1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科学技术和经济的不断发展，船舶、码头的发展也日新月异。而关于船舶、码头的安全问题显得尤为重要。当船舶进行靠泊作业时有可能会对码头的安全造成威胁，船舶碰撞码头会造成码头结构损坏、船舶结构损伤、人员伤亡等灾难性的后果。

现在建成的码头越来越多，就中国已经建成的港口有123个，而世界上已有的大大小小的港口共有3678个。如此多的码头若是时常发生碰撞事件将会造成不可估量的经济损失。某轮在大阪港靠港时由于船长对顺流估计不足，没有考虑到侧推器在船速达到4-5节时将失去侧推力，致使船首撞向岸吊，造成两千多万日元的经济损失。2004年10月13日js轮门司港离泊，由于船长长时间航行过度疲劳，致使对泊位周围的危险反映不敏感，未能发现岸边的吊货钢丝，使船体挂断岸吊钢丝造成经济损失达三千万日元。某轮在博多港靠港是由于船长对船舶靠泊角度控制严重偏差，没有充分考虑船首突出的部分，导致船首与码头的桥吊相撞，造成三千多万的经济损失，并且日方对船舶采取禁止为期12个月自靠自离的处罚；某轮在门司港靠泊时没有考虑到强流水对船体横向的推动作用力，船舶快速压向岸壁，导致日方带缆艇人员受伤和艇体严重损坏，造成经济损失两千多万元。某轮在名古屋离泊时，在船舶掉头过程中，没有考虑到侧推器的作用力不足以抵消受横向风作用力导致船舶将港内的一个浮标骑到船底而过造成浮标严重损坏，由此带来的直接经济损失达一千多万元。类似船舶靠离泊过程中碰撞码头、码头设施和其它系泊船舶的事故很多。惨痛的教训告诉我们船舶靠离泊安全的重要性，因此研究和改善码头防撞能力是十分必要的课题。另外，近几年国际干散货航运市场的船舶数量和吨位均呈逐年增长趋势，从2004年开始，增长幅度均超过4％。同时，国际干散货航运市场的船舶正朝着大型化方向发展，尤其是巴西淡水河谷订购的40万t级超大型矿砂船(vloc)陆续交付。特别是集装箱船。集装箱船作为一种新型运输船舶。由于具有装卸效率高、简化包装和手续办理、减轻劳动强度、降低运输成本、便于实现门对门运输等诸多优点，使集装箱船运输得到了迅速发展，成为杂货运输中的主要手段。集装箱船已成为进出众多港口的主要船型。随着世界经济不断趋于全球化和一体化，全球货运需求量不断强势增长，由于规模经济，超大型集装箱船舶的每个箱位平均成本可能较低，有利降低营运成本。小船运输和大船运输在油价高的时候。成本差别更加明显，导致船公司更青睐大型、超大型集装箱船，以降低营运成本，增强竞争力。集装箱船具有单位载重吨分配的主机马力大、吃水相对较小、操纵性能好等优点，人们容易产生集装箱船在靠泊时比较安全的想法，但随着集装箱船不断向大型化发展，加上航行时间短、靠泊频率高，在世界三大船型中事故率反而最高。目前超万箱船的设计载重已达15万吨级别。长度250m以上的集装箱船占比逐年增加。对驾引人员提出了越来越苛刻的靠泊要求。实际工作中对大型集装箱船要求平行靠泊，法向靠拢速度尽可能小，以船不被靠把弹开为宜，同时靠拢瞬间应避免船首尾存在明显的偏转角速度。如果遭遇大风浪等特殊天气，更是增加了靠泊难度和靠泊风险，带来较大的安全压力。2002年7月6日jr轮在水岛港靠泊时船长过高估计船舶的操纵性能，在大风天气下靠泊没有申请引航员和拖轮，使船舶撞向岸吊造成直接经济损失达一千八百万日元之多。

