本文關(guān)鍵詞：基于FRP橋墩防撞浮箱碰撞過程精細(xì)化數(shù)值分析計(jì)算

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【摘要】：目前,橋墩防撞設(shè)施由彈塑性材料的鋼浮箱結(jié)構(gòu)發(fā)展到黏彈性材料的柔性防撞設(shè)施,船橋碰撞理論也由最初的靜力等效分析發(fā)展到以應(yīng)力波傳播與相互耦合為基礎(chǔ)的沖擊動力學(xué)分析。有限元數(shù)值分析計(jì)算也在船橋碰撞中得到廣泛應(yīng)用。本文依托黃花園嘉陵江大橋FRP橋墩防撞浮箱工程。采用顯式動力有限元分析軟件LS-DYNA對3號橋墩船橋碰撞過程進(jìn)行了精細(xì)化數(shù)值分析。本文的核心工作包括有限元數(shù)值模擬的精細(xì)化和船橋碰撞過程的精細(xì)化分析。有限元數(shù)值模擬的精細(xì)化主要為幾何網(wǎng)格、上部結(jié)構(gòu)對橋墩約束、碰撞接觸、沙漏控制、質(zhì)量縮放等方面的參數(shù)控制,同時以雙向流固耦合效應(yīng)模擬浮箱內(nèi)外流體的作用,并結(jié)合嘉陵江2m/s無偏航動水影響。碰撞過程的精細(xì)化則詳細(xì)分析了碰撞過程中的能量變化(橋墩吸收的能量與浮箱的耗能)、受力變化(船頭、浮箱、橋墩的應(yīng)力情況以及橋墩承受的撞擊力)、變形(船頭、浮箱撞深以及墩頂位移)、速度變化以及船舶、浮箱碰撞過程中的受損情況。本文通過近半年計(jì)算分析工作得到以下結(jié)論:(1)能量方面,橋墩吸收的能量有浮箱保護(hù)的工況中大幅降低,降低比例超過87%,靜水工況中降低最大為94.56%。浮箱耗能占船舶初始動能9MJ的74.0%-85.1%,以浮箱的變形內(nèi)能為主,體現(xiàn)了FRP橋墩防撞浮箱具有優(yōu)秀的耗能特性。(2)應(yīng)力方面,無浮箱工況橋墩截面最大拉應(yīng)力分別為21.13MPa、19.96MPa、24.07MPa,有浮箱保護(hù)的工況則為8.32MPa、5.18MPa、8.16MPa,減小比例為60.62%、74.05%、66.10%。橋墩截面最大壓應(yīng)力為25.12MPa。船頭和浮箱均表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。(3)橋墩撞擊力方面,無水、靜水、動水裸墩碰撞工況中橋墩承受的撞擊力為35.4MN、31.5MN、32.9MN,有浮箱碰撞工況中橋墩承受的撞擊力為5.94MN、5.25MN、5.06MN,撞擊力減小比例大于83%,小于橋墩實(shí)際抗力。(4)變形及位移方面,無浮箱工況下船頭撞深均超過0.8m,而有浮箱工況下船頭撞深為0.165m至0.289m,撞深減少比例為64.1%-80.2%。墩頂位移減少比例為64.4%-75.3%。(5)船頭、浮箱損壞方面,無浮箱碰撞工況中船頭損壞的體積比分別為15.09%、16.27%、14.91%,而有浮箱保護(hù)工況的船頭損壞體積比降低至8.00%、2.13%、1.54%。FRP浮箱整體損壞體積比例較小,最大為11.88%,集中在柱殼1-1、箱殼頂?shù)装�、箱殼�?cè)壁板、以及內(nèi)襯柱殼構(gòu)件上。(6)速度方面,橋墩的振蕩速度在浮箱的保護(hù)下大幅減小。(7)靜水、動水影響方面,除了動水碰撞工況橋墩吸收的總能量以及橋墩截面正應(yīng)力小幅度增加外,靜水和動水對于船橋碰撞過程中的變形、受力以及船舶、浮箱損壞比例均產(chǎn)生了有利影響。
【關(guān)鍵詞】：船橋碰撞 FRP防撞浮箱 精細(xì)化 接觸 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U443.26
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 選題背景11
• 1.2 防撞理念與設(shè)施11-12
• 1.3 船橋碰撞數(shù)值分析計(jì)算發(fā)展歷程12-13
• 1.4 本文主要研究工作13-15
• 第二章 FRP防撞浮箱的理論分析15-23
• 2.1 規(guī)范公式15
• 2.2 沖擊動力學(xué)15-17
• 2.3 FRP防撞浮箱的材料柔性分析17
• 2.4 FRP防撞浮箱的材料選擇17-19
• 2.5 FRP防撞浮箱結(jié)構(gòu)形式分析19-22
• 2.5.1 能量守恒分析19-21
• 2.5.2 FRP防撞浮箱結(jié)構(gòu)形式分析21-22
• 2.6 本章小結(jié)22-23
• 第三章 船橋碰撞有限元數(shù)值分析計(jì)算的關(guān)鍵控制參數(shù)23-61
• 3.1 接觸理論23-28
• 3.1.1 引言23
• 3.1.2 基本概念23
• 3.1.3 接觸算法23-24
• 3.1.4 接觸類型24-28
• 3.2 流固耦合28-39
• 3.2.1 引言28-29
• 3.2.2 LS-DYNA流固耦合介紹29
• 3.2.3 Lagrangian、Eulerian、ALE算法29-30
• 3.2.4 ALE算法理論基礎(chǔ)30-35
• 3.2.5 關(guān)鍵字35-39
• 3.3 沙漏39-46
• 3.3.1 引言39-40
• 3.3.2 LS-DYNA控制方法40-41
• 3.3.3 *CONTROL_HOURGLASS和*HOURGLASS沙漏控制41-46
• 3.3.4 結(jié)論分析46
• 3.4 上部結(jié)構(gòu)約束46-58
• 3.4.1 引言46-47
• 3.4.2 工程概況47-48
• 3.4.3 船舶碰撞橋墩力學(xué)模型48
• 3.4.4 全橋有限元試算48-50
• 3.4.5 自由墩有限元試算50-52
• 3.4.6 結(jié)構(gòu)力學(xué)力法求解52-53
• 3.4.7 結(jié)果代入有限元53-55
• 3.4.8 水平剛度有限元等代換算55-58
• 3.4.9 結(jié)論58
• 3.5 質(zhì)量縮放58-60
• 3.5.1 LS-DYNA計(jì)算時間步和質(zhì)量縮放58-60
• 3.5.2 LS-DYNA混合時間積分（子循環(huán)）60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第四章 有限元建模的精細(xì)化61-79
• 4.1 引言61
• 4.2 研究背景61-66
• 4.3 有限元建模66-78
• 4.3.1 幾何與網(wǎng)格66-69
• 4.3.2 材料69-70
• 4.3.3 相互作用關(guān)系（接觸與流固耦合）70-76
• 4.3.4 約束（橋墩上部結(jié)構(gòu)約束、墩底約束）76-77
• 4.3.5 其他參數(shù)設(shè)置77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 第五章 碰撞過程的精細(xì)化數(shù)值分析計(jì)算79-124
• 5.1 引言79
• 5.2 無水碰撞工況79-92
• 5.2.1 無水裸墩碰撞79-84
• 5.2.2 無水浮箱碰撞84-92
• 5.3 靜水碰撞工況92-104
• 5.3.1 靜水裸墩碰撞92-97
• 5.3.2 靜水浮箱碰撞97-104
• 5.4 動水碰撞工況104-118
• 5.4.1 動水對橋墩的影響104-105
• 5.4.2 動水對橋墩、浮箱的影響105-108
• 5.4.3 動水裸墩碰撞108-112
• 5.4.4 動水浮箱碰撞112-118
• 5.5 對比分析工況118-123
• 5.6 本章小結(jié)123-124
• 第六章 結(jié)論與展望124-126
• 6.1 本文完成的主要工作與結(jié)論124-125
• 6.2 本課題研究的展望125-126
• 致謝126-127
• 參考文獻(xiàn)127-130
• 在讀期間發(fā)表的論文及科研成果130

