三峡库区弯曲河段大偏角船桥碰撞力分析

为研究船舶在大角度和高流速下与大跨度斜拉桥发生的碰撞响应,结合国内外相关规范对船桥碰撞中最大撞击力计算方法和撞击方式,对内河航运过程中可能发生的碰撞角度和方式进行分析,并以重庆外环江津长江大桥作为依托工程,采用附加质量法建立了7 000 t级散货船和等比例斜拉桥模型,计算了船舶在四种通航水位下的正撞、侧撞和漂撞的最大撞击力,比较各规范的计算值与数值模拟结果,对不同情况下的计算结果进行对比研究。结果表明,国内外各规范更适用于船舶撞击桥塔,撞击点位于桥梁承台时最大撞击力将远高于规范计算值;在船舶与桥梁正面碰撞中,《美国公路桥梁设计规范》(American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO)计算值与模拟值吻合程度高;在侧撞中,尤其在撞击角度为10°~25°时,建议采用《公路桥梁抗撞设计规范》;船舶漂撞桥塔产生的撞击力大约为正向撞击的1/4,该情况可采用《铁路桥涵设计规范》进行计算。多角度船桥碰撞研究结果可为三峡库区高变幅水位下船桥碰撞安全风险评估和桥梁抗撞设计提供参考。

船桥碰撞非线性数值仿真研究

为了研究湘江流域典型桥梁船桥碰撞时的撞击力和能量转换过程,为后续大桥的防船撞设计提供参考,以株洲建宁大桥为研究背景,按照实际尺寸建立货船和桥墩模型,并使用ABAQUS有限元软件对其进行非线性动力仿真分析,研究了船桥碰撞过程中,船的撞击速度、吨位和撞击角度对撞击力的影响,以及船的变形情况和船桥碰撞中的能量转化关系。研究结果表明:船撞力峰值和船速存在正相关关系;船舶的吨位越大,撞击力峰值越大并且撞击的时间越长;船的撞击角度与碰撞时间之间没有呈现出明显的规律;船的撞击速度、吨位和撞击角度3种影响因素对船桥碰撞的撞击力和船体变形均有影响,但主要因素还是船速和船的吨位;在碰撞过程中,船的撞击动能基本转化为塑性变形能,船体变形主要集中在船艏碰撞区域,远离碰撞区域的船身部位没有明显的变形。

基于流固耦合ALE理论的船桥碰撞试验和分析

以船桥碰撞为研究对象,对此现象进行了试验和数值模拟研究,基于流固耦合ALE(Arbitrary Lagrangian–Eulerian)分析理论,采用数值模拟的方法,对不同质量不同速度下的小球撞击桥墩进行了研究,小球撞击桥墩的撞击力合力与小球的质量和速度成正相关,撞击力时程曲线存在多个尖刺,且撞击过程为多次碰撞;试验合力峰值和数值模拟合力峰值的相关误差小于10%,证明了流固耦合ALE数值模拟的可行性及正确性。

船桥碰撞下船体结构强度及动力响应分析

本文旨在探究船桥碰撞对船体结构强度和动力响应的影响,研究了船体在船桥碰撞过程中的应力分布和变形情况,以及船体内部的动力响应。研究结果表明,船桥碰撞会导致船体结构强度的减弱,进而影响船体的稳定性和安全性。此外,船桥碰撞还会引起船体的振动和动力响应,对船员和货物的安全造成威胁。因此,进一步研究船桥碰撞对船体的影响对提高船舶设计和安全性能具有重要意义。

五元联系数在大中型水库船桥碰撞风险评价中的应用——以三峡库区为例

跨江大桥的兴建和内河航运需求的增加导致船桥碰撞事故频发。为有效评价大中型水库船桥碰撞风险,首先,构建“人-船-桥-环境-管理”五维动因的评价指标体系;然后,对各风险指标进行组合赋权,基于五元联系数和集对分析理论建立船桥碰撞风险评价模型,识别导致船桥碰撞风险的关键因素,并分析各桥区的风险等级及其发展态势;最后,以三峡库区为例,对江津、朝天门、长寿、丰都、忠县、云阳等地的长江大桥开展实地调研,收集各指标数据以进行实例应用。结果显示:水位、桥梁密度、能见度、水流速度、导航设施、船长超负荷状态及心理素质等指标为影响船桥碰撞风险等级的关键因素;丰都、忠县、江津、朝天门等地长江大桥的风险等级均为较高水平,长寿桥区风险等级为中等水平,云阳县域风险等级为较低水平。此外,五元联系数集对分析模型能够准确评价三峡库区船桥碰撞风险水平,并从同势、均势和反势3方面判别船桥碰撞风险态势,较好地处理风险评价中的不确定性问题,可为其他船桥水域的通航安全评价提供理论参考。

