留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

船首结构冰致动力响应的准静态等效研究

赵瑾 王燕舞 李哲 冯国庆

赵瑾, 王燕舞, 李哲, 等. 船首结构冰致动力响应的准静态等效研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 19(X): 1–9 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03074
引用本文: 赵瑾, 王燕舞, 李哲, 等. 船首结构冰致动力响应的准静态等效研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 19(X): 1–9 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03074
ZHAO J, WANG Y W, LI Z, et al. Quasi-static equivalent study on ice induced dynamic response of bow structure[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 19(X): 1–9 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03074
Citation: ZHAO J, WANG Y W, LI Z, et al. Quasi-static equivalent study on ice induced dynamic response of bow structure[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 19(X): 1–9 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03074

船首结构冰致动力响应的准静态等效研究

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03074
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(52171301)
详细信息
    作者简介:

    赵瑾,女,1998年生,硕士生,研究方向:船体结构强度。E-mail:15658226890@163.com

    王燕舞,男,1979年生,博士,研究员。研究方向:船舶结构设计。E-mail:wyw_lg1997@163.com

    李哲,男,1993年生,硕士,工程师。研究方向:结构动力学。E-mail:18845072114@163.com

    冯国庆,男,1976年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶与海洋工程环境载荷与结构强度。E-mail:fgqac102@163.com

    通信作者:

    冯国庆

  • 中图分类号: U663.5

Quasi-static equivalent study on ice induced dynamic response of bow structure

知识共享许可协议
船首结构冰致动力响应的准静态等效研究赵瑾,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  随着极地探索技术的不断发展,针对冰区航线的船体结构设计不再局限于传统的经验公式方法,人们更加关注作用于结构上的实际冰载荷及结构响应,研究冰载荷作用下的结构响应计算成为极地船舶结构设计中的关键因素。  方法  首先通过有限元方法对某极地航行船舶遭遇的碎冰、浮冰、层冰等冰载荷工况进行数值仿真,考虑材料应变率影响,计算冰载荷作用下的结构动态响应;其次以结构响应等效为基准,进行动态响应的静态转换,并提出动静转化系数的概念;最后给出不同冰载荷工况下动静转化系数的取值范围。  结果  结果表明,船首结构在不同工况下动载荷响应的静载荷等效转换计算的转换系数为1.0~1.4之间。  结论  船首结构冰致动力响应的准静态等效方法是合理可行的。
  • 图  冰载荷计算模型

    Figure  1.  Ice load calculation model

    图  子区域位置

    Figure  2.  Sub area location

    图  实测冰载荷时历曲线

    Figure  3.  Time history curve of measured ice load

    图  结构频率

    Figure  4.  Structural frequency

    图  载荷频率

    Figure  5.  Load frequency

    图  各区域实测冰载荷动态响应曲线

    Figure  6.  Dynamic response curve of measured ice load in each area

    图  冰载荷峰值加载图示

    Figure  7.  Ice load peak load diagram

    图  冰载荷静力响应云图

    Figure  8.  Static response cloud diagram of ice load

    表  冰载荷峰值参数表

    Table  1.  Ice load peak value parameter table

    碎冰工况浮冰工况层冰工况
    区域$ {y_{\max }} $/MPa$ {x_{\max }} $/sS/s$ {y_{\max }} $/MPa$ {x_{\max }} $/sS/s$ {y_{\max }} $/MPa$ {x_{\max }} $/sS/s
    11.00E−41.870.131.00E−43.220.291.00E−42.170.38
    21.00E−42.120.231.00E−42.230.319.10E−32.390.11
    31.00E−40.710.381.00E−41.870.251.00E−42.560.21
    41.00E−41.890.411.20E+03.210.382.00E+03.390.23
    51.20E−11.250.313.20E−11.140.401.20E+02.390.18
    61.30E−11.170.154.50E−11.120.285.10E−12.830.21
    78.00E−21.100.324.00E−22.590.803.80E−11.870.22
    81.40E−11.080.256.00E−22.610.525.10E−11.850.35
    97.00E−21.970.177.90E−12.650.465.70E−10.760.32
    下载: 导出CSV

    表  材料参数

    Table  2.  Material parameters

    类型名称数据
    弹性参数/MPa杨氏模量2.1E+5
    泊松比0.3
    塑性参数/MPa屈服强度390
    极限强度510~660
    材料密/(t·mm−3$ \rho $7.8E−9
    应变率参数/(s−1D40.4
    q5
    下载: 导出CSV

    表  动载荷最大响应汇总

    Table  3.  Dynamic load maximum response summary

    类型$ {\sigma _{dynamic}} $/MPa区域应变率/s−1最大响应的时刻/t
    碎冰49.8560.00051.08
    浮冰277.3840.00263.28
    层冰450.8740.00433.16
    下载: 导出CSV

    表  瞬时冰载荷加载

    Table  4.  Instantaneous ice load loading

    类型区域载荷/MPa
    碎冰50.071
    60.017
    70.065
    80.142
    浮冰41.184
    层冰42.000
    下载: 导出CSV