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 史宣琳;張新強(qiáng);;我國浮箱發(fā)展概況及應(yīng)用[J];黑龍江交通科技;2008年12期

2 薛楚書;;浮箱基礎(chǔ)[J];港工技術(shù)通訊;1975年04期

3 王中林;搖擺控制式浮箱防波堤[J];水運(yùn)工程;1980年09期

4 陸渝生;蔡傳國;;浮箱銷連接強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J];工程兵工程學(xué)院學(xué)報(bào);1989年02期

5 王景全;陳定華;;海運(yùn)后勤的登灘保障系統(tǒng)與浮箱工程[J];工程兵工程學(xué)院學(xué)報(bào);1991年04期

6 張雙喜;多功能的裝配式浮箱[J];中國水運(yùn);1996年02期

7 吳廣懷,孫蘆忠,沈慶,劉艇;有限條法在混凝土浮箱橋結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J];解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年03期

8 顏士成;;工程浮箱研制和應(yīng)用[J];鐵道建筑技術(shù);2006年05期

9 史宣琳;岳才林;陳興蘭;;國外浮箱的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J];國防交通工程與技術(shù);2008年06期

10 陳寶林;嚴(yán)建國;戴小平;孫蘆忠;;浮箱結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用與發(fā)展[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2008年13期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 吳廣懷;沈慶;孫蘆忠;;混凝土浮箱橋結(jié)構(gòu)靜力分析方法[A];第十屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅰ卷[C];2001年

