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1、基于物理模型試驗的船冰碰撞損傷辨識研究Studyondamageidentificationofship-iceimpactbasedonmodeltest工程領(lǐng)域：船舶與海洋工程作者姓名：郭曉輝指導(dǎo)教師：黃焱教授企業(yè)導(dǎo)師：張曉高級工程師天津大學(xué)建筑工程學(xué)院2017年11月摘要船-冰碰撞是極地船舶船體外板強度設(shè)計中的控制載荷情形。為了滿足極地船型要求的抗冰等級和與之相匹配的船體結(jié)構(gòu)強度，基于規(guī)范設(shè)計往往是極地船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方法。然而，現(xiàn)行極地船級規(guī)范中對于船-冰碰撞載荷的描述僅以作用在特定區(qū)域上的靜態(tài)均布壓力來
2、表征，缺乏對船-冰碰撞載荷非線性時空演變過程的刻畫。為了細(xì)致探究船-冰碰撞過程中的載荷變化特征以及在非線性載荷作用下的船體結(jié)構(gòu)損傷行為，本文采用模型試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，對船-冰碰撞過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。本文首先以某極地船舶為原型在冰水池中開展船-冰碰撞模型試驗，并分別對試驗操作方法、船-冰撞擊位置、浮冰質(zhì)量與邊緣尺寸進(jìn)行率定。同時，依據(jù)對船-冰碰撞過程的解析，針對試驗?zāi)M提出了5項檢驗準(zhǔn)則，即過程完整性、過程合理性、測試連續(xù)性、分析示蹤性以及評估結(jié)果應(yīng)用性，最終確定了船-冰碰撞試驗的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法和碰撞載荷分
3、析流程。然后，在進(jìn)行多組次試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗結(jié)果分析了船-冰碰撞載荷的時空演變歷程。最終，根據(jù)試驗得到的船-冰碰撞載荷非線性特征，建立了與之相吻合的概化冰力函數(shù)，并將其作為后續(xù)船體損傷行為數(shù)值模擬的載荷輸入。在此基礎(chǔ)上，采用非線性有限元數(shù)值分析方法，即通過ANSYS建立船體局部板梁結(jié)構(gòu)模型，并考慮材料非線性，研究分析了基于非線性概化冰力函數(shù)的碰撞載荷對船首外板結(jié)構(gòu)帶來的損傷，并與基于規(guī)范靜態(tài)均布載荷的靜力分析結(jié)果進(jìn)行了對比。關(guān)鍵詞：極地船舶，模型試驗，數(shù)值模擬，冰力函數(shù)，損傷IABSTRACTShip-icei
4、mpacthasbeenthegoverningdesignscenarioforthedimensioningofthebowstructureforpolarclassedships.Tomeettherequirementsoficebreakingcapacityandhullstructuralstrength,rule-baseddesignisthemainprocedureinthestructuraldesignofapolarship.However,thecurrentrule-basedan
5、alysisoftheiceimpactloadisachievedthroughtheintroductionofauniformpressureappliedtothehullsurface.Thisuniformpressureapproachdoesnotaccountforthenon-linearspatialandtemporalvariationsobservedinthepublishediceloadmeasurements.Thispaperaimstoinvestigatethenon-li
6、nearvariationoftheiceloadduringship-iceimpactandstudythedamagebehavioroftheshipstructurebymodeltestingandnumericalsimulation.Firstly,aseriesofmodeltestswereperformedintheicetankofTianjinUniversitytoinvestigatetheinfluencesofseveralfactorsontheimpactload,suchas
7、thetestingmethod,theimpactlocation,themassoftheicefloe,andtheshapeofthefloe'sedge.Onthebasisofathoroughunderstandingoftheship-iceimpactprocess,thepresentstudyproposedfiveprinciplesforthemodeltestingofship-iceimpact,andestablishedthestandardtestingmethodanddata
8、processingprocedure.Basedonthepresenttests,thespatialandtemporalvariationsoftheimpactloadwereanalyzedindetail.Accordingtothederivednonlinearcharacteristicsoftheimpactload,asimplifi