    表  静力响应结果汇总

    Table  5.  Summary of static response results

    类型$ {\sigma _{static - p}} $/MPa$ {\sigma _{static - t}} $/MPa区域
    碎冰42.220.36
    浮冰2102064
    层冰3503464
    下载: 导出CSV

    表  动静转换系数

    Table  6.  Dynamic and static conversion coefficient

    类型$ {\sigma _{static - p}} $/MPa$ {\sigma _{static - t}} $/MPa$ {\sigma _{dynamic}} $/MPa$ {f_1} $$ {f_1}^\prime $
    碎冰42.220.349.851.182.45
    浮冰210206277.381.321.35
    层冰350346450.871.291.30
    下载: 导出CSV

    表  动静转化结果汇总表

    Table  7.  Summary of dynamic and static transformation results

    类型应变率/s−1$ [{\sigma _{dynamic}}] $/MPa$ {f_1} $$ {f_2} $$ {f_3} $
    碎冰0.0005430.701.181.071.10
    浮冰0.0026446.591.321.151.15
    层冰0.0043452.581.291.121.16
    下载: 导出CSV
  • [1] 郑远昊, 罗广恩, 王陈阳, 等. 极地船舶冰带区域关键节点研究[J]. 船舶工程, 2021, 43(7): 1–6,12. doi: 10.13788/j.cnki.cbgc.2021.07.01

    ZHENG Y H, LUO G E, WANG C Y, et al. Research on the typical joints in the ice belt region of polar ships[J]. Ship Engineering, 2021, 43(7): 1–6,12 (in Chinese). doi: 10.13788/j.cnki.cbgc.2021.07.01
    [2] LEIRA B J, 柴威, RADHAKRISNAN G. 极地船舶结构设计思考[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(5): 212–219. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02979

    LEIRA B J, CHAI W, RADHAKRISNAN G. Structural design considerations for ships operating in arctic regions[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(5): 212–219 (in Chinese). doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02979
    [3] 王志鹏, 郝寨柳, 赵桥生, 等. 基于数值计算的极地船舶冰阻力预报研究[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2021, 45(4): 728–732.

    WANG Z P, HAO Z L, ZHAO Q S, et al. Research on ice resistance prediction of a polar vessel based on numerical simulation[J]. Journal of Wuhan University of Technology (Transportation Science & Engineering), 2021, 45(4): 728–732 (in Chinese).
    [4] 王福花, 朱文博, 曲雪, 等. 冰载荷实船测试研究进展[J]. 船舶, 2022, 33(1): 19–38.

    WANG F H, ZHU W B, QU X, et al. Research development of full scale measurement of ice loads[J]. Ship & Boat, 2022, 33(1): 19–38 (in Chinese).
    [5] SHAMAEI F, BERGSTRÖM M, LI F, et al. Local pressures for ships in ice: probabilistic analysis of full-scale line-load data[J]. Marine Structures, 2020, 74: 102822. doi: 10.1016/j.marstruc.2020.102822
    [6] ZHU L, SHI S Y, YU T X. A new ice load-response model for structural design of ice classed ships[C]//Proceedings of the 25th International Ocean and Polar Engineering Conference. 2015: 1792-1797.
    [7] INCE S T, KUMAR A, PARK D K, et al. An advanced technology for structural crashworthiness analysis of a ship colliding with an ice-ridge: numerical modelling and experiments[J]. International Journal of Impact Engineering, 2017, 110: 112–122. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2017.02.014
    [8] LI F, KÕRGESAAR M, KUJALA P, et al. Finite element based meta-modeling of ship-ice interaction at shoulder and midship areas for ship performance simulation[J]. Marine Structures, 2020, 71: 102736. doi: 10.1016/j.marstruc.2020.102736
    [9] 韩建康. 外飘型船艏砰击强度评估与优化研究[D]. 镇江: 江苏科技大学, 2017.

    HAN J K. Assessment and optimization research on strength of flare ship bow slamming[D]. Zhenjiang: Jiangsu University of Science and Technology, 2017 (in Chinese).
    [10] 郭春雨, 谢畅, 王帅, 等. 碎冰条件下冰区船阻力性能试验研究[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2016, 37(4): 481–486.

    GUO C Y, XIE C, WANG S, et al. Resistance of ships in pack ice conditions[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2016, 37(4): 481–486 (in Chinese).
    [11] 杨磊. 船舶结构碰撞失效准则研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2020.

    YANG L. Study on collision failure criteria of ship structure[D]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University, 2020 (in Chinese).
    [12] CHEN Z J, YUAN J H, ZHAO Y. Impact experiment study of ship building steel at 450MPa level and constitutive model of Cowper-Symonds[J]. Journal of Ship Mechanics, 2007, 11(6): 933–941.
  • 加载中
图(8) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  164
  • HTML全文浏览量:  33
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-08
  • 修回日期:  2023-02-28
  • 网络出版日期:  2023-04-10

目录

    /

    返回文章
    返回