基于耐撞性的船舶結(jié)構(gòu)形式研究

1、基于耐撞性的船舶構(gòu)造形式研究摘 要：隨著近年來海上船舶碰撞事故的頻繁發(fā)生，如何分析事故發(fā)生原因并尋找相應(yīng)預(yù)防方法成為許多學(xué)者研究的重要內(nèi)容。從很多船舶相撞事故現(xiàn)狀都可看出，其存在的危害不僅表達(dá)在船只受損或漂浮等方面，也會影響人員生命平安或?qū)е颅h(huán)境污染問題等。對此現(xiàn)狀，大多學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)從船舶構(gòu)造方面著手，通過防撞才能的增強(qiáng)可有效降低碰撞事故帶來的危害。本文主要對關(guān)于船舶碰撞問題的仿真模型構(gòu)建、碰撞產(chǎn)生的機(jī)理以及耐撞性構(gòu)造的設(shè)計(jì)思路進(jìn)展探析。關(guān)鍵詞：耐撞性；船舶構(gòu)造；機(jī)理；設(shè)計(jì)前言：據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)說明，全球大約40%海難事故發(fā)生的原因在于船舶碰撞，成為制約海洋運(yùn)輸事業(yè)進(jìn)一步開展的重要因素。因此

2、如何解決船舶碰撞問題成為國際上大多設(shè)計(jì)人員與學(xué)者考慮的重要內(nèi)容，通過長期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碰撞事故容易受損的部位主要集中在雙層舷側(cè)構(gòu)造、底部構(gòu)造等方面，只需將這些構(gòu)造進(jìn)展耐撞才能的進(jìn)步便可起到一定的事故預(yù)防效果。一、關(guān)于船舶碰撞問題的仿真模型構(gòu)建根據(jù)以往學(xué)者研究，對船舶碰撞涉及才相關(guān)數(shù)據(jù)往往引用一定的仿真技術(shù)，其中包括如有限元方法、相關(guān)方程的構(gòu)建以及仿真過程中材料與摩擦問題對碰撞事故的影響等。綜合來看在在仿真模型構(gòu)建過程中主要從兩方面考慮，其一以外部動力學(xué)為主，主要關(guān)注船舶受力情況、運(yùn)動狀態(tài)以及能量消耗問題，模型構(gòu)建過程中需將附連水質(zhì)量、船殼板材料等考慮其中。其二內(nèi)部力學(xué)，集中分析船體碰撞礁石情況下局部

3、的受力情況、損傷情況以及能量消耗等問題，模型構(gòu)建時(shí)主要以外部輪廓模型為主，使仿真中船舶的運(yùn)動慣量以及質(zhì)量與實(shí)體船舶的運(yùn)行相近，在此根底上提出構(gòu)造改進(jìn)的方式。在模型構(gòu)建的根底上，實(shí)際研究過程中還需考慮到其他幾方面問題，詳細(xì)表達(dá)在：第一，構(gòu)造簡化問題。其主要針對工作量較大且較為復(fù)雜的有限元模型而提出，使一般碰撞模型中兩個(gè)相撞的船只在舷側(cè)與船首構(gòu)造上得以優(yōu)化，而擱淺模型下的整體船舶構(gòu)造得以簡化，并碰撞情況下對船體受損情況與塑性變形進(jìn)展分析。第二，對穿透情況與構(gòu)建模型的檢查。其中在穿透方面主要考慮到接觸面相關(guān)定義，通過對碰撞情況的觀察分析構(gòu)造的表形情況以及是否存在穿透問題等，而模型的檢查那么表達(dá)在所有

4、節(jié)點(diǎn)中載荷的設(shè)計(jì)是否合理、單元長度設(shè)計(jì)是否合理、材料參數(shù)以及仿真輸出結(jié)果是否準(zhǔn)確等。這樣才可結(jié)合最后的仿真輸出結(jié)果找出產(chǎn)生碰撞事故的主要原因并提出相應(yīng)的解決措施1。二、碰撞事故發(fā)生的機(jī)理分析通過構(gòu)建的仿真模型，可分析船舶碰撞事故大多表達(dá)在船只與固體物以及船只之間的碰撞。與固體物碰撞過程中主要指海洋中的礁石、海洋平臺或橋梁等固體物與船舶之間的碰撞，由于大多船舶在剛度上無法與固體物相比，所以產(chǎn)生的能量多由船舶構(gòu)造所承受，這種情況下將對船舶帶來極大的危害，也有局部固體物受損的情況如平臺坍塌或橋梁被破壞等情況，會產(chǎn)生較大的損失。另外一種那么指船舶之間的碰撞，這種碰撞問題的情況多表如今被撞船只的船側(cè)受另

