散货船与桥墩碰撞力的经验公式与数值模拟对比研究

本文介绍了目前几种常见的船桥碰撞力估算公式,并采用这些公式分别计算了四艘三峡标准散货船在各种航速下撞击桥墩的碰撞力。根据三峡标准散货船的设计图纸建立船体有限元模型,通过数值模拟计算了不同吨级、船速下的船桥碰撞力曲线。在桥梁设计时,该曲线可以为该类船舶-桥墩碰撞力计算及评估提供参考。结合经验公式的推导过程,通过船桥碰撞力经验公式与有限元数值仿真分析计算结果表明,铁路桥涵设计规范的船桥碰撞力公式更适合于斜艏500至3000吨级散货船,而美国公路桥梁设计规范的船桥撞击力计算公式对该类型吨级船舶的碰撞力结果偏大。     

半潜式平台结构抗撞性能研究

在分析显示非线性有限元基本理论和碰撞仿真关键技术的基础上,研究了半潜式平台在遭遇船舶正向撞击时的抗撞特性及其影响因素。模拟了整船与半潜式平台的碰撞,船首结构及半潜式平台立柱结构模拟为弹塑性材料,并考虑船舶与半潜式平台运动惯性的影响,定义了三种不同的碰撞场景,撞击船分别沿纵向、横向和斜向撞击平台立柱,获取了碰撞力——撞深曲线、各构件能量吸收和结构损伤变形等。重点讨论了半潜式平台立柱在不同撞击位置条件下的撞击特性,分析了影响结构碰撞性能的因素,包括结构特性和撞击位置,提出了改善半潜式平台抗撞性能的一些建议     

海上风电站遭遇船舶侧向撞击时的结构动力响应分析

海上风电站的抗撞特性是设计中必须考虑的要素之一。利用非线性有限元动态响应分析程序MSC.Dytran模拟了一艘5000吨船舶以不同速度侧向撞击海上风电站的动态过程,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。根据数值仿真计算结果,分析了风电站的结构抗撞特性,并对撞击过程中风电站的结构变形特征以及撞击能量对风电站结构损伤的影响程度进行了探讨。     

桥梁防船撞钢套箱的碰撞力快速估算

研究船舶与单墩桥梁防撞钢套箱艏尖舱的碰撞过程,探讨碰撞力快速估算及防撞装置模块化设计的可行性。首先采用非线性有限元方法模拟1 000吨级三峡标准散货船与钢套箱式桥梁防船撞装置的碰撞过程,分析了防撞钢套箱艏尖舱在不同的斜边角和船舶碰撞速度下的能量吸收特性以及传递至桥墩的碰撞力特性,得到的结果可为防撞钢套箱外形的选择提供参考。对所选择的防撞钢套箱形式,采用Boltzmann函数拟合了撞击船速与桥梁所受横桥向及顺桥向碰撞力之间的关系,该拟合公式可以用于此类防撞钢套箱方案设计阶段的撞击力快速估算。     

船撞设计冲击谱研究

针对桥梁船撞设计规范中所用等效静力法忽略船桥碰撞动力本质及有限元数值模拟方法要求高、计算量大等缺点,借鉴地震反应谱概念提出船撞设计冲击谱方法。用有限元模拟不同吨位船舶在不同速度下撞击刚性墙,获得81条撞击力时程。计算不同周期、不同阻尼比单自由度体系在撞击力时程作用下位移放大系数。通过寻找位移放大系数统计规律,给出用于桥梁船撞工程设计冲击谱及具体使用步骤。     

两类船-桥碰撞力差异及桥梁结构响应分析

 船桥碰撞是跨航道桥梁需考虑的重要问题。本文以美国AAHSTO规范推荐两类船舶为例,研究了驳船和散装货轮撞击桥梁后碰撞力、船艏刚度和碰撞能量的变化过程,讨论了导致两类船舶碰撞力、船艏刚度和碰撞能量变化差异的原因,分析了两类船桥碰撞桥梁结构的主要响应,并将本文动力模型计算响应与已有规范计算得到响应进行了对比。结果表明,两类船舶不同的船艏外形及内部构造会对碰撞力造成较大影响;同等吨位和碰撞速度下,驳船碰撞峰值荷载比散装货轮大,驳船碰撞的墩顶位移比散装货轮小,基底剪力和弯矩比散装货轮大,驳船与散装货轮作用下桥梁结构响应的动力反应系数存在较大差异;不同规范对于碰撞荷载规定差异较大,欧洲规范计算得到响应总体较大,中国公路规范荷载对于内河船舶撞击计算得到的响应最小,中国铁路规范计算得到的响应与其他规范海轮撞击响应进行对比最小。     

考虑流体效应的船-桥碰撞数值模拟法研究

有别于传统的不考虑流体对被撞桥墩影响的船-桥碰撞问题,该文在动水压力计算的基础上,建立了考虑流体效应的船-桥碰撞的附加质量计算模型,并与流构耦合计算模型以及不考虑流体影响的计算模型在能量转换、碰撞力、船艏撞深、桥墩位移、应力、截面内力以及计算效率等方面的结果进行了比较分析。结果表明:流体对船艏碰撞力影响较小,但能降低船舶的损毁程度;流构耦合计算模型中的墩顶水平位移响应要略小于附加质量模型和不考虑流体影响时的计算结果;不同计算模型所得桥墩有效应力基本相同且具有相同的分布规律;船-桥碰撞附加质量模型在计及流体与结构相互作用的同时,具有较高的精度和计算效率。     

基于神经网络技术的南京长江大桥桥墩船舶撞击力识别

主要研究基于神经网络技术的南京长江大桥桥墩船撞力识别。在建立了南京桥4#桥墩的空间有限元分析模型后,对4#桥墩进行了动力特性分析;基于MATLAB平台建立了“船撞力-响应”神经网络,由沃辛试验船撞力曲线计算得到了船对桥墩的撞击响应并作为神经网络训练的样本。仿真计算结果表明,由桥墩墩顶的响应可有效识别船舶撞击力的大小、方向和撞击位置,该神经网络可用于有、无噪声干扰的船撞力识别,并且具有良好的容错性和鲁棒性。     

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。     

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.     

轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型

建立了3000DWT-50000DWT范围内的四艘代表轮船的碰撞有限元模型,采用LS-DYNA软件计算了船舶在1.0m/s-5.0m/s冲击速度范围内的与刚性墙面的碰撞力时间过程样本。根据对碰撞力时间过程样本曲线的观察和面向工程设计的需要,提出了三种轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型,即半波正玄荷载模型、修正的半波正玄荷载模型和分段荷载模型。碰撞时间过程的样本计算表明,碰撞力过程总的持续时间以及碰撞过程的冲量与冲击速度具有很好的简单关系,离散性很小。根据冲量相等的基本原则,提出了冲击荷载模型参数的确定方法,通过对四艘代表船舶计算结果的回归分析,得到了模型参数的统计回归关系。以轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型可建立桥梁船撞动力设计方法,以替代目前的桥梁船撞等效静力设计方法。     

横向撞击力对铁路桥梁及行车影响的模型实验研究

高速铁路高架桥梁很多,跨越公路的桥墩被汽车撞击所引起的振动会影响列车运行安全。本文利用车—轨—桥耦合动力试验平台,通过模型试验研究了横向撞击力对桥梁及桥上车辆运行安全的影响规律。试验过程中采集了撞击处撞击力时程、桥墩底部动应变、墩顶动位移、墩顶加速度时程,梁1/4,1/2,3/4处的横向动位移和加速度时程,以及车辆的三向车体加速度时程,计算得到桥墩自振频率等振动特性。分析了车桥系统有无撞击力作用时的动力响应,以及撞击力对桥梁及桥上运行车辆的影响规律。结果表明,横向撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对车辆运行安全有很大的影响。最后根据撞击力时程探讨了瞬态撞击力的等效静力计算方法并验证,为工程设计提供参考。     

超高车辆撞击钢桥上部结构模型试验研究

针对当前城市交通中凸显的车桥碰撞问题,设计了超高罐车撞击钢箱梁桥和钢板梁桥的缩尺模型试验,并采用动力非线性有限元对撞击试验进行了数值模拟。试验结果表明不同桥型在超高车辆的撞击下,其破坏模式有着明显的差别,钢箱梁桥以整体变形为主,钢板梁桥以局部冲切变形为主。文中建立的有限元模型和试验结果吻合良好     

Effect of liquid layer on the motion of particle during oblique wet collision

Collisions between particles and the wall covered by a liquid layer play an important role in many different industrial processes (e.g., chemical, pharmaceutical, and transportation). Understanding the rebound motion law of the collision between particles and the wall covered by a liquid layer is vital to ensure the high efficiency of processes such as wet granulation and fluid catalytic cracking. In the present study, we investigated the influence of different collision angles on the liquid bridge geometry, particle motions, particle energy, and other collision details based on the oblique collisions between particles and the target plate covered by a liquid layer. Results showed that the collision angle of particles has a great effect on the liquid bridge geometry. Moreover, the liquid bridge caused by different collision angles initially increases the particle deflection angle difference and then decreases, and this influence gradually increases with the increase of the collision angle. In addition, the collision angle greatly affects the particle’s energy.     

泰州大桥中塔墩防船撞研究

泰州大桥主墩位于航道边缘,可能遭受船舶的撞击。为保护大桥,综合考虑多种因素研究大桥中塔墩防船撞方案。针对泰州大桥三塔悬索桥型,结合通航船舶规划、桥梁参数、桥墩基础特点,开展防撞研究,提出针对性防撞方案,进行防撞特性计算分析,确定防撞方案的技术、经济特性。通过有限元数值仿真技术,研究泰州大桥在船舶撞击下的安全性和防撞方案的有效性。     

油管碰撞噪声治理技术研究与应用

油管碰撞噪声是油管厂首要噪声源,危害极大,国内外尚无较好的解决办法。通过分析油管在管桥上的滚动特性,弄清管桥架坡度设置的科学依据,找出油管碰撞噪声的根源和规律。以此为理论基础,研制油管防撞装置,对油管在管桥架上的滚动进行强制约束,避免油管之间发生碰撞,同时实现油管强制排列到位,成功解决油管碰撞噪声问题。     

碰撞检测技术及在桥梁视景仿真中的应用

碰撞检测（Collision Detection）及优化是视景仿真技术中一项非常重要的技术,文中通过对碰撞检测理论的论述,概要介绍了碰撞检测算法关于时间域与空间域的不同分类方法,并讨论如何优化碰撞检测的方法,以减少运算时间与复杂度。通过视景仿真中桥梁碰撞检测的实例对碰撞检测理论及优化算法进行了验证。