钢套箱防撞装置：非线性有限元分析

"基于非线性有限元的桥墩防撞装置性能分析 (2011年)，由张海等人撰写，发表于《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》2011年第27卷第6期。该研究旨在设计一种能够抵御内河二级航道船舶撞击的钢套箱防撞装置，采用ANSYS/LS-DYNA软件进行非线性有限元分析，以理解碰撞过程中的能量转换和结构响应。研究发现，钢套箱在碰撞中能有效吸收91.6%的动能，显著降低传递至桥墩的冲击力，且仿真计算的沙漏效应得到良好控制，确保了分析的准确性。" 这篇论文详细探讨了如何利用非线性有限元方法来评估和优化桥墩防撞装置的性能。研究人员针对防止船舶撞击桥墩的问题，提出了一个钢套箱设计方案，该方案符合内河二级航道的防护标准。为了模拟船舶撞击钢套箱的过程，他们利用了ANSYS/LS-DYNA这一高级的数值仿真软件，构建了有限元模型。在分析过程中，他们关注了以下几个关键方面： 1. 损伤变形：研究了在碰撞情况下钢套箱及船舶的形状变化，这些变形是能量转化的一部分。 2. 能量变化：研究了船舶的动能如何在碰撞过程中转化为不同形式的能量，包括钢板变形能、角钢变形能、碰撞摩擦能以及由于材料塑性变形导致的沙漏能。 3. 位移响应：考察了钢套箱和船舶在碰撞时的位置变化，这直接影响撞击力的传递。 4. 能量守恒：结果显示，碰撞过程基本满足能量守恒定律，即总动能大部分被转化为各种形式的变形能，表明能量吸收机制的有效性。 5. 沙漏效应控制：在仿真计算中，控制了沙漏效应以提高分析精度，确保了模拟结果的可靠性。 通过以上分析，论文得出结论，钢套箱防撞装置能够在船舶撞击时有效抵挡而不被穿透，显著降低了对桥墩的冲击，从而提高了桥梁的安全性。此研究对于提升桥梁结构的防护设计，特别是在内陆水运繁忙地区的桥梁安全具有重要的理论与实践意义。关键词包括：船桥碰撞、钢套箱、非线性有限元、数值仿真和能量守恒。该论文属于自然科学领域，对于土木工程特别是桥梁防护设计的研究者具有很高的参考价值。