5、一船只的船首撞擊，因船側(cè)剛度相比船首剛度較小，因此產(chǎn)生的能量大多由船側(cè)構(gòu)造承受，此時(shí)受損情況較為嚴(yán)重的主要以被撞船側(cè)為主。綜合來看，產(chǎn)生船舶碰撞事故的機(jī)理主要表如今內(nèi)部與外部機(jī)理兩方面。其中內(nèi)部機(jī)理主要指事故發(fā)生過程中的荷載問題、構(gòu)造整體受損情況與變形情況以及碰撞能量吸收問題，而外部機(jī)理表達(dá)在因附連水與船體運(yùn)動而出現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化或釋放問題等。從以往研究內(nèi)容中可發(fā)現(xiàn)，附連水質(zhì)量通常與液體運(yùn)動方向存在一定的聯(lián)絡(luò)，其主要指船舶碰撞過程中因具有一定粘性的液體物質(zhì)。一般進(jìn)展附連水質(zhì)量確定時(shí)首先根據(jù)船體質(zhì)量設(shè)定附連水質(zhì)量為其0.4-1.3，此時(shí)附連水質(zhì)量將隨碰撞時(shí)間的延長而增大2。三、耐撞性構(gòu)造設(shè)計(jì)的思路在

6、完成仿真模型構(gòu)建以及事故發(fā)活力理的分析后，可對船舶的構(gòu)造進(jìn)展耐撞性的設(shè)計(jì)，詳細(xì)包括：第一，雙殼船側(cè)構(gòu)造。該種構(gòu)造是目前大多大型油流所采取的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，其在現(xiàn)行國外許多國家都有所表達(dá)，不僅可以減少事故發(fā)生的概率，也可使事故后嚴(yán)重的污染問題得以緩解。這種構(gòu)造設(shè)計(jì)過程中主要考慮能量吸收較多的構(gòu)件如船側(cè)縱桁、外板等，其中在外板方面可引入扁平條或圓管型等類型的外板，并從雙殼間構(gòu)件著手，使船側(cè)構(gòu)造型式以Y型為主，這樣可以保證在撞擊過程中船側(cè)構(gòu)造可承受更多的能量等。但需注意任何船側(cè)構(gòu)造設(shè)計(jì)方式假設(shè)無視構(gòu)造重量的增加，可能在吸能效果上與傳統(tǒng)船側(cè)構(gòu)造形式相近，不利于新型船側(cè)構(gòu)造應(yīng)有的作用得以發(fā)揮。因此設(shè)計(jì)中在

7、考慮吸能效果的同時(shí)還需將構(gòu)造重量問題進(jìn)展研究。第二，底部構(gòu)造的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段在底部構(gòu)造設(shè)計(jì)方面已有許多設(shè)計(jì)思路，包括：從變船底高度角度。其主要針對船首觸底可能性較大的情況而提出，通過將船首局部進(jìn)展雙層底高度的設(shè)計(jì)，使其抗觸底性能得以增強(qiáng)，但這種設(shè)計(jì)方式往往已造成構(gòu)造疲勞性能受到影響的問題；船底構(gòu)造的詳細(xì)設(shè)計(jì)。該種方式主要對船體的助板、縱桁以及外板等進(jìn)展設(shè)計(jì)，保證其可使底部構(gòu)造在抗抵觸性方面得以增強(qiáng)，但通過理論證明該構(gòu)造類型通過構(gòu)造重量的增加便可進(jìn)步吸能效果，但夾層板形式卻難以實(shí)現(xiàn)良好的效果。除此之外，為使船舶耐撞性能得以進(jìn)步，也有學(xué)者從緩沖船首、橋梁防撞設(shè)施等方面著手，都可發(fā)揮一定的效果3。結(jié)論：船舶構(gòu)造耐撞性能的進(jìn)步是有效預(yù)防碰撞事故的關(guān)鍵。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)從仿真模型的構(gòu)建著手，在此根底上分析事故發(fā)生的內(nèi)部與外部機(jī)理，并采相應(yīng)的措施如變船底高度、底部構(gòu)造設(shè)計(jì)以及緩沖船首等方面進(jìn)展設(shè)計(jì)，這樣才可保證船舶的平安運(yùn)行。參考文獻(xiàn)1劉峰.基于耐撞性的新型船舶構(gòu)造形式研究D.上海交通大學(xué)，2021.2王棟梁.基于耐撞性的船橋