船桥碰撞新型桥梁防护装置研究

随着航运事业的蓬勃发展,人们对船桥碰撞问题的研究更加重视,分析船舶与桥墩的碰撞力,研究减缓船舶碰撞对桥墩带来的撞击影响,对于保护桥梁安全具有重要意义,是确保我国航运事业安全、稳定、可持续发展的关键。本文基于船桥碰撞问题进行研究,并探讨新型桥梁防护装置。船桥碰撞是指船舶撞击桥墩问题,若船舶撞击力度过大,桥墩会受到较大的冲击力。

基于非线性数值模拟的船桥碰撞力快速估算

船舶对桥墩的最大撞击载荷是桥梁设计的重要依据之一。通过有限元仿真技术模拟了5000、10000、50000、60000吨4种不同载重吨位的船舶正撞刚性桥墩时的碰撞载荷,归纳出船桥碰撞力-撞深、能量-撞深等曲线和最大碰撞力数据。并在此基础上,得到最大碰撞力-船舶吨位曲线,可用于近似估算各种吨位船舶在不同航速时的最大撞击桥梁力。

船桥碰撞动力学过程的非线性数值模拟

为了确定船舶对桥墩碰撞力的大小,提出了基于非线性有限元分析技术的船舶和桥梁碰撞作用的动力全过程模拟方法.通过建立全船有限元模型并细化首部结构,考虑周围流场的作用,对强非线性的碰撞过程进行模拟.同时考虑了船舶吨位、碰撞初速度、碰撞位置、桥墩截面形式与尺寸等因素的影响,将不同吨位的计算结果和规范及经验公式进行了比较.结果表明,显式瞬态非线性有限元分析技术可以对船桥碰撞过程进行成功模拟;AASH-TO公式适用于小吨位船舶的低速碰撞,修正的Wosin公式适用于大吨位船舶高速碰撞;船舶速度和吨位对最大碰撞力的影响最显著,碰撞的部位和桥墩截面形状影响次之,桥墩截面尺寸影响非常微弱.该方法可以有效地解决桥梁设计过程中碰撞力取值问题.

考虑水流影响的船桥碰撞效应分析

为研究流体对船桥正面碰撞动力响应的影响,运用ANSYS LS-DYNA软件,分别采用流固耦合法和附加质量法建立考虑流体影响的船桥正面碰撞计算模型,分析不同吃水深度的船体与桥墩碰撞时流场对撞击力和撞击能量的影响,比较在简化的附加质量法中,将水流模拟成不同的附加质量（0.02～0.07倍船体质量）时,撞击力和撞击能量计算的误差。分析结果表明,不同船体吃水深度对船桥碰撞的计算结果有一定的影响,特殊船型和深吃水的情况下需要考虑不同吃水深度所造成的船桥碰撞力的变化。当采用简化的附加质量法考虑水流对船桥碰撞的影响时,0.02～0.07倍船体质量的附加质量参数选取并不能涵盖船舶在不同吃水深度下的流场耦合效应,在船舶深吃水的情况下有接近10%的误差。

基于整船整桥模型的船桥碰撞数值仿真

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。简述了该技术的基本原理,并基于整船整桥模型对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景,讨论了船-桥碰撞的力学特征。演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。

连续刚构桥船桥碰撞的计算模型和动力响应

以连续钢构桥为例,基于碰撞理论和边界等代原理,研究了船桥碰撞的计算模型;基于Timoshenko剪切变形理论和Hamilton能量泛函变分原理,考虑桥墩的弯曲、剪切、地基效应和上部结构的影响,导出了碰撞体系的动力微分方程;采用积分变换方法,对碰撞体系的控制微分方程和边界条件进行Laplace变换,在频域内求得波动解;运用Crump逆变换方法,使用数学软件Matlab编程进行数值反演,得到时域内的撞击力和各种动力响应。

船桥碰撞系统的简化力学模型及动力分析

综合分析桥墩的弯曲、剪切、转动惯量、上部结构约束以及地基基础约束等因素,提出比较接近实际受力情况的船桥碰撞系统的简化力学模型;对力学模型进行简化动力分析,基于分布质量的弹性体理论以及经典的结构力学原理推导了桥墩的偏微分运动方程,并联合控制条件采用积分变化的方法进行求解,通过数值反演,得出时域内的船撞力;对桥墩刚度这一影响因素进行了参数分析,分析表明在一定范围内桥墩刚度对船撞力影响比较明显。文中还指出桥船相对刚度对峰值撞击力的作用更能反映碰撞的本质,当桥船相对刚度<50时,峰值撞击力随着桥船相对刚度的增大成对数函数增长,当桥船相对刚度≥50时,峰值撞击力可近似按欧洲统一规范求取。

船桥碰撞时船艏的刚度简化模型

研究撞击力和船艏的撞深关系,取船体惯性力为船撞的等效静力荷载,对船撞刚性墙进行拟静力分析。以5 000DWT船舶作为研究对象,通过ANSYS有限元分析,得到船舶在1.0～6.0 m/s初速度范围内,与刚性墙正向撞击的撞击力-撞深曲线。根据对曲线的数据拟合,建立了船艏的分段刚度模型,并给出了船撞静刚度与动刚度之间的比例关系,为后续船桥碰撞的撞击力研究提供基础。分析结果表明,提出的船艏刚度简化模型可用于适合工程上应用的船桥碰撞质量-弹簧体系的动力分析。

