两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究
横浪作用下系泊船舶撞击能量的分析和研究
波 浪作 用 下 系泊 船 舶对 码 头 的 撞 击 问题 十分 复 杂 ，不 仅 与波 浪 特 征有 关 ，还 与船 舶 特征 、护 舷 及缆 绳 布 置 和性 能 等 因素 有关 。准 确 计算 船 舶 的撞 击能 量对码 头设 计 和码 头安全 有着 重要 意 义 。 从２ 世 纪７ 年 代 初开 始 ，同 内许 多 学 者对 该 问 题 ０ ０
２ ０年 １ 月 ０１ ２
水 运 工程
Ｐｏ ｔ ＆ Ｗ ａ ｅｒ ｙ ｒ ｔ ｗａ Ｅｎｇ ｎｅ ｉ ｇ ｉ ｅｒｎ
Ｄｅ ．２ ０ ｅ ０１
第 １ ２期
总 第 ４ ８期 ４
Ｎｏ ２ Ｓｅ ｉｌＮｏ ４８ ．１ ｒａ ．４
霸 用学工实分研 横 （泊，能 析究 浪大海程刘 和 书 作工士击凤 连岸国室 下郭家 理船重的 系近斌 大勇点 和， 海昌 舶验 滕 撞量
为合 理 制 定 工程 设计 规范 ，指导 工 程 设计 和码 头
变化规 律 ，并 结合 物 理 模 型试 验 进 行 数据 拟 合 ，给 出完整 的 系泊船 舶 撞 击能 量 估 算公 式 。 关 键 词 ：横 浪 ； 系泊船 舶 ；撞 击 能 量 ；试 验 拟合 中 图分 类号 ：Ｕ ６ １ ６ ． ３ 文 献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ： １０ — ９ ２ ２ １ ）２ ０ ８ — ５ ０ ２ ４ ７ （０ ０ １— ０ ８０
，
辽 宁 大连 １ ６ ２ ） １０ ４
摘 要 ：收 集 了 国 内 ５万～ ０万 ｔ ３ 系泊船 舶 在 横 浪 作 用 下撞 击 能 量物 理 模 型试 验 的 研 究 成 果 ，采 用 理论 结合 模 型 试 验 的 分 析 方 法 ，研 究码 头 系泊船 舶 在 横 浪作 用下 的撞 击 能量 规 律 。通 过 分 析 系泊船 舶 横 向撞 击速 度 随波 高、 水 深 、装 载度 等要 素 的
系泊船舶在横浪作用下撞击能量计算参数Cm取值研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ａｕ ｆ Ｃ ，ｔｅ ｃ ｅｆ ｉｎ ｆｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｍａ ｓ ａ ａ ｍｐ ｒａ ｔｉｆ ｅ ｃ ｎ ｔｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｖ ｌ ｅ ｏ ａ ｈ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｓ，ｈ ｓ ｎ ｉ ｏｔｎ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｈ ｉ ｌ
２１ ０ ２年 ３月
水 运 工 程
Ｐｏ ｔ ＆ Ｗ ａｅ ｗａ Ｅｎｇｎｅ ｉ ｇ ｒ ｔｒ ｙ ｉ ｅｒｎ
Ｍ ａ ． ０１ ｒ２ ２ Ｎｏ．３ Ｓ ｒａ ．４６ ｅ ｉ ｌＮｏ ４
第 ３期
总 第 ４４期 ６
■ 撞泊在作 击计数用究 陈算 研 系舶浪下 能 参取 际 横值 丰 量 船
吨 级 以上 船 舶 增 大 取 值 为 １ — ．。 ． ２０ ７
关 键 词 ：横 浪 ；撞 击 能 量 ；船 舶 附加 水体 质 量 系数 中 图分 类 号 ：Ｐ７ ３ ５ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １０ — ９ ２ ２ １ ）３ ０ ７ — ４ ０ ２４７（０２０—０８ ｇ ｆ ｍｏ ｒｎ ｈ ｐ ｉ ｈｅ ｂｅ ｍ ｅ ．Ａｔｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｒ ｓ ａ ｇ ｅ ｔｄｉ ｅ ｅ ｃ ｍｏ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ ｉ ｃ ｎ ｒｙ ｏ ｏｉｇ ｓ ｉ ｎ ｔ ａ ｓａ ｒ ｓ ｎ ，ｔ ｅ ｅ ｉ ｒ ａ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｎｇ ｆ
ｒ ｇ ａｉ ｎ ｏ ｔ ｓ ａｕｅ ｎｄ ｎ ｌ ｚｎ ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ｂｙ ｅ ｅ ｒｎ ｔ ｆ ｒ ｌ ｅ ｎ ｃ ｍｂｉ ｎ ｔ ｅ ｉ ｅ ｉ ｇ ｅ ｕｌｔｏ ｓ ｎ ｈｉ ｖ ｌ ，ａ ａ ａ ｙ ｉ ｇ ｈ ｒ ｓ ｌｓ ｒ ｆ ｒｉ ｇ ｏ ｏ ｍｕ ａ ａ ｄ ｏ ｎｉ ｇ ｈｅ ｎｇｎｅ ｒｎ
（． Ｃ ＣＷａｅ Ｔａ ｓｏｔｔ ｎＣ ｎｕ ａｔ Ｃ ．Ｌｄ， ｅ ｉｇ０ ０ ， ｈｎ ；２ Ｐ ｒｏ ａｉ ｕ ｏｉ ， ａ ａ １０ １ Ｃ ｉａ １ Ｃ Ｃ ｔ ｒｎｐ ｒ ｉ ｏｓｌ ｎｓ ｏ， ｔ．Ｂ ｉｎ １０ ７ Ｃ ｉａ ． ｏ ｆ ｌ ｎＡ ｔ ｒｙ Ｄ ｌ ｎ１６ ０ ， ｈｎ） ｒ ａｏ ｔ ｊ ｔ Ｄ ａ ｈ ｔ ｉ
船舶撞击作用下桥墩结构的能量转化分析
该桥主桥桥墩墩身为实体墩 ， 使用高桩承台和
（． １ 连云港水： 刊建筑安装工程有限公 司 ， 江苏 连云港 ２ ２ ０ ； ２ ００
２ ． 江苏省交通科学研究 院 长大桥梁健康 检测与诊断技术交通行业重点实验室 ， 江苏 南京 ２ ） １１２ １１
摘 要： 以某大桥主桥桥墩为工程背帚 ， 模拟分析桥墩在遭遇船舶撞 击作 用下， 经过船舶撞击 、 管桩 连接 系、 吊 钢
随着交通运输业 的不断发展 ， 特别是公路和铁
路建设 的加速 ， 矗立在水路运输航道上的桥梁越来 越多 ， 使得船舶撞击桥墩的事故 时有发生 。国内外 有关资料显示 ， 船舶撞击已成为航道上桥梁倒塌的
主要原 因之 一 。
一
条运输船舶偏离航道 ， 自下游方 向撞击主桥
桥墩水中施工平 台． 船舶巨大的冲击力使平 台下游 侧纵桥 向 ２ ｑ ２ ｍ的管桩连接系折弯后 ， 根 ｂ ０ｍ ８ 局 部 冲开钢围堰 吊箱下游侧钢板 ， 并撞击锚固在承台
２ Ｋｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ａ ｇ － ｐ ｎ Ｂ ｉ ｇ ａ ｔ ｎ ｐ ｃｉｎ ＆ Ｄｉｇ ｏ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｎ ｓｒ ｆＣ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ． ． ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆＬ ｒｅ ｓ ａ ｒ ｅ Ｈｅ ｌ Ｉ ｓ ｅ ｔ ｄ ｈ ｏ ａ ｎ ｓｓＴ ｃ ｎ ｌｇ Ｍｉ ｉｔ ｏ ｏ ｙ ｙ ｎ ｃ ｔ ｓ ｏ
桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究
桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究田力;邱志雄【摘要】桥梁防撞结构的设计需要研究桥梁遭受船舶撞击时的动态响应并获得准确的碰撞力.运用LS-DYNA软件建立了1座分离式桥墩模型和1艘3 000 t级的散货船模型来模拟船桥碰撞的过程.为了考虑流体在碰撞过程中的作用,计算时分别以不考虑流体影响、附加质量和流构耦合3种计算模型来分析、比较流体对船桥碰撞响应的影响,并得出以下结论:不同的计算模型的系统能量变化和船舶碰撞力基本一致,流体的存在对碰撞力的影响较小;桥墩的水平位移响应要滞后承台约0.2s,附加质量模型的桥墩和承台水平位移比其余2种模型要略大;附加质量模型的计算结果与流构耦合模型的计算结果基本一致,但附加质量模型具有更高的计算效率,其计算用时仅为流构耦合模型用时的2/5.【期刊名称】《交通信息与安全》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】7页(P120-126)【关键词】桥梁;船舶撞击;分离式模型;动态响应;附加质量;流构耦合【作者】田力;邱志雄【作者单位】天津大学建筑工程学院天津300072;天津大学土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072;曼彻斯特大学机械航天与土木工程学院英国曼彻斯特 M13 9PL;天津大学建筑工程学院天津300072【正文语种】中文【中图分类】U447在运输繁忙的内河与沿海航道上，船舶碰撞桥梁的事故时常发生，造成桥梁和船舶的损伤。
特别是近几十年来，我国经济迅猛发展，在城市化进程加速过程中，跨江、跨海大桥的大量兴建，以及水运需求量的不断增长使得各运输水域的船舶通航量大幅度增加。
这一系列的变化极大地方便了人们的生活，促进了社会的发展，但同时也使得船舶撞击桥梁的事件发生的更加频繁。
在研究船－桥碰撞问题时，获得准确的碰撞力、变形等响应是研究的主要目的。
由于桥梁配筋的复杂性，已有的数值模拟研究中的桥梁下部结构多采用整体式模型，通过提高混凝土的强度来考虑钢筋的影响。
单点系泊FPSO风浪流载荷下运动及其系泊力研究
ａ ＾吕 一 ， ０ ＿ 善 磐
２ 单点 系泊 系统频域 水动力分析
在 应 用 Ａ ＷＡ Ｄ ＩＴ计 算 单 点 系 泊 Ｆ Ｓ Ｑ ．Ｒ Ｆ ＰＯ 的 时 域 运 动 响 应 ， 用 Ａ ＷＡ．ＩＥ 果 文 件 中 调 Ｑ ＬＮ 结 ＦＳ Ｐ Ｏ的附加 质量 ， 辐射 阻 尼 以及 每个 波长 每个 波 浪方 向上 的漂移 力 ， 而 计 算 在 给定 的 波 浪谱 条 进 件 下 的 运 动 响 应 。 因此 ， 要 先 对 该 Ｆ Ｓ 需 Ｐ Ｏ进 行 频 域水 动力 分 析 ， 得 幅值 响应 算 子 ， 求 附加 质量 和
力情 况 。
图 ２ 内转塔 系泊 线布 置示意
１ Ｆ Ｓ 单 点 系泊 系统模 型 ＰＯ
１ １ Ｆ Ｓ 主 尺度参 数 ． Ｐ Ｏ 表 １给 出 了 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ的 主尺 度 。根 据 Ｆ Ｓ 型 ＰＯ 值建 立模 型并 划分 网格 ， 图 １ 见 。
表 １ Ｆ Ｓ 主 尺度 参 数 表 ＰＯ 总 长／ ｍ 型 宽／ ｍ
修 回 日期 ：０ １ ８０ ２ １ － －９ ０
作者简介 ： 刘元丹 （９ ７ ） 男 ， １８ － ， 硕士生 。 研究方 向： 船舶与海洋结构物设计制造
Ｅ－ ｉ：ｉｙ ａ ｄ ｎ ９ ７ １ ３ ｃ ｎ ｍａ ｌ ｌ ｕ ｎ ａ １ ８ ＠ ６ ． ｏ ｕ
１６ ４
单 点系泊 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ风浪 流载荷 下运动及其系泊力研究——刘元丹 ， 敬喜 ， 刘 谭安全
０
０２
０４
０６
０８
１０ ．
１２
圆周 率／ ａ Ｓ） （ ｄ・ ｒ
一 ０【固 口＝莲 ０∽ ＿ 一 ｌ 『 １ ｆ
船舶撞击带套箱桥墩的过程中能量转化仿真分析
船舶 ， 防撞系统 ， 桥墩 的弹塑性变形 、 失效 和船本身 的刚体运动
同时发生 ， 相互影响 ， 并瞬时完成 。 目前国内外研究主要局限于船舶直接与桥墩碰撞， 如何考虑 防撞设施在船舶撞击桥墩 的耗能作用成为近年来研究 的热点。
生在碰撞体 的局部 区域 。船体中后部 因远离碰撞 区域 ， 实际上 不产生或产生很小变形 ， 仅 提供质量 和刚度 ， 故可对该 部分作 相应 的简化处理 。对船舶模 型进行简化 。船 舶部位 的最小单 元特征长度为 ３ ０ ０ ｍｍ。船舶仿真模型如 （ 图１ 、 ２ ） 所示 （ 下图仅 示 出船艏部分 ， 船 艏以后 的结构 由于在碰撞 过程 中变形 很小 ， 采用 刚体模拟 ） ：
１ 船桥 碰撞 的有 限元 实现手 段
碰撞 的运动方程
＾ （ ｔ ） ＝尸 （ ， ｔ ）一 Ｆ（ ， 菇 ） 一ｃ ｘ＋ Ｈ（ ｔ ）
其中： Ｍ为质量矩 阵、 Ｐ为外力 向量矩 阵、 Ｆ为 内力 向量矩
阵（ 表示单元内力和接触力之和 ） 、 Ｈ为沙漏阻力 。 通过数值分析应用显 式 中心差分法来 求解 问题 。分 析过 程 的接触算法最 常见 的是罚 函数法 ， 本 文采 用本 文中采用 面 一 面双 向 自动接触方式 的罚 函数接 触算法 。对 于钢材料 本论文 采用 随 动 塑性 材 料模 型 来 进 行 船 舶 结 构 的有 限元 仿 真 模 拟 Ｊ 。对于混凝土材料本文采用 Ｈ— Ｊ —Ｃ模 型作为桥墩混凝 土数值仿真材料模 型＿ ２ Ｊ 。
２ ． １ 工程背景 本文分析 以福建省平潭 跨海 大桥 为工程背景 ， 并以平潭海 峡大桥通航主桥第 ４ ６ ＃ 墩为研究 对象 ， 分析 ４ ６ ＃ 墩在 ５ ０ ０ ０ Ｔ货
船 撞 击 下 的力 学 机 理 。 ２ ． ２ 有 限元 模 型 的 建 立 ２ ． ２ ． １ 船 舶 模 型 船 桥 碰 撞 属 于 低 速 瞬 间 碰撞 问题 ， 构 件 的 变 形 和破 坏仅 发
CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究
大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
学位论文题目： CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究作者签名：日期： 2020 年 5 月 14 日摘要悬链式浮筒单点系泊系统（Catenary Anchor Leg Mooring）使用一个大直径圆柱形浮筒作为主体，通过悬链式锚链固定在海底基础上。
油轮用缆绳系泊在浮筒转臂的系泊臂架上，在风、浪、流的联合作用下，油轮可以绕系泊点转动。
CALM系统属于柔性非线性结构，与大型船舶系泊时的双浮体耦合水动力响应问题十分复杂，单点系泊系统固有的非线性导致对油轮的动态响应表现出非线性动力学和不稳定性相关特征，水平运动甚至会变得混沌不可预测。
该系统可在外海作为输运码头使用，目前在我国仅有一套进口装置。
我国并未完全具备CALM自主设计能力，其原因之一是未能完全把握CALM系统在风、浪、流的联合作用下的动力响应规律。
