为保障船舶航运安全，研究船舶碰撞过程船体表面动力学数值仿真方法。考虑船舶的尺寸参数与材料性能参数，选取随动强化模型仿真船舶材料构建船舶有限元模型；设置碰撞速度、角度与位置，材料属性，接触力、摩擦力以及水流对船体的影响等参数，采用Ansys有限元软件内的显示动力学模块求解船舶碰撞过程船体表面动力学方程与能耗耗散方程。结果表明，船舶碰撞过程中损伤通常存在于碰撞区域内，以塑性变形为主；被撞船碰撞角度一致条件下，碰撞力上限值、均值同碰撞速度间呈正比例相关；碰撞速度一致条件下，碰撞力均值同碰撞角度之间呈反比例相关；碰撞角度同碰撞时间之间成正比例相关。
There is a certain probability of ship collision in the process of ship shipping, which may cause serious maritime accidents. Therefore, in order to ensure the safety of ship shipping, the numerical simulation method of ship surface dynamics in the process of ship collision is studied. considering the ship size parameters and material performance parameters, the follow-up strengthening model is selected to simulate the ship material and build the ship finite element model; The parameters such as collision speed, angle and position, material properties, contact force, friction and the influence of water flow on the hull are set. The display dynamics module in Ansys finite element software is used to solve the hull surface dynamics equation and energy consumption dissipation equation in the process of ship collision. The results show that the damage usually exists in the collision area, mainly plastic deformation. Under the condition that the collision angle of the collided ship is the same, the upper limit and mean value of the collision force are positively proportional to the collision velocity. Under the condition of consistent collision velocity, the mean value of collision force is inversely proportional to the collision angle; The collision angle is positively proportional to the collision time.
2022,44(3): 21-24 收稿日期：2021-08-08
DOI：10.3404/j.issn.1672-7649.2022.03.004
分类号：U661.43
作者简介：王艳华(1982-)，女，硕士，讲师，研究方向为基础物理
参考文献：
[1] 王少博, 张英俊, 胡鑫. 考虑船位预测不确定性的船舶碰撞危险度计算方法[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(1): 114–120
[2] 罗凯, 王凡超, 何秦. 基于流固耦合法的巡逻船首部结构耐撞性能研究[J]. 舰船科学技术, 2020, 42(5): 12–16
[3] 徐庆瑜, 梁卓中, 罗光闵, 等. 舰船结构水下爆炸喷流撞击之结构动态反应研究[J]. 中国造船暨轮机工程学刊, 2019, 38(1): 11–26
[4] 杨碧野, 黄志刚, 刘宁, 等. 船舶舷侧与小型冰山碰撞数值模拟分析[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(5): 78–86
[5] 张健, 王凯民, 许俊华, 等. 基于数值仿真与经验公式的船舶破冰阻力预报[J]. 舰船科学技术, 2019, 41(15): 1–6
[6] 韩煦, 刘爱华, 刘寒秋. 基于显式动力学理论的冰桨碰撞数值分析[J]. 舰船科学技术, 2020, 42(1): 32–37
[7] 侯淑芳, 周志军, 肖能齐. 舰船推进轴系动力学建模及冲击响应分析研究[J]. 三峡大学学报:自然科学版, 2020, 42(4): 94–100
[8] 张艳龙, 魏超, 王丽, 等. 含Dankowicz动摩擦的碰撞振动系统动力学分析[J]. 噪声与振动控制, 2021, 41(3): 14–20
[9] 董斌, 钱源, 李元泰, 等. 船体(平台)渤海冰区作业安全性分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(1): 145–151+169
[10] 张新宇, 曹俊伟, 骆伟, 等. 双壳船体结构在楔形物撞击下的损伤特性试验及数值仿真分析[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(1): 89–94
[11] 王香, 张永林. 基于ADAMS的AUV对接碰撞分析及多元非线性回归[J]. 舰船科学技术, 2020, 42(11): 89–94
[12] 刘俊杰, 夏劲松, 金言, 等. 冰-水耦合作用下船舶与浮冰碰撞动响应数值仿真研究[J]. 船舶力学, 2020, 24(5): 651–661
[13] 王贺元, 李佳, 王美玉, 等. 新五模类Lorenz系统的动力学行为分析及仿真[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(2): 164–170
[14] 王晓军, 吕敬, 王琪. 含摩擦滑移铰平面多刚体系统动力学的数值算法[J]. 力学学报, 2019, 51(1): 209–217
[15] 李志华, 贺英良, 吴晨佳. 基于量化状态系统的多体系统动力学求解方法[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(8): 2109–2115
