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基于LS-DYNA仿真模拟对船桥撞击的研究

作　者: 熊安平
导　师: 谌润水; 程海根
学　校: 华东交通大学
专　业: 桥梁工程
关键词: 船桥撞击撞击力动力放大系数 HJC材料模型合理性研究
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着中国高速铁路的快速发展以及交通网络的不断完善，我国跨江大型桥梁的建设也是不断的在增多。因此，船舶撞击桥梁下部结构导致损坏或坍塌的事故也是经常发生，然而船舶撞击桥梁的研究在我国近年来才得到足够的重视。并且我国规范公式对撞击力的考虑过小导致了桥梁的设计不足以承受船舶撞击荷载。因此对于我国设计规范公式中船桥撞击力过小原因的研究以及改进将不容忽视。近年来，运用仿真软件对船桥撞击过程的分析已经非常的广泛，本篇论文也是基于LS-DYNA仿真软件对船桥撞击进行研究的，主要工作如下：（1）结合LS-DYNA软件理论和笔者实际操作中的总结对接触类仿真模拟过程中最常见的问题进行了详细的介绍。如：沙漏问题、单元失效、计算时间、滑动界面能、穿透问题。（2）从我国铁路桥涵设计规范船桥撞击力计算公式的理论推导找出了导致撞击力过小的原因即弹性变形系数c1+c2。接着对不同速度、质量的船舶撞击刚性墙进行了仿真计算，分析计算结果拟合出了大刚度船舶撞击条件下弹性变形系数的计算公式。之后对该计算公式的正确性进行了分析，与欧洲规范船桥撞击力公式的计算结果非常的接近，从而得出改进的船桥撞击力公式是趋于合理的。（3）通过对不同刚度和质量的船舶撞击承台的仿真模拟以及动力学理论推导得出影响桥梁动力放大系数的因素，并最后总结出在某一范围内对动力放大系数取值的方法。（4）对船舶撞击不同材料模型的桥梁下部结构以及船舶撞击桥梁下部结构的不同位置进行LS-DYNA软件仿真模拟。对比不同撞击位置下桩顶的位移、撞击力、动力放大系数以及对比不同材料模型下桩顶的位移、撞击力，总结出在船桥撞击研究过程当中模型在特定情况下的简化是否合理。结果表明，在研究撞击力时把桥梁下部结构简化为刚性墙是合理的；在动力放大系数影响因素及取值的分析中只考虑了船舶撞击承台这种情况也是合理的，因为撞击位置对动力放大系数影响比较小。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
主要符号说明  9-10
第一章绪论  10-25
  1.1 前言  10-12
  1.2 船桥撞击的研究现状  12-20
    1.2.1 概述  12
    1.2.2 船桥撞击的计算理论  12-20
  1.3 船桥撞击力的主要计算公式  20-25
    1.3.1 Woisin 公式  20-21
    1.3.2 Minorsky,Gerlach,Woision 公式  21
    1.3.3 Saul-Svelsson,Knott,Greiner 公式  21
    1.3.4 AASHTO 规范公式[3]  21-22
    1.3.5 欧洲规范公式[4]  22
    1.3.6 我国《铁路桥涵设计基本规范》公式  22-23
    1.3.7 我国《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）  23-25
第二章船桥撞击有限元方法及软件技术  25-41
  2.1 Ls-dyna 软件介绍  25
  2.2 非线性有限元控制方程及解法  25-27
  2.3 接触类型的介绍  27-29
  2.4 能量问题  29
  2.5 仿真过程中应该注意的问题  29-40
    2.5.1 沙漏问题  29-32
    2.5.2 单元失效准则  32-34
    2.5.3 缩短计算时间的方法介绍  34-36
    2.5.4 关于滑动界面能的问题  36-38
    2.5.5 穿透问题  38-40
  2.6 本章小结  40-41
第三章基于仿真分析的弹性变形系数计算公式  41-64
  3.1 概述  41
  3.2 对我国铁路桥涵规范撞击力公式分析  41-46
    3.2.1 我国现行铁路桥涵设计原理基本规范撞击力公式[6]  41-44
    3.2.2 导致铁路桥涵设计原理基本规范撞击力公式偏小的因素  44-46
  3.3 基于船舶正面撞击仿真分析的弹性变形系数简化计算公式  46-56
    3.3.1 船型、尺寸及有限元模型  46-48
    3.3.2 单元的材料模型  48-49
    3.3.3 仿真分析与理论解析的差异  49-50
    3.3.4 最大撞击力与碰撞速度的关系  50-51
    3.3.5 最大撞击力与船舶质量的关系  51-52
    3.3.6 弹性变形系数简化计算公式  52-56
  3.4 弹性变形系数（？）拟合过程中的误差及正确性研究  56-62
    3.4.1 检查各种能量的正确性  56-58
    3.4.2 弹性变形系数公式拟合过程中误差导致公式正确性的研究  58-61
    3.4.3 对改进的我国铁路桥涵设计规范撞击力与欧洲规范撞击力比较  61-62
  3.5 本章小结  62-64
第四章船桥撞击过程中动力放大系数的探讨  64-75
  4.1 概述  64
  4.2 动力放大系数的介绍  64-66
  4.3 船桥撞击有限元模型  66-67
  4.4 船舶刚度对动力放大系数影响的分析  67-71
  4.5 船舶质量对动力放大系数影响的分析  71-73
  4.6 本章小结  73-75
第五章对于简化模型进行仿真模拟的合理性研究  75-95
  5.1 概述  75
  5.2 对 HJC 材料模型的介绍[8]  75-78
  5.3 船舶撞击刚性墙  78-79
  5.4 船舶撞击为弹性材料的桥梁下部结构  79-87
    5.4.1 船舶撞击桥墩  80-81
    5.4.2 船舶撞击承台  81-82
    5.4.3 船舶撞击桩基础  82-84
    5.4.4 不同撞击位置下桥梁下部结构的响应比较  84-85
    5.4.5 各种工况下的能量守恒  85-87
  5.5 船舶撞击为 HJC 材料模型的桥梁下部结构  87-92
    5.5.1 船舶撞击桥墩  87-88
    5.5.2 船舶撞击承台  88-89
    5.5.3 船舶撞击桩基础  89-90
    5.5.4 不同撞击位置下桥梁下部结构的响应比较  90-92
  5.6 不同材料模型下桥梁结构响应及撞击力的比较  92-93
  5.7 本章小结  93-95
第六章展望  95-96
参考文献  96-98
个人简历在读期间发表的学术论文  98-99
致谢  99

基于LS-DYNA仿真模拟对船桥撞击的研究

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