桥墩柔性防撞装置的静态等效弹性系数分析

本文主要探讨了桥墩柔性防撞装置的静态等效弹性系数的研究，针对宁波大学机械工程与力学学院为杭州湾大桥辅助桥墩设计的新型柔性防撞装置，提出了一个用于分析其性能的简单模型。模型由分布的辐射弹簧和弹簧连接的两个同心刚体圆环组成。研究发现，无量纲化后的平动反力与平动位移之间的关系呈现出明显的三个阶段：初始线性段，随后是非线性段，当位移达到半径差的93.8%时，反力达到峰值，这显示了装置在不同位移下的弹性行为。 在静态分析中，作者指出初始等效弹性系数相当于所有弹性单元并联时弹性系数的一半，这是理解装置整体性能的基础。非线性响应主要是由于压缩弹簧的几何非线性效应，它在设计中至关重要，因为它直接影响到防撞装置的有效防护能力。此外，论文还探讨了纯转动时的扭矩与转角的关系，以及平动与转动同时发生时的压-扭耦合弹性系数，这对于理解和预测装置在实际碰撞中的响应非常关键。 作者采用有限元方法对防撞装置的外钢围弹性变形对系统弹性系数的影响进行了深入分析，这一部分旨在考虑实际结构材料的特性及其对整体性能的影响。考虑到真实船桥碰撞实验的成本和技术限制，数值仿真成为一种重要的设计手段，通过LS-DYNA等软件可以进行全尺度、动态、非线性模拟。 然而，为了减少计算复杂性和提高设计效率，发展一种简化动力学分析方法的需求日益迫切。在这种简化模型中，准确评估防撞装置的等效弹性系数显得尤为重要，因为它是设计过程中确定装置性能的关键因素。当前，许多规范和数值计算公式依赖于弹性单元模型，而准确的弹性系数则是这种简化模型能否有效预测撞击效果的关键。 本文的研究对于理解和优化桥墩柔性防撞装置的设计具有重要意义，不仅提供了理论基础，也为实际工程应用提供了实用的工具，尤其是在船舶撞击桥墩事故的预防和减损方面。