采用物理模型试验方法，以拟建东营30万吨级原油进口泊位工程为研究对象，对系统在风、浪、流的联合作用下的动力响应问题开展研究，重点探讨该系统的自存能力、CALM系泊30万吨级油轮运动规律和允许作业标准。
研究结果表明：（1）CALM系泊30万吨级油轮系统具有很强的自存能力。
有效波高3.5m，周期8s的风浪场中，船舶系泊缆绳和CALM锚泊缆索依然具有4～5倍的安全系数。
有效波高Hs=6m、谱峰周期Tp=10.4s；流速1.2m/s；风速27.9m/s的动力组合作用下，6根锚索完整时，与锚链破断强度（考虑腐蚀）比较，有约3倍安全系数。
6根锚索中断裂1根时，安全系数降低为2.0左右。
船舶波浪载荷与砰击载荷的大尺度模型水弹性试验研究
海上风电站遭遇船舶侧向撞击时的结构动力响应分析
重 要 的现实 意义 和工程应 用价值 。 国际上 ， 国 的 Ｌｈ ｎ 德 ｅｍａｎ和 Ｂｅ ｌ 双 壳 油 轮 、 ｉ 【对 ｈ１ ３
般要 求 ， 洋 工 程 结 构 海
图 １ 的安全 性 进 行 了风 险评 估 ， 提
出了碰 撞 、 炸 、 爆 火灾 等事 故 风险 评估 的 方法及 降低 风 险 的相关技术 。美 国 Ｎ Ｅ （ ａ ｏ ａ Ｒ ｎｗ ｂｅＥ ｅｇ Ｒ Ｌ Ｎ ｔ ｎｌ ｅｅ ａｌ ｎｒ ｉ ｙ Ｌ ｂｒｔ ｙ 的 Ｊｎ ｍａ ａ ｏａ ｒ ） ｏ ｋ ｎ及 ＭＩ ｏ Ｔ的 Ｓ ｌ ｏ ｎ ｓ 开 发 了 ｃａ ｕ ｏ ｖ
础及塔架 的损 伤 变 形 形 式 、 内力 的 时 间历 程 及 碰撞 力
一
撞深 和能量 转 化 等 曲线及 相 关 数 据 ， 讨 论 了撞 击 并
速度对计 算结果 的影 响 。
１ 仿 真 模 型
１ １ 碰撞 场景 ．
舶撞击 的概 率将 不 断 增 加 。 因此 ， 对 海 上 风 电 站 的 针
关 方面对 海上 风 电站 研发 中 的关 键技 术 研 究 的重 视 。 总 体说来 ， 国外 相 比 ， 内对海 上 风 电场有 关 技术 的 和 国
研究 尚处 于起步 阶段 。
有 限元数 值仿 真技术 是 一项 已经在 船舶 碰撞 领 域 得到广 泛应用 并得 到 了验证 的技术 。本文 应 用 基 于该
技术 的非 线 性 有 限 元 动 态 响 应 分 析 程 序 Ｍ Ｃ Ｄ ｔ ｎ Ｓ ． ｙｒ ａ
对风 电站 结构 抗 撞 特 性 进行 了研 究 ， 得 了风 电站基 获
海上风力机基础防护装置在船舶碰撞下的动态响应研究
韩志伟＊＊ 李 春＊＊＊ 周红杰 丁勤卫 余 万 （ 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093） HAN ZhiWei LI Chun ZHOU HongJie DING QinWei YU Wan （ School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，
引言
随着海上风力发电产业的迅速发展，海上风力机 建设已从陆地向海洋发展。2016 年，陆上风电新增装 机容量占全球陆地装机容量约 13%，海上风电新增装 机容量占全球海上风电总装机容量约 15%。加之海
运航线逐渐变密，海上风力机与船舶的碰撞机率随之 增加［1］。同时 带 有 集 中 大 质 量 的 细 长 柔 性 结 构 海 上 风力机若发生碰撞极易发生倒塌，且顶部（ 叶片、机舱 等） 大质量结构在多种力的作用下倒向碰撞船体，造 成灾难性 的 后 果［2］。 研 究 船 舶 与 海 上 风 力 机 碰 撞 过 程，可为增强海上风力机各支撑结构的抗撞性能提供
Journal of Mechanical Strength
2020，42（ 1） ： 21-28
DOI： 10. 16579 / j．issn．1001. 9669．2020．01．004
海上风力机YNAMIC ＲESPONSE WITH CＲASHWOＲTHY DEVICES OF OFFSHOＲE WIND TUＲBINE FUNDATION TO SHIP IMPACT
关键词 三桩基础 海上风力机 碰撞 动力响应 防护装置 中图分类号 TK83 Abstract The probability of collisions between offshore wind turbines and ships increases with the development of offshore wind farm． Based on nonlinear dynamic analysis method，through LS-DYNA to simulate the 5000t ship impact a 4 MW offshore wind turbine tripod at different speed，study rubber-foam aluminum-steel crashworthy devices influence on structure dynamic response characteristics of tower in the process of collision． Comparison and analysis of energy conversion，maximum collision force and stress distribution at the collision between offshore wind turbine and ship collision system with or without guard． The results show that the top of the tower of wind turbine response inhibition effect is obvious after the installation of crashworthy devices； The biggest displacement，velocity and acceleration of top tower than the absence of protective device decreased by 56. 4%，27. 2% and 44. 2% respectively； Tower bottom structure deformation can be dramatically reduced，deep of tower less than the uncrashworthy devices； Crashworthy devices to avoid the collision force focused on tower，to a certain extent，reduce the concentration of stress． Key words Tripod； Offshore wind turbine； Collision； Dynamic response； Crashworthy devices Corresponding author： LI Chun，E-mail： lichunusst@ 163．com，Tel： +86-21-55271729，Fax： +86-21-55271729 The project supported by the National Natural Science Foundation of China （ No．51676131） ． Manuscript received 20180228，in revised form 20180326．