基于并行算法的船桥碰撞数值模拟分析

船撞桥是在巨大冲击动能作用下的复杂的非线性动态响应过程。为模拟船桥碰撞过程,建立了桥梁和船舶碰撞的三维有限元模型。采用了基于接触均衡的并行计算技术,利用上海超级计算机曙光4000A,对桥梁在船舶撞击荷载作用下的动态响应进行仿真计算。主要分析了船艏结构的损坏、碰撞力演变、能量转化以及斜拉桥主塔和桥面的动态响应。将整桥整船的船桥碰撞模型与不考虑主梁和斜拉索的船桥碰撞模型进行了比较,结果表明,后者将使计算结果偏大。

船桥碰撞下箱式防护装置的性能研究

借助ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件,对一艘20000 t级油轮与某箱式吸能防护装置的正撞过程进行有限元数值模拟,演示并分析了防护装置的受撞过程,碰撞中力和能量的时间历程、结构的损伤情况和防撞装置的作用,并对防护装置的结构尺寸及结构形式进行了分析,最终对合理的防护装置结构提出了一些建议,旨在优化防撞装置.

船桥碰撞简化动力分析方法:简化动力模型

为促进碰撞有限元分析技术在桥梁设计工程中的应用,提出2种可用于船桥碰撞动力分析和进行船桥碰撞动力设计的简化力学模型,即简化强迫振动模型和简化碰撞模型.基于碰撞数值模拟技术获得这2种模型中简化冲击力和简化船首非线性接触刚度.建议3种简化冲击力的数学模型,即简化的半波正弦载荷、修正半波正弦载荷及多段线载荷.建立3 000 DWT,5 000 DWT,10 000 DWT和50 000 DWT散货船的碰撞数值模拟的计算模型,进行不同初始冲击速度下与刚性墙的碰撞计算,根据冲量相等的原则针对上述船舶分别计算得到简化动力载荷模型和简化非线性接触刚度模型中的参数.

船桥碰撞过程引发的冲击动力学论题

对船桥撞击过程引发的几个冲击动力学论题进行了分析。研究表明:1为降低船撞力,应采用柔性(低的结构动态广义波阻抗)防撞装置;2撞击力所做的功,通过应力波传播转化为内能(变形能)与动能之和;而变形能中的不可逆部分愈高,防撞装置发挥的整体作用愈大,则愈有利于防撞装置发挥缓冲耗能作用。并且如何让船舶尽早结束撞击并带走尽量多的剩余动能,应是防撞装置设计的关键点;3黏性耗能可缓冲撞击过程、延长撞击历时,有利于防撞装置发挥整体作用,进而为船舶在低应力下转向滑离、从而带走尽可能多的剩余动能创造条件。因此,船撞桥防护装置的设计应该建立在如下的科学设计理念上:ⅰ低波阻抗意义上的冲击柔性,ⅱ缓冲撞击过程意义上的粘性耗能,ⅲ防撞装置能及早发挥整体作用,化撞击集中力为分布载荷,以及ⅳ让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能。以钢丝绳防撞圈为主要元件的柔性耗能防撞装置是这一防撞理念的工程应用实例,其有效性已为工程实践和实船撞击试验证实。

船桥碰撞简化动力分析方法:简化模型的精度

为分析船桥碰撞动力分析简化模型的精度,以具体桥梁工程实例为背景,分别采用数值模拟分析方法和简化动力分析方法进行船桥碰撞动力反应计算,并定义3种数学指标评价简化模型动力分析结果的精度.实例计算结果表明,动力分析简化模型具有良好的工程计算精度.

船桥碰撞撞击力的有限元数值模拟与分析

文章基于整船整桥有限元模型,分析了万吨级船舶在不同船体吨位、撞击角度和撞击速度时的船桥碰撞过程,得到不同碰撞情况下的撞击力时程曲线,详细讨论了计算结果,并与国内外规范计算值进行分析比较。结果表明:撞击力与船舶吨位的平方根近似成线性关系,与撞击速度近似成线性关系;随着撞击角度增大,撞击力减小,撞击时长增加。对于万吨级船舶与桥碰撞问题,建议采用AASHTO规范或欧洲规范-远洋计算撞击力。

基于OSG的船桥碰撞检测技术仿真

为进一步提高船舶操纵模拟器的真实性,使其更加有效地应用于港航论证和船舶操纵模拟培训中,业界一直致力于研究较为关键的模型碰撞检测技术。在介绍船舶操纵模拟器视景系统、Multigen Creator三维场景建模技术和OSG三维场景渲染技术的基础上,通过分析多种包围盒技术并比较其优劣,在满足精度要求的前提下,选取轴向包围盒技术分别构建船舶和桥体的碰撞检测包围盒,并提出相应的检测算法及优化方案,最后成功应用于船舶操纵模拟器的视景系统中。