基于接觸和耦合非線性的船橋碰撞動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、由于公路鐵路交通網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，跨越繁忙航道的橋梁數(shù)量不斷增多，船橋碰撞問(wèn)題正受到越來(lái)越多的關(guān)注。船橋碰撞屬于典型的沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，對(duì)船橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析有著重要的研究意義。對(duì)船橋組成的多柔體系統(tǒng)，以往的研究局限于彈性范圍，船橋接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼以及橋梁基礎(chǔ)與附連水體的動(dòng)力耦合非線性作用均未能予以考慮。因此，對(duì)船橋碰撞的多柔體系統(tǒng)模型進(jìn)行完善，并對(duì)其動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行研究是很有意義的。
　　本文基于接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和

2、樁水耦合非線性——?jiǎng)铀畨毫ψ饔?，?duì)船橋多柔體系統(tǒng)模型進(jìn)行了改進(jìn)，建立非線性Lagrange方程組，引入自適應(yīng)Runge-Kutta法對(duì)該方程組進(jìn)行數(shù)值求解，并對(duì)考慮與未考慮接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和動(dòng)水壓力作用的船橋多柔體系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究。
　　首先針對(duì)考慮接觸非線性、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼和樁水耦合非線性后的船橋碰撞的非保守系統(tǒng)，對(duì)含非保守力的船橋多柔體系統(tǒng)的Lagrange方程進(jìn)行了推導(dǎo)，建立非線性Lagrange方程組，并采用

3、自適應(yīng)Runge-Kutta法作為該方程組的數(shù)值解法。
　　其次在船橋接觸問(wèn)題的研究中引入了由Zhang和Pedersen提出的船艏非線性變形模型，得到非線性撞擊力的表達(dá)式并將其代入Lagrange方程組中進(jìn)行數(shù)值求解。將考慮與未考慮接觸非線性的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)考慮非線性后墩頂位移的峰值明顯小于線性解；并將計(jì)算得到撞擊力峰值與主要規(guī)范比較，發(fā)現(xiàn)非線性解相比線性解更加準(zhǔn)確，證明了接觸非線性不可忽略。
　　再

4、次將瑞利阻尼引入到船橋多柔體系統(tǒng)中作為橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼模型，得到阻尼力的表達(dá)式代入Lagrange方程組中進(jìn)行數(shù)值求解。將考慮與未考慮阻尼的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)阻尼對(duì)墩頂位移時(shí)程影響明顯，但對(duì)撞擊力值影響不大。此外，就主要參數(shù)對(duì)考慮接觸非線性及結(jié)構(gòu)阻尼的動(dòng)力響應(yīng)的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力響應(yīng)將隨著船舶質(zhì)量、撞擊速度的增大而增大。
　　最后本文采用Morison方程作為動(dòng)水壓力作用計(jì)算方法，將考慮動(dòng)水壓力作用與不考慮動(dòng)