综上，船舶触碰码头设施的事故、险情时有发生；如何实现安全靠泊,是需要深入研究、共同探讨的课题。船舶的大型化对港口吃水、装卸能力、基础配套设施和港口管理产生了广泛的影响。更加大型的船舶对于码头结构的可靠性要求也愈高，不仅在码头泊位的大小、吃水的条件的要求、还有对于码头的防撞能力都有了更高的要求。因此就如何尽可能减少碰撞带来的损害成为港工安全与可靠性领域中的重要课题。目前国内外对于港口码头防撞结构方面的研究比较少，大多是在工程实践中有所进展。但是对于船舶撞击桥梁、桥梁防撞领域方面的研究较多。这可以成为码头防撞研究的参考内容。本文以箱型结构为研究对象，研究码头的局部防撞结构。通过了解箱型结构吸收能量的特点，运用有限元软件仿真系统的模拟和计算，得到优化的箱型结构的布局和尺寸。为码头防撞结构邻域做些参考。

2. 研究的基本内容与方案

为了使船舶安全靠泊离，防止船舶意外撞击码头或突堤，因船舶撞击超过码头或突堤的承受能力而遭受破坏，需在码头或突堤端部设置防撞结构。码头防撞结构一般有钢筋混凝土防撞墩台结构、钢管桩簇防撞结构和浮式套箱结构等几种结构形式。防撞结构通常有与码头结构相连接和分离的两种形式。本次毕业论文拟以箱型结构为研究对象，开展局部结构的碰撞分析研究，了解箱型结构的能量吸收特性，获得具有较佳耐撞性能的箱型结构布局和尺寸。

碰撞问题的研究方法有理论计算、试验研究和现在应用非常广泛的有限元模拟技术等各种技术手段。有限元方法起源于上世纪五十年代末期，工程师们将其应用于众多领域，早期有限元方法仅限于线性分析。随着高性能计算机的发展，非线性有限元技术逐渐得到了更广泛的应用，如码头、桥梁、汽车的碰撞分析。许多高级的 CAD 和 CAE 软件集成了有限元分析技术从而产生出更强大的计算工具如 Ansys、Nastran、Ls-dyna，这些软件被广泛应用于动态和非线性问题分析中。船和码头碰撞是一个复杂的非线性动力学问题，是通过碰撞区域内的结构或者构件的变形和压溃，在短时间内将巨大的冲撞能量吸收、转化和耗散的非线性动力响应过程。应用有限元仿真分析套箱在码头防撞结构中的耗能效果，通过有限元仿真计算为实际工程试验方案完善和试验参数选取提供依据，更期望通过试验与有限元仿真计算结果对比，检验针对同一结构和相同荷载工况及边界条件进行的结构计算的可靠性及计算结果可信度，从而为码头防撞浮箱工程施工图设计提供既有科学依据、又有足够精度还偏于安全的计算方法。从而能够开展箱型结构在刚性撞头撞击下的碰撞数值仿真分析；选取设计参数，开展基于耐撞性的箱型结构优化设计。

3. 研究计划与安排

1. 第1-3周， 搜集、阅读有关结构在碰撞计算、试验以及耐撞性研究等相关领域的文献资料（总篇数不少于15篇，英文文献不少于3篇），明确选题意义，了解目前防撞结构的常见结构形式以及各自特点等，完成防撞结构耐撞性相关领域的研究进展综述及开题报告。

   完成开题报告及论文综述；

2. 第4周，完成防撞结构耐撞性研究相关的英文文献翻译工作； 翻译外文文献一篇，英文字符数不少于2 万印刷符（或翻译后的中文不少于5000个汉字）。

3. 第5-6周，学习ansys/ls-dyna软件，了解塑性力学相关基本知识；
4. 第7-10周，开展箱型结构在刚性撞头撞击下的碰撞数值仿真分析；
5. 第11-13周，选取设计参数，开展基于耐撞性的箱型结构优化设计；
6. 第14-15周，整理计算结果，撰写并完善毕业设计论文，准备答辩。
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   4. 参考文献（12篇以上）

   [1] 王逸南.船舶发展趋势浅析[j].黑龙江科学，2016，7（9）：108-109.

   [2] 张克，郭道俊，包大海，等.分离式基础柔性防撞结构分析方法比选[j].现代交通技术，2014,11（5）：34-36.

   [3] 江文铂.高桩梁板码头防撞结构设计[j].中国水运,2015，（1）：253-255.

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