波浪作用下大型开敞式码头系泊船舶撞击能量研究
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｈ ｓｃ ｌｍｏ ｅ ｅｔ ｉ ａ ｔ ｎ ｒｙ ｏ ｏ ｎ ｈｐ ； ａ ｅｈ ｉｈ； ｖ ｅｉｄ ｗａｅ ｅ ｔ； ｙ ｗ ｒ ：ｐ ｙ ｉａ ｄ ｌｔｓ； ｍｐ ｃ ｅｇ ｆｍｏ ｒ ｇｓ ｉｓ ｗ ｖ ｅｇ ｔ ｗａ ｅ ｐ ｒｏ ； ｔｒｄ ｐｈ ｅ ｉ
国 内外 许 多专 家 对 船 舶撞 击 能量 问题 进 行 过 大量
１ 理 论分 析
理 论 分 析 法 是 通 过 对 系 泊 船 舶一 系 缆 系 统一
研 究 ，并 总结 出一 些 经 验公 式 ，但 基 本 上 都 是 针
对 ８万 吨 级 以下 的船 型 。 由于 近几 年 船 型 的 不 断
２１ ０ １年 ７月
水运 工程
Ｐｏ ｔ ＆ Ｗ ａｅ ｗａ Ｅｎｇｎｅ ｒｎ ｒ ｔｒ ｙ ｉ ｅ ｇ ｉ
Ｊ １２ １ ｕ． ０ ｌ
Ｎｏ ７ Ｓ ｒａ ． ５ ． ｅ ｌ ｉ Ｎｏ ４ ５
第 ７期
总第 ４ ５期 ５
刘 必 劲 ，张 亦飞 ，孙 昭晨 ，徐
伟
（１ 国 家 海 洋局 第二 海 洋 研 究 所 ，浙 江 杭 州 ３０ １ ； ． １０ ２
ｂ ｒｈ ｎ ｔｏ ｎ ｔ ｒ ｎ ｌｕ ｅ ｖ ｃｉ ｎ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌａ ａ ｙ ｉ ｎ ｄ ｌｔ ｓ．Ｂｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｍｐａ ｔ ｅ ｔ ｉ ｇ ａ ｐｅ ｅ ｍｉ ａ ｎｄ ｒ ｗａ ｅ ａ ｔｏ ｈ ｏ ｇ ｈ ｏ ｅｉ ａ ｎ ｌｓｓ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｌｚｎ ｈｅ ｉ ｃ ｅ ｅ ｇ ｆｍｏ ｒｎ ｈｉ ｓｗｉｈ ｒ ｓ ｃ ｏ ｔ ｖ ｉ ｈ ，ｗａ ｅ ｐ ｒｏ ，ｗａｅ ｅ ｔ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｓｏ ｈ ｈ ｐ ， ｎ ｒ ｙ ｏ ｏ ｉｇ ｓ ｐ ｔ ｅ ｐｅ ｔｔ ｈｅｗａ ｅ ｈｅｇ ｔ ｖ ｅ ｄ ｉ ｔ ｒｄ ｐ ｈ ａ ｄ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔｃ ｆｔ ｅ ｓ ｉ ｓ ｉ ｔ ｅ ｅ ｉｉ ａ ｏ ｍｕ ａ ｏ ｈ ｐ ｉ ａ ｔｅ ｒ ｙ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ，ｗｈｉｈ ｉ ｅ ｆｅ ｏ ｂ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｈ ｍｐ ｒｃ ｌｆｒ ｌ ｆｓ ｉ ｍｐ ｃ ｎｅ ｇ ｓｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｃ ｓｖ ｒ ｉ ｄ ｔ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ． ｉ
系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究
系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究发表时间：2019-04-02T16:23:48.353Z 来源：《基层建设》2019年第1期作者：李东1 王亚妮2 王立平2[导读] 摘要：应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性，建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型，研究表明:系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。
烟台中集海洋工程研究院有限公司山东省烟台市 264670烟台中集来福士海洋工程有限公司山东省烟台市 264670摘要：应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性，建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型，研究表明:系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。
在仿真过程中观察到了吸引子的共存和Hopf分岔。
局部分岔集将参数平面分为3个系统动力学行为本质不同的区域，极值系泊力水平与系泊系统的动力学行为有着密切的关系。
关键词：系泊系统；时域仿真；动力学特性；非线性对于非线性动力学系统而言，计算机数值仿真是获得其动力学响应的主要途径。
本文从非线性动力学系统的动力学特性分析出发，建立了系泊系统的多自由度计算机仿真模型，实现了对系泊系统动力学行为的定性和定量分析。
在建立仿真模型的基础上，对风浪流联合作用下系泊船舶的动力学响应进行了仿真研究，进而研究了其非线性动力学特性。
一、系泊系统的数学模型为了描述系泊船舶的运动，我们采用下述两个右手直角坐标系：一个是固定坐标系oxyz，它固联于地球之上，简称为定系；另外一个是运动坐标系G-XYZ，固联于船舶，随船一起运动，简称为动系。
动系的原点在船的重心G处，GX、GY、GZ轴分别是经过重心G的水线面、横剖面和纵中剖面的交线。
坐标轴的正向按右手系的规定，根据刚体的运动微分方程，考虑系泊船舶在水平面内的三个自由度运动，即纵荡、横荡和首摇运动，可以建立船舶在动系中的运动微分方程：二、计算机仿真模型的建立这一仿真模型，既可以对系泊系统的运动及动力学响应进行定量计算，也能够对其动力学特性如静止系泊点的运动稳定性、分岔特性等做出定性的分析，其基本功能包括：1、对某一特定系泊系统的动力学响应进行定量计算，能够获得其三个自由度运动和外力，如系泊力，的时间历程。
系泊船舶试验中风荷载的模拟
系泊船舶试验中风荷载的模拟
汤本靖;陈德春;周益人;张金刚
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2013(000)012
【摘要】基于大型LNG船舶系泊物理模型试验,对2种试验室风荷载模拟实现技术(风机法与挂重法)进行分析与对比.由风压力试验结果得出“风机法模拟风荷载结果与多个常用经验公式计算结果相差不大”的结论.风浪联合作用下的船舶系泊模型试验结果表明:单纯风工况下2种方法测得的系缆力有所差异,但叠加波浪荷载后这种差异变小且不同位置缆绳受力分配状况也有所改善.对上述结论及其形成原因进行与探讨,为船舶系泊物理模型试验中风荷载的合理模拟提供借鉴.
