的结构强度显著降低;(3)“巴东组”第3段泥质灰岩边坡破坏所形成的堆积物成分均一、完全无规则排列、无滑坡滑动面(带),不是滑坡和崩塌堆积物,而是边坡一定范围结构崩溃解体的产物;(4)“巴东组”第3段泥质灰岩边坡的变形破坏过程是由于风化引起岩石力学性质弱化和重力变形导致岩体结构松动,直至整体结构崩溃的复合过程。