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一种螺纹式码头橡胶护舷概念设计及碰撞响应分析
- 2019-12-19-

码头的橡胶护舷板用于缓冲船上岸时的冲击载荷,因此需要强大的抗冲击性。提出了一种螺旋式码头护舷,并从应力分布和能量吸收比的角度分析了其碰撞响应。结果充分反映了螺杆式橡胶护舷的合理性和优越性。

介绍

码头护舷作为一种保护码头壁免受船舶撞击破坏的能量吸收装置,其抗冲击性能直接决定了码头结构和运输人员的安全。随着船舶吨位的不断增加,护舷的设计和优化越来越受到各国专家学者的重视。威尔逊,亚兹达尼等。 [1]对挡泥板进行了静态有限元分析,并提出了改善其抗冲击性的建议; jhua,GC Mi [2]提出了一种新型的码头护舷系统,该系统大大提高了护舷的能量吸收能力,为护舷优化提供了宝贵的经验。张健,唐文献[3]利用Ogden三阶模型对橡胶护舷进行了有限元分析,并证明郑静和温立强[4]根据泊位的能量吸收效应计算了船舶的冲击力。桩和挡泥板,提出了对挡泥板和靠泊桩结构的优化建议;刘硕和杨书庚[5]在实验的基础上模拟了固体球形橡胶护舷,并提出了非线性动力学分析方法来研究其减震性能。

本文提出了一种螺旋码头护舷板,并利用ANSYS / LS-DYNA对船舶停泊时护舷板的碰撞响应进行了仿真分析。在码头护舷的结构设计中具有一定的工程应用价值。

1.船舶靠泊时护舷结构的能量吸收方程

在本文中,螺旋型码头护舷主要用于拧紧传统护舷的橡胶结构表面。 挡泥板可以简化为防撞板和橡胶结构

和挡泥板基础三部分。 螺丝型橡胶结构如图1所示。护舷的主要尺寸如表1所示。

三,碰撞测试模拟和结果分析

基于ANSYS / LS-DYNA,本文模拟了护舷与船舶靠泊的碰撞。异步线性弹性材料的壳单元用作冲击板,Blatz Ko橡胶主体单元用作橡胶模型;

圆柱形底座是等距线性弹性材料单元。在单个护舷的研究中,直接作用于护舷的船体的一部分被选作冲击体。由于本文主要研究挡泥板对撞击的响应,而没有考虑船体本身的变形,因此将撞击体视为刚体

动能由点的质量和设置的初始速度控制。

1.等效应力分布

本文选择的靠泊速度为正常靠泊速度。根据港口工程规范jts144-1-2010,海船的正常靠泊速度应控制在0.08〜0.45m / s。为了研究船体碰撞时护舷的应力分布,检查模型是否满足强度要求,以0.45m / s的正常靠泊速度作为本次试验的船舶初始靠泊速度,并进行了碰撞试验。对螺旋码头的护舷进行了仿真。护舷在初始碰撞时间为1.8s时的应力波形图如图2所示。

从图中可以看出,在碰撞的初始时刻,应力集中在前几层螺纹中间的曲率较大的位置。与普通挡泥板相比,螺钉结构可以更好地分散集中应力。因此,从保护安全的角度出发,螺旋护舷可以在一定程度上有效减少船舶停泊时对护舷的损坏,提高结构强度。另外,从等效效果图可以看出,挡泥板橡胶结构的应力值达到0.96mpa,小于2-6mpa普通橡胶的强度极限,满足规格要求;即使达到靠泊力也不会失败。

2.能量吸收和缓冲特性

当船舶停泊在码头时,船体,护舷和整个码头系统的能量正在不断变化。靠泊时,船体的动能逐渐转换为挡泥板的动能和弹性势能,以实现能量吸收和缓冲。在该测试中,选择0.08、0.2、0.35和0.45m / s作为初始停泊速度,以分析螺旋护舷的冲击响应,护舷的能量吸收率如表2所示。能量吸收比为挡泥板能量吸收与冲击能量之比。数值越大,能量吸收效果越好。

从表2可以看出,螺旋式码头的护舷的能量吸收率随着停泊速度的增加而增加。 当速度达到0.45m / s时,吸能率为97.03%,明显优于普通橡胶护舷的95%-96%。 根据挡泥板的能量吸收计算并绘制能量吸收比

RE与正常靠泊速度NV之间的关系曲线如图3所示。

从图3可以看出,随着正常靠泊速度的增加,挡泥板的能量吸收比增加越来越慢,这是由于橡胶材料在高冲击能量的作用下达到弹性极限所致。然而,从试验中可以看出,螺旋码头防护板具有很强的变形能量吸收能力,并且在达到橡胶弹性极限后能量吸收率仍然缓慢上升。因此,在某种程度上,螺旋码头护舷板突破了由弹性极限引起的能量吸收能力的极限,从而可以承受更大的靠泊速度所造成的冲击载荷,对码头和船体具有更强的保护能力。

结论

本文提出了一种新型的螺旋码头护舷结构,并对其冲击响应进行了仿真。结论如下:

(1)当螺旋码头护舷板的橡胶结构以停泊速度受到船舶冲击时,应力值小于2MPa,仍可满足强度极限要求,设计符合规范。

(2)特殊的螺丝结构可用于分散碰撞初期的高集中应力,提高结构强度。

(3)随着靠泊力的增加,挡泥板的能量吸收率缓慢增加,但一直在上升。能量吸收缓冲能力更强,能量吸收率达到97.03%。