【总页数】5页(P30-34)
【作者】汤本靖;陈德春;周益人;张金刚
【作者单位】河海大学港口海岸及近海工程学院,江苏南京210098;河海大学港口海岸及近海工程学院,江苏南京210098;南京水利科学研究院河港所,江苏南京210024;河海大学港口海岸及近海工程学院,江苏南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究 [J], 赵明志;王震;周益人;琚烈红;李鹏;曹侃
2.规则波作用下系泊船舶荷载模型试验研究 [J], 张芹;王鉴义
3.船舶操纵模拟器在船舶系泊安全中的应用 [J], 富梁波
4.船舶操纵模拟器在船舶系泊安全中的应用探讨 [J], 唐成港;许鹏;刘敬贤;严庆新
5.波浪入射角度和周期对系泊船舶运动影响的数值模拟研究 [J], 袁治巍;柳淑学;李金宣;张昊宸
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离岸深水港码头系泊船舶系缆力和撞击能量
离岸深水港码头系泊船舶系缆力和撞击能量
杨国平;张志明;周丰;孙昭晨
【期刊名称】《中国港湾建设》
【年(卷),期】2010(000)0z1
【摘要】随着近岸深水岸线的逐步减少,以及船舶大型化的发展,码头建设向着条件更加恶劣的深水地区发展,离岸深水港码头的船舶系泊安全问题成为各方关注的焦点之一.在理论分析的基础上,针对影响系泊船舶系缆力和撞击能量的各种因素,开展了较为系统的物理模型试验研究,提出了多参数系泊船舶系缆力和撞击能量半经验半理论计算公式,并通过相关性分析,验证了公式的计算准确性,为保障离岸深水港码头船舶的系泊安全提供了技术支持.
【总页数】7页(P53-59)
【作者】杨国平;张志明;周丰;孙昭晨
【作者单位】中交水运规划设计院有限公司,北京,100007;中交水运规划设计院有限公司,北京,100007;中交水运规划设计院有限公司,北京,100007;大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】U656.126;U653.2
【相关文献】
1.离岸深水港码头系泊船舶运动量研究 [J], 张志明;周丰;杨国平;孙昭晨
2.离岸深水港码头系泊船舶系缆力和撞击能量 [J], 杨国平;张志明;周丰;孙昭晨
3.离岸深水港码头系泊船舶运动量研究 [J], 张志明;周丰;杨国平;孙昭晨
4.某开敞式码头船舶系缆力和撞击能量研究 [J], 吴希垚;尹永欣;孙瑞谦
5.浪流作用下系泊船舶撞击力和系缆力试验研究 [J], 李焱;郑宝友;高峰;孟祥玮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船舶撞击速度对海上风电站结构抗撞性能的影响
船舶撞击速度对海上风电站结构抗撞性能的影响李艳贞;胡志强;邹早建【摘要】为了研究船舶与海上风电站发生碰撞时海上风电站的损伤特性及其抗撞性能,利用非线性有限元动态响应分析程序MSC.Dytran模拟了一艘5 000 t船舶以不同速度侧向撞击目标风电站的动态过程.在仿真计算中,将船体作为刚性材料处理,风电站作为弹塑性材料处理,周围的水对船体的作用采用附连水质量法处理.通过仿真计算,得到了风电站的结构损伤特性、碰撞力-撞深曲线、能量转化曲线及其它相关数据.计算结果表明,风机的破坏主要表现为整体结构的屈曲和局部构件的断裂,撞击船初速度对风电结构的吸能-撞深曲线影响不大,碰撞力-撞深曲线呈现出强的非线性特征.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(024)003【总页数】4页(P213-216)【关键词】海上风电站;船舶碰撞;数值仿真;结构抗撞性【作者】李艳贞;胡志强;邹早建【作者单位】上海交通大学,船舶海洋与建筑工程学院,上海,200240;上海交通大学,船舶海洋与建筑工程学院,上海,200240;上海交通大学,海洋工程国家重点实验室,上海,200240;上海交通大学,船舶海洋与建筑工程学院,上海,200240;上海交通大学,海洋工程国家重点实验室,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】U661.4国际上尤其是欧洲,海上风电技术日趋成熟,已经进入大规模开发阶段.根据欧美海上风能资源分布及发展趋势分析,浅海域风力发电场的发展已经不能满足风能发展的要求,海上风电场将从3～50 m的浅海域向50～200 m的深海区域发展[1].通常这些风电场都靠近繁忙的航道.随着世界航运业的不断发展,船只吨位不断增大,航行速度不断加快，风电站遭受过往船舶撞击的概率也随之增大.虽然目前我国的风电场多是建在岸边和滩涂上,遭受船舶撞击的可能性不大，但是,随着电能需求的不断增加和海岸线空间的有限,我国的风电事业必然会向近海发展,风电站遭受船舶撞击的概率会不断增加.因此,研究海上风电站的结构抗撞性对我国未来安全利用海洋风能将提供一定的保障.非线性有限元数值仿真技术是一项已经在船舶碰撞领域得到广泛应用和验证的技术.文献[2]采用有限元分析软件对双壳油轮、单壳油轮、集装箱船、散货船等船舶类型与单桩、导管架、三脚架等基础形式的风电站结构碰撞问题进行过数值分析,比较了不同基础形式的风电站的抗撞能力,并提出了相应的防撞措施.由于目前尚没有统一的海上风电站抗撞性能规范,本文根据我国海洋工程界的一般要求,利用非线性有限元数值仿真技术,重点对一导管架式海上风电站结构遭受一艘5000 t船舶以不同速度侧向撞击时的碰撞特性进行了研究.仿真过程中忽略撞击船的变形,假定撞击船为一刚性体,风电站为弹塑性体.通过仿真计算,获得了风电站基础及塔架的损伤变形形式、内力的时间历程及最大碰撞力-撞深和能量转化等曲线及相关数据,并讨论了撞击速度对计算结果的影响.1 非线性数值仿真技术1. 1 碰撞运动方程及求解方法[3]在总体坐标系中,碰撞运动微分方程可表示为(1)式中,M为结构质量矩阵；C为结构阻尼矩阵；K为结构刚度矩阵；an，vn为tn时刻的加速度和速度；为tn时刻的位移和外载荷.将式(1)改写为(2)则(3)式中,为内力矢量,为剩余力矢量.采用集中质量,M为一对角阵,则线性方程组变为一系列关于各个自由度的独立一元一次方程,从而求出加速度(4)然后对时间积分求出vi,再积分一次求得di.在时间推进上采用中心差分法(5)以上求解碰撞运动微分方程的方法称为显式时间积分法.1.2 仿真程序MSC.Dytran在空间上的离散采用有限元法,有2个求解器: 拉格朗日求解器和欧拉求解器.这2种求解器可单独使用,分别求解结构和流体问题,也可一起使用,求解流体-结构耦合问题.在时间上的离散采用显式时间积分法,求解各个离散时间点的位置、速度和加速度.Kitamura等进行的实尺度实验表明,通过MSC.Dytran有限元系统所得到的数值仿真结果与实验结果有非常好的近似[4].2 风电站碰撞模型和关键要素2.1 风电站模型风电站上部结构包括塔架、机舱和叶片，其中机舱和叶片远离碰撞区,并非重点研究对象,作为刚体处理.塔架底端直径4 m,顶端直径3 m,壁厚20 mm.根据中国船级社《风力发电机组规范》(2008)的要求，材料按GB/T 700-2006选用Q235结构钢[5].风电站下部是导管架结构,高32 m,水下部分19 m,主要由3根立管和若干撑管构成.立管直径762 mm,撑管较多,直径也各不相同,都在450 mm左右.材料分别按API，ASTM和GB标准给定.图1为碰撞场景示意图，表1给出了风电站结构的主要尺寸和参数.图1 碰撞场景示意Fig.1 Collision scenario schematic表1 风电站结构的主要参数Table 1 Principal parameters of offshore wind turbine塔架重量/t叶片重量/t机舱重量/t叶片长度/m叶片中心距海平面高度/m1306.8×37636802.2 撞击船模型选取5000 t的船舶以不同初速度侧向撞击风电站,计算状态为满载,总排水量7.22×103 t.