2 翟高進(jìn);謝云平;薛云;;浮箱載船下水總縱強(qiáng)度分析[A];第四屆全國船舶與海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

3 夏鵬翎;趙志勛;;浮箱鏈軌式沼澤運(yùn)載車底盤設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討[A];2004年石油裝備年會暨慶祝江漢機(jī)械研究所建所40周年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

4 張延昌;謝云平;翟高進(jìn);胡禮明;;浮箱載船下水總縱強(qiáng)度分析[A];七屆更迭 三十回眸——第七屆船舶力學(xué)學(xué)術(shù)委員會全體會議論文集[C];2010年

5 謝凱;;三峽永久船閘浮箱施工監(jiān)理實(shí)踐[A];船閘科技2002-2005年度優(yōu)秀論文集[C];2006年

6 林江;;關(guān)于船閘閘門浮箱問題的思考[A];船閘科技2002-2005年度優(yōu)秀論文集[C];2006年

7 林江;;關(guān)于船閘閘門浮箱問題的思考[A];中國航海學(xué)會船閘專業(yè)委員會二屆二次年會論文交流論文匯編[C];2005年

8 王丹;В.Н.特里亞斯金;Ю.А.斯米爾諾夫;;基于俄羅斯浮船塢規(guī)范的浮船塢改造[A];第四屆全國船舶與海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

9 李建華;劉凡柏;王朝建;;“鹽湖探險(xiǎn)一號”鉆機(jī)的研制及西藏?zé)o人區(qū)科學(xué)考察[A];巖土鉆掘技術(shù)在資源、環(huán)境和工程建設(shè)中的應(yīng)用與發(fā)展學(xué)術(shù)論文集[C];2001年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報(bào)整理;饒河 浮箱固冰通道建設(shè)進(jìn)展順利[N];中俄經(jīng)貿(mào)時報(bào);2009年

2 記者 吳珊;中俄浮箱固冰通道項(xiàng)目投資企業(yè)會談在我市舉行[N];黑河日報(bào);2010年

3 記者 吳珊;中俄交通主管部門就黑龍江大橋及浮箱固冰通道項(xiàng)目舉行工作會談[N];黑河日報(bào);2011年

4 閆春虎;中俄界江固冰浮箱式通道開建 同江口岸冰上過貨期將延長[N];中國國門時報(bào);2007年

5 丁友 王樹林;首條中俄界江浮箱固冰通道年底開通[N];黑龍江經(jīng)濟(jì)報(bào);2008年

6 王立峰 記者 劉發(fā)奎;中俄浮箱固冰通道已開通運(yùn)營[N];佳木斯日報(bào);2008年

7 王云波;多樣化的“健身樂”[N];中國老年報(bào);2003年

8 桑樹　記者 潘帝同;同江至俄下列港浮箱固冰通道開始鋪設(shè)[N];佳木斯日報(bào);2009年

9 記者 吳珊;黑河-布市浮箱固冰通道鋪設(shè)位置確定[N];黑河日報(bào);2010年

10 劉發(fā)奎　張浩 記者 孫丹秋;中俄浮箱固冰通道再次開通[N];黑龍江經(jīng)濟(jì)報(bào);2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 董華洋;浮箱—水平板式浮防波堤水動力特性研究[D];大連理工大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭博文;FRP橋墩柔性防撞浮箱燕尾槽連接結(jié)構(gòu)行為研究[D];重慶交通大學(xué);2016年

2 楊繼;基于FRP橋墩防撞浮箱碰撞過程精細(xì)化數(shù)值分析計(jì)算[D];重慶交通大學(xué);2016年

3 高瑞宏;深水樁基礎(chǔ)施工平臺專用鋼浮箱設(shè)計(jì)理論與方法及其工程應(yīng)用[D];湘潭大學(xué);2013年

4 黎凡;高性能混凝土浮箱的市場現(xiàn)狀和前景研究[D];華南理工大學(xué);2014年

5 劉釗;基于NAPA的載船浮箱安全評估系統(tǒng)研究[D];江蘇科技大學(xué);2011年

6 袁盛良;浮箱式防波堤水動力特性試驗(yàn)研究[D];長沙理工大學(xué);2012年

7 潘敏;浮箱載船下水軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2012年

8 陸彥;大型浮箱門在動水中的穩(wěn)定性分析及試驗(yàn)研究[D];河海大學(xué);2002年

9 劉玉龍;波浪中浮箱運(yùn)動與三維液艙晃蕩的耦合研究[D];大連理工大學(xué);2014年

10 張潤華;抬船浮箱下水受力分析及研究[D];上海交通大學(xué);2010年

，

本文編號：752297