本文關(guān)鍵詞：柔性靠船墩錐形橡膠防護(hù)墊在斜向靠泊作用下的受力分析

  更多相關(guān)文章： 斜向靠泊 橡膠防護(hù)墊 靠泊能量 柔性靠船墩 有限元

【摘要】：人們使用船舶作為運(yùn)輸人員和貨物的方式已經(jīng)有數(shù)千年。雖然近年來空中旅行快速發(fā)展發(fā)展，但船舶運(yùn)輸仍然是貨運(yùn)最主要的方式也是全球貿(mào)易的基礎(chǔ)。船舶尺寸不斷增大，船舶、船貨和人員的安全性對(duì)新裝備和規(guī)則提出了更高的要求。除水運(yùn)過程外，最關(guān)鍵的階段之一就是船舶的靠泊。船舶的靠泊是使船舶相對(duì)于港口碼頭的靠泊結(jié)構(gòu)緩慢停止。由于許多因素影響船舶的停泊軌跡和速度，以幾乎零速度使船舶與靠泊結(jié)構(gòu)接觸幾乎不可能，即意味著船舶將撞擊靠泊結(jié)構(gòu)并將船舶的動(dòng)能傳遞給靠泊結(jié)構(gòu)。這樣的撞擊隨時(shí)間將多次發(fā)生，可能損害靠泊結(jié)構(gòu)和船舶。目前已有不少方法通過吸收部分撞擊動(dòng)能來保護(hù)船舶和靠泊結(jié)構(gòu)。然而，采用適合于船舶和停泊條件的靠泊結(jié)構(gòu)動(dòng)能吸收裝置是至關(guān)重要的，否則靠泊結(jié)構(gòu)和船舶仍可能遭受重大損害，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)成本。 船舶靠泊過程中動(dòng)能吸收裝置——防護(hù)墊的受力是十分復(fù)雜的，但現(xiàn)有關(guān)于防護(hù)墊的相關(guān)研究中大多只考慮船舶平行靠泊的簡化情況，分析設(shè)計(jì)方法很少考慮靠泊角度對(duì)靠泊過程的影響。本文將通過對(duì)船舶靠泊過程中防護(hù)墊的受力分析優(yōu)化靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析適用于大型船舶和柔性單樁靠船墩的錐形橡膠防護(hù)墊。 本研究的第一部分研究靠泊過程。為了對(duì)船舶靠泊過程進(jìn)行深入分析，必須區(qū)分不同船舶影響其靠泊過程和靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇的不同特征。學(xué)者和業(yè)界已通過多年研究建立了基本的船舶類型識(shí)別和分類方法體系。本文對(duì)這些分類方法、不同靠泊模式和常見靠泊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。調(diào)研比較表明，大型船舶靠泊結(jié)構(gòu)通常以大型防護(hù)墊元件甚至柔性靠船墩為主，以便增大靠泊結(jié)構(gòu)的能量吸收能力；同時(shí)確定了船舶尺寸和位移之間的關(guān)系以減少靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算量。 在本文的第二部分中，分析了當(dāng)前可用的防護(hù)墊解決方案，包括性能比較方法。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)最有效和最易理解的方法是采用額定性能數(shù)據(jù)，包括最大能量吸收和反作用力、完整額定負(fù)載撓度曲線。大多數(shù)適合于大型船舶的靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用橡膠防護(hù)墊，并且根據(jù)性能曲線類型主要有兩類防護(hù)墊。盡管有不同的橡膠級(jí)別，相同設(shè)計(jì)的防護(hù)墊具有相同性能，且主要與其形狀有關(guān)。鋼管樁單樁靠船墩由于其實(shí)用性和低成本也被研究和采用。對(duì)用于防護(hù)墊和單樁分析的各種數(shù)值模型及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析，可以發(fā)現(xiàn)其中僅有少數(shù)充分考慮了不同荷載類型下防護(hù)墊的響應(yīng)特征，而大多數(shù)防護(hù)墊模型完全基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且不能在無原型測試條件下預(yù)測新防護(hù)墊的設(shè)計(jì)響應(yīng)。分析表明，只有有限元模型可滿足本研究的特定要求，并可確定對(duì)防護(hù)墊選擇和靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響最大的參數(shù)。 本研究的第三部分將重點(diǎn)放在靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型和標(biāo)準(zhǔn)上�，F(xiàn)有各種方法和標(biāo)準(zhǔn)具有一定的一致性，幾乎所有方法和標(biāo)準(zhǔn)都屬于單一設(shè)計(jì)法，采用了相同得步驟進(jìn)行靠泊分析。此類方法的程序包括：根據(jù)船舶類型和靠泊模式確定船舶靠泊過程的能量，然后選擇一種具有充分吸收船舶靠泊能量能力的結(jié)構(gòu)和防護(hù)墊系統(tǒng)，其中最關(guān)鍵的是滿足該特定情況的安全性要求。采用第二部分中實(shí)際靠泊過程和防護(hù)墊響應(yīng)行為的數(shù)值分析模型，詳細(xì)分析驗(yàn)證該方法及其假定，并討論其優(yōu)缺點(diǎn)。該方法的主要問題是靠泊角度對(duì)防護(hù)墊的作用只在計(jì)算防護(hù)墊可以吸收的最大能量中被考慮，但是如果靠泊結(jié)構(gòu)被很好地設(shè)計(jì)，那么防護(hù)墊應(yīng)當(dāng)很少會(huì)達(dá)到其最大能力。此外，現(xiàn)有方法僅考慮平行靠泊，而船舶斜向靠泊（以大于零的角度進(jìn)行靠泊）的第一撞擊所涉及的能量可能比用該方法所得到的防護(hù)墊承載力大得多。 本研究的最后一部分采用商業(yè)有限元軟件Ls-Dyna對(duì)錐形橡膠防護(hù)墊和完整鋼單樁靠船墩進(jìn)行有限元建模呵分析。錐形橡膠防護(hù)墊已經(jīng)被使用超過25年并且在許多尺寸和能力中是可用的，也因其易于組合形成更大的防護(hù)墊系統(tǒng)而成為最靈活的防護(hù)墊解決方案。利用三種不同橡膠級(jí)別的制造商數(shù)據(jù)，對(duì)錐形防護(hù)墊進(jìn)行建模分析和測試驗(yàn)證。通過網(wǎng)格和單元公式化的詳盡參數(shù)分析，確定防護(hù)墊的最準(zhǔn)確和最有效的數(shù)值模型。結(jié)果示出，如果撓度不超過一定點(diǎn)，增大防護(hù)墊壓縮角度導(dǎo)致對(duì)于相同能量吸收的較小反作用力�？紤]到船舶在靠泊期間將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，意味著船舶以更大角度靠泊可能通常是更安全的。因此，對(duì)船舶相對(duì)于剛性靠泊結(jié)構(gòu)的斜向靠泊進(jìn)行分析，結(jié)果表明，，由防護(hù)墊所吸收的能量可能比可以用當(dāng)前靠泊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法所計(jì)算的高得多。由此提出了一種用以確定所要求的防護(hù)墊能力的不同方法，并建議了一種新的斜向靠泊撞擊期間防護(hù)墊所必須吸收能量的表達(dá)形式。在具有被控制的大靠泊角度的一些情況下，靠泊安全性可以被提高。砂土中鋼單樁的情況也通過有限元建模進(jìn)行分析，結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)一致，對(duì)著裝備有防護(hù)墊的單樁、在其頂部的斜向靠泊可能在連續(xù)船舶靠泊之后導(dǎo)致樁周圍的土體擴(kuò)孔。結(jié)果表明，樁撓度和防護(hù)墊撓度的突變可能取決于其負(fù)載撓度曲線，其可能非常大地增加樁周擴(kuò)孔的風(fēng)險(xiǎn)。
【關(guān)鍵詞】：斜向靠泊 橡膠防護(hù)墊 靠泊能量 柔性靠船墩 有限元
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U675.92;U653.2
【目錄】：