船的长度比风电场结构基础的宽度大得多,因而没有必要建立整条船的模型.本文仅取部分舱段的长度,并保证船的质量、重心等与实际一致,这样既保证了结果的可靠性,又大大提高了计算效率.图2为撞击船有限元模型图.2.3 材料特性与失效准则有关研究表明[6],船侧与风电场结构发生碰撞时,船侧的破坏程度远比风电场结构的破坏程度小,因此假定船侧为刚性体;处于碰撞区的风电场结构采用线性强化弹塑性材料.机舱和叶片远离碰撞区,作为刚性体处理.图2 撞击船有限元模型Fig.2 Finite element model of the collision ship屈服应力由式(6)给出[7](6)有关材料参数为:材料密度ρ=7.85×103kg/m3,弹性模量E=2.1×1011 N/m2,硬化模量Eh=1.18×109N/m2,泊松比ν=0.3,σ0根据不同的钢材取不同的值,εp为等效塑性应变.碰撞是一个动态响应过程,材料的动力特性影响不能忽略.本文采用与实验数据吻合得较好的Cowper-Symonds本构方程[7-8](7)其中,为塑性应变率是ε时的动屈服应力；D和q为常参数,通过实验确定,取D=40.4，q=5.失效准则是仿真过程的关键,采用最大塑性应变模型作为材料断裂及破坏的失效准则,失效应变取决于材料的物理特性及有限单元网格的属性.在此根据网格的大小和材料性质,取0.3作为失效应变.3 仿真结果在配置为双核CPU,2GB内存的个人计算机上,计算3种撞击速度分别耗用10，20，35 h,碰撞分别在1.0，1.5，2.5 s时结束,得到如下计算结果.3.1 不同撞击速度下导管架结构应力云图图3为3种不同撞击速度下导管架结构应力云图.从图3可以发现,结构的损伤及塑性变形主要出现在撞击区域,管节点处的应力和应变比其他地方大,最容易发生断裂破坏,撞击区内的一部分撑管因受较大的集中力产生了屈曲.从图3中3组应力云图易见,撞击速度越大,结构损伤越严重.若撞击速度在2 m/s以下,导管架结构没有单元发生破坏,而若撞击速度在2 m/s以上,导管架部分结构发生断裂破坏,且结构的变形较大,风电站已承受不住此当量能量的撞击.图3 不同撞击速度下导管架结构应力云图(单位： m/s)Fig.3 Stress distribution in jacket at different collision speed(unit:m/s)3.2 抗撞性能曲线图4为不同撞击速度下碰撞力-撞深曲线.从图4发现,5 000 t船撞击风机时,撞击位置相同,尽管撞击速度不同,但碰撞力-撞深曲线趋势相同,只是峰值不同,这说明碰撞力-撞深曲线的走势与撞击船的初速度无关,这是风电站自身的固有属性.船的初速度越大,风电站的反抗力也大,整个撞击过程中最大碰撞力也越大.碰撞力-撞深曲线经过线性阶段进入非线性阶段,这说明在碰撞初始阶段,材料还处于弹性区,随着碰撞力的增长,材料逐渐进入塑性区而发生破坏.线性阶段的斜率相同,约为1.2×108,反映了结构的固有耐撞性.图4 不同撞击速度下的碰撞力-撞深曲线Fig.4 Curves of collision force vs. penetration at different speed从5000 t的撞击船以1，2 m/s的速度撞击风机的碰撞力-撞深曲线上可以看出，碰撞力达到一定峰值后会出现卸载现象,卸载曲线的斜率跟起始阶段的斜率一致,原因是,撞击船的动能不足以使风机模型的单元发生破坏,当动能消耗完时,风机还具有一定的恢复能力使撞击船反弹,从而碰撞力出现卸载现象.若撞击船的动能足以使单元发生破坏,就不会出现此类卸载现象.图5为撞击速度为2 m/s时的能量转化曲线.从图5可知,5000 t船以2 m/s的速度撞击导管架式风电站结构,撞击船的总动能20.7 MJ,撞深h为1.1 m,碰撞力为F2.4×104 kN,结构总吸能19.5 MJ,占总能量的94.2%.撞击船的动能几乎完全转化为风电结构吸收的塑性变形能,可把这种碰撞情景作为完全非弹性碰撞处理,即Edis=mv2/2成立.图5 撞击速度为2 m/s时的能量转化曲线Fig.5 Curves of energy transformation at 2 m/s图6为不同撞击速度下的吸能-撞深曲线.从图6中发现,同一撞击位置时,不同撞击速度的吸能-撞深曲线几乎重合,低能碰撞的吸能-撞深曲线是高能碰撞的一部分,吸能-撞深曲线与撞击船撞击速度无关.由于低速碰撞的吸能-撞深曲线是高速碰撞的一部分,根据Edis=mv2/2,若已知船的撞击速度,就可以从高速碰撞的能量-撞深曲线中知道风电结构吸收的塑性变形能Ep,从而查出近似的撞深,进而根据撞深估计出风机的受损程度.这样只需计算高速碰撞情况就可以估计低速碰撞时对风机的损伤程度,省去了大量的仿真时间.图6 不同撞击速度下的吸能-撞深曲线Fig.6 Curves of energy absorption vs. penetration at different speed4 结论通过本论文的研究,得出以下结论:1) 在碰撞过程中,风电站最易于产生结构损伤的是下部导管架结构,该部分直接遭受船舶的撞击,产生结构损伤.风机的破坏主要表现为整体结构的屈曲和局部构件的断裂.2) 在同一撞击位置下,撞击船的速度只影响碰撞力-撞深曲线的峰值,不影响其走势.若撞击船的能量不足以使结构发生破坏,碰撞力按弹性阶段的斜率卸载.构件发生破坏之后,碰撞力-撞深曲线呈现出强的非线性特征.3) 撞击船的碰撞动能几乎全部转化为风机的塑性变形能,只有少许能量转化为沙漏能和风机的动能,可以近似地把船侧正撞风机的情景作为完全非弹性碰撞处理. 4) 在同一撞击位置下,撞击船初速度对风电结构的吸能-撞深曲线影响不大.由较高速度碰撞的吸能-撞深曲线可以估计同一吨位船舶以较低速度碰撞时对风机造成的破坏程度.参考文献[1] 宋础,刘汉中. 海上风力发电场开发现状及趋势[J].电力勘测设计,2006(2):55-58.Song Chu, Liu Hanzhong.The development and trend of wind power plant at sea[J]. Electric Power Survey & Design, 2006(2):55-58.(in Chinese) [2] Dalhoff P, Biehl F. Ship collision, risk analysis-emergence systerms-collision dynamics[C]//Copenhagen Offshore Wind.Hamburg Germany: [s.n.],2005.[3] 卞文杰,万力,吴莘馨. 瞬态动力学CAE解决方案MSC.Dytran基础教程[M]. 北京大学出版社, 2004.[4] 江华涛,顾永宁. 油轮艏部结构耐撞特性[J]. 上海交通大学学报, 2003,37(7): 985-989.Jiang Huatao, Gu Yongning. Collision characteristics of the bow structure of tanker[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2003,37(7): 985-989. (in Chinese)[5] 中国船级社. 风力发电机组规范[S]. 北京:中国船级社, 2008.[6] Biehl F, Lehmann E. Offshore wind energy[M]. Berlin Germany: Springer Berlin Heidelberg, 2006: 281-304.[7] 江华涛. 船舶碰撞与缓冲船艏结构研究[D]. 上海交通大学, 2002.[8] 王学蕾,张延昌,王自力.海洋导管架平台K型节点碰撞性能研究[J].江苏科技大学学报:自然科学版, 2007,21(4): 1-6.Wang Xuelei, Zhang Yanchang, Wang Zili. Study on collision behavior of K-joint in offshore jacket platform [J]. Journal of Jiangsu University of Science and Technology:Natural Science Edition, 2007,21(4): 1-6. (in Chinese)。
大型油轮系靠泊外海开敞式码头的船舶撞击力计算
大型油轮系靠泊外海开敞式码头的船舶撞击力计算周枝荣;邹颋【摘要】船舶撞击码头所产生的撞击力,是码头设计时的重要荷载,合理确定它的值很重要.由于相关影响因素很多,船舶撞击力计算公式尚存在一定差异,特别是针对大型油轮系靠泊外海开敞式码头时的船舶撞击力.分析国内外各种计算理论中的几个代表性公式,并进行比较分析.国内行业规范对船舶撞击力的计算值相较国外研究成果及物理试验结果均偏小,为了合理确定大型油轮系靠泊外海开敞式码头时的船舶撞击力值,对现行《港口工程荷载规范》采用的计算公式提出了改进建议.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P59-63)【关键词】大型油轮;开敞式码头;撞击力【作者】周枝荣;邹颋【作者单位】中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海200032;中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海200032【正文语种】中文【中图分类】U656.1+26船舶撞击码头所产生的力称为撞击力，是码头设计时的重要荷载，有时甚至是水工建筑物的控制性荷载，撞击力的计算值将最终反映在建筑物的形式和造价上，因此合理确定它的计算结果是一件至关重要的工作。
同时，随着船舶的大型化，我国正规划在开敞外海建设多座大型油船码头(30万吨级及以上)，为选取合适的码头附属靠泊设施进而合理确定码头结构形式，本文研究的重要性显而易见。
船舶撞击力根据发生的原因不同分别称为船舶靠岸撞击力和系泊船舶在横浪作用下的撞击力。
船舶靠岸撞击力是指当船舶靠岸时，船舶以靠岸速度触碰码头建筑物所产生的撞击力；系泊船舶在横浪作用下的撞击力是指系泊与系、靠船建筑物上的船舶在波浪作用下发生运动而碰撞建筑物产生的撞击力。
对于船舶撞击力的研究，目前主要有3种计算理论：动量理论、动能理论、振动理论。
3种理论基本原理不同，各自又具不同的局限性。
动量理论根据刚体碰撞时动量的变化等于其冲量的原理来计算船舶撞击力，其存在的主要问题是，现实中的船舶撞击建筑物时，船舶与码头的碰撞并非理想刚体碰撞，且碰撞的时间有很大的人为性和假定性；振动理论系根据碰撞过程中船舶与码头发生弹性振动计算船舶撞击力，其计算理论比较完善，但计算烦琐，且有些参数还难以确定。
基于碰撞仿真的桥梁船撞力规范公式的比较研究
基于碰撞仿真的桥梁船撞力规范公式的比较研究
王君杰;颜海泉;钱铧
【期刊名称】《公路交通科技》
【年(卷),期】2006(23)2
【摘要】对国际上现有的主要桥梁船舶撞击力的简化估算公式进行了概要的总结。
分别针对刚性壁情况和两个工程实例进行了船舶撞击力的仿真计算。
在此基础上,
对AASHTO规范船舶撞击力公式,欧洲统一规范船舶撞击力公式和我国铁路桥梁船舶撞击力规范公式的适用性进行了分析和评述。
指出了这些规范公式存在的一些问题,为正确地理解和使用这些提出了建议。
【总页数】7页(P68-73)
【关键词】桥梁;船撞力;FEM模拟;规范
【作者】王君杰;颜海泉;钱铧
【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U443.26
【相关文献】
1.基于船-桥碰撞接触时间的船撞力简化计算方法 [J], 方海;韩娟;刘伟庆;祝露;庄勇
2.桥梁防船撞钢套箱的碰撞力快速估算 [J], 潘晋;张敏;许明财
3.基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力-基本公式 [J], 王君杰;陈诚;汪宏;耿波
4.基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力--修正系数 [J], 陈诚;王君杰;汪宏;耿波
5.有防撞装置时计算船撞桥的力--铁路桥梁规范中船撞力公式的延伸修订 [J], 陈国虞
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式中： M为船舶总质量；vg为船舶重心横移速度； I为横摇时的质量惯性矩；ω船舶横摇角速度。 由于目前还没有针对邮轮这种特定船型的系 泊撞击能量研究，因此，运用风机法和挂重法这 两种风荷载模拟方法，分别进行单风、单浪和风 浪共同作用下的邮轮系泊撞击能量试验，通过试 验对比两种风荷载模拟方法的差别，为今后的邮 轮系泊撞击能量研究和邮轮码头设计提供参考。 1 1.1 1.2 模型试验 水位和潮流 码头前沿水深13.44 m,不考虑潮流。 动力要素 波浪要素选用波高为1.0, 1.5, 2.0及2.5 m，波
荣，为保证大型邮轮停泊的需求，码头系泊设施 不断向深水区域发展，使得邮轮系泊安全尤为重 要，系泊撞击能量是邮轮系泊安全的重要控制因 素。基于舒适性考虑，相比其他船型（散货船、 击能量也有更严格的要求。另外，邮轮上部受风 面积大，对风荷载的敏感度高，因此风荷载对邮
收稿日期：2012-09-20
油轮、 LNG 船、集装箱船），邮轮对运动量和撞
作者简介：赵明志（1988—），男，硕士研究生，从事河口、海岸动力学研究。
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水 运 工 程
2013 年
船舶系泊撞击能量的研究方法主要包括理论 分析、数值计算、经验分析，原型观测、统计学 方法和物理模型试验。理论分析是通过对系泊船 舶—系缆系统—防冲装置—系靠船结构进行合理 假设，推导得出系泊船舶撞击能量的计算公式。 舷线性变形的情况下进行理论分析得出撞击力解 析解。李向群 通过理论分析研究了多点系泊船舶 在波浪中的运动及系泊力；李玉成等[4-8]通过数值 模拟研究了系泊船舶动力响应和系缆力、撞击能 量等；经验分析的成果很多，其中，李玉成在综 合分析各种影响因素的基础上，结合试验资料提 出了撞击能量公式： E/H = a1 a2 a3 a4 k ` T j （1） T0 式中：T0为船舶自震周期；k为频率响应系数，与
๖ํಔ ๖ํனڸ
缆绳采用44 mm HMPE，缆绳破断力为1491.1 kN，
缆绳布置为3-2-2-2，系缆方式和护舷布置见图1，
22.5ʹtᥪᣂ
缆是 3 根缆绳，在试验中也归并为 1 根缆绳，初始 拉力为100 kN。
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试验中将同一位置的双缆归并为1根缆绳，其中艏
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22.5ʹtᥪᣂ
图1
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study the influence on the impact energy under the action of the single wind and single wave and under that of the weight. Test results show that the impact energy by the blower fan method is 17.4﹪ larger than that by method of increases.