• ABSTRACT6-8
• 摘要8-17
• 1. INTRODUCTION17-19
• 2. OVERVIEW OF SHIP BERTHING19-27
• 2.1. Vessel classification19-23
• 2.1.1. Ship types and classes19-22
• 2.1.2. Ship tables22-23
• 2.2. Berthing locations and structures23-24
• 2.3. Berthing modes24-27
• 3. FENDERS AND FLEXIBLE DOLPHINS27-37
• 3.1. Fender analysis27-31
• 3.1.1. Fenders for large vessels27-28
• 3.1.2. Fender comparison with Rated Performance Data (RPD)28-30
• 3.1.3. Fender models used in research and engineering30-31
• 3.2. Flexible dolphins31-37
• 3.2.1. Overview of dolphin structures31-32
• 3.2.2. Design of monopiles32-34
• 3.2.3. Numerical models34-37
• 4. BERTH DESIGN37-49
• 4.1. Berthing energy37-39
• 4.2. Fender pitch39-43
• 4.3. Fender panels43-46
• 4.4. Discussion46-49
• 5. FINITE ELEMENTS SIMULATIONS49-81
• 5.1. Rubber cone fender model49-57
• 5.1.1. Model preparation49-52
• 5.1.2. Simulation of compression tests52-57
• 5.2. Case of a rigid berth57-62
• 5.2.1. Fender system parameters57-58
• 5.2.2. Simulation characteristics58-59
• 5.2.3. Simulation results59-61
• 5.2.4. Berthing impact energy61-62
• 5.3. Flexible dolphin model62-74
• 5.3.1. Monopile and soil characteristics62-64
• 5.3.2. Simulation characteristics64-67
• 5.3.3. Simulation results67-74
• 5.4. Discussion74-81
• 6. CONCLUSIONS81-83
• ACKNOWLEDGEMENT83-85
• REFERENCES85-91
• ACADEMIC PAPERS PUBLISHED DURING THE DEGREE91

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 Eswaran M;Akashdeep S. Virk;Ujjwal K. Saha;;規(guī)則和非規(guī)則激勵(lì)容器二維和三維晃蕩波的數(shù)值仿真(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2013年03期

本文編號(hào)：903631