combined wind and wave by two different wind simulation methods, i.e. blower fan method and method of hanging hanging weight under the combined action of wind and wave. In addition, the wind load has a great impact on the impact energy under that of the combined wind and wave, the impact energy will increase rapidly as the wave height
横移和横摇产生的，并将系泊船舶看成对称的弹 （2）
表1
型和模拟船型尺度和运动性能以及参数见表1。
试验选用22.5万t的当前世界最大邮轮,原型船
模型 6.241
实船 362
总长 垂线间 设计水线 型宽 型深 设计吃 设计排 方型系 棱型系 最大剖 浮心纵向位 浮心垂向位 重心位置 重心位置zg 水线面 B/ D/ 名称 Loa/ 长Lpp/ 长Lw1/ 水d/ 水量/ 数Cb 数Cp 面系数 置（距10 置（距基 xg（距10 （距基线） 系数Cwp Cm m m m m m m t 站）/m 线）/m 站）/m /m 5.690 330 5.798 336.3 0.810 0.431 0.158 47 25 9.15 97 417.4 0.686 0.690 0.861 0.499 0.686 0.690 0.861 0.995 0.995 -0.126 -7.286 0.087 5.036 -0.126 -7.286 11.194 0.193
舶左右两边受力分别为24.867 N和23.648 N。采用
4 500
700
700
5 000
图3
邮轮受风面及测点位置(单位:cm)
3.2
单风作用下的船舶撞击能量试验 在试验水位下，分别运用挂重法和风机法向
λJ=λL5，重力比尺λG=λL3，速度比尺λv=λL0.5。 2.1
船舶施加两组试验风荷载时，测出邮轮撞击能量大 小相近且很小。风速为13.8 m/s时，系泊撞击能量为 3.3 单浪作用下船舶撞击能量的试验 289 kJ；风速为22.4 m/s时，系泊撞击能量为659 kJ。 单浪试验采用了4组波高(1.0,1.5,2.0和2.5别进行单风、单浪和风浪共同作用下的系泊撞击能量试验，研究在风机法和挂重法两种
用时的撞击能量远大于单浪作用时的撞击能量。
Model test on impact energy of moored cruise under two different wind loads simulation methods
22.5万t邮轮船体要素
1.4
码头结构、护舷及缆绳布置 码头结构均采用直立式沉箱结构，码头高
1.5
试验设备 试验在波浪港池进行，港池长50 m,宽17.5 m,
计反力 2 588 kN，沿码头长度方向15 m均匀布置。
15.8 m,采用SUC1450两鼓一板高反力橡胶护舷，设
高1.2 m,布置见图2。试验运用总力（拉压力）传
式为：
试验波浪滤定采用JONSWAP谱，其表达
-6
p 2 2
s (f) = aH s2 T p4 f 5 exp 8- 5 ^Tp f h- 4 B cexp -^T f - 1h /2v （3） 4
@
3组周期(5,8,10 s)的横浪, 图4给出了邮轮受到不同
a=
0.062 4 0.230 + 0.033 6c - 0.185^1.9 + c h- 1 （4） f 1 fp f H fp （5）
Key words: cruise; impact energy; blower fan method; method of hanging weight
随着经济不断发展，世界邮轮旅游业日趋繁 轮系泊撞击能量的影响很大，在船舶系泊撞击能 量模型试验中，风荷载的模拟方法有风机法和挂 重法两种方法：风机法是将风荷载作为均布荷载 进行模拟，假定风场恒定均匀，使用风机来模拟 不同速度的风场；而挂重法是通过公式计算出风 荷载大小，然后以挂重方法作为集中荷载进行模 中没有邮轮风荷载大小的计算方法。 拟，但在JTS144-1—2010《港口工程荷载规范》[1]
船舶系缆方式
图2
港池布置
第4期
赵明志，等：两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究
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91
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感器是应变式的，采用一体化防水结构，分辨率 船舶撞击力和撞击能量采用 2008 型护舷缆力仪进 试验内容 分别进行了单风和单浪作用下的试验以及两 种不同风荷载模拟方法下的风浪共同作用试验，以 分析单因素和多因素情况下的邮轮撞击能量。 2 模型相似 试验遵循《港口工程技术规范》和《波浪模 型试验规程》的规定，采用正态模型，按重力相 似设计，模型几何比尺 λ L比尺为 1∶58 ，波高、波 力比尺 λ F = λ L 3 ，质量比尺 λ M = λ L 3 , 质量惯性矩比尺 波浪模拟 长、水深均按几何比尺λ计算；时间比尺λT=λL0.5， 为0.01 N，自振频率为1 000 Hz，温度稳定性高，
moored ship under the action of the single wind and single wave, and under that of the combined wind and wave,
Abstract: Based on the conditions of a 225 000 DWT cruise, we carry out tests on the impact energy of a
(1. Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210024, China; ZHAO Ming-zhi1, WANG Zhen1, ZHOU Yi-ren2, JU Lie-hong2, LI Peng3, CAO Kan1 3. China Power Investment Corporation Jiangsu Branch, Nanjing 210008, China)
测点安装总力测力块，用风机向船舶施加均匀风 速，总力多功能监测系统测量出静止时的邮轮两 力分别为7.995 N和7.566 N；风速为22.4 m/s时，船 个测点受力。风速为13.8 m/s时，船舶左右两边受
行测量。 1.6
挂重法时，重物通过细绳和滑轮悬挂于邮轮，细 绳和邮轮的连接点为测力时的测点处，测点位置 以及邮轮受风面见图3。
S.Nagai 在只考虑系泊船舶的横移、横摇以及护
[2] [3]
船舶吨级有关。范自明[9]将船舶撞击能量作为船舶 性体，提出撞击能量公式