1.研究目的及意义

随着工业的发展和社会的进步，水上交通运输事业也随之蓬勃发展，船舶已成为人员和货物运输的重要方式，船舶每年的货物运输量占世界货运量的80%以上。经济发展的要求促使船舶数量、吨位急速增长，同时船舶的航行速度加快，船舶的种类也日益多样化。与此同时，船舶碰撞事故也日益突出。统计资料显示，在上世纪六十年代至九十年代的三十多年中，全世界因受到船舶撞击而导致损坏、垮塌的大型桥梁达29座，事故中造成直接死亡的人数多达321人。而在我国，船舶间的碰撞与船舶撞击桥梁的事故也时有发生，据不完全统计，仅发生在我国长江、珠江、黑龙江三大水系干线上的船撞桥事故就达300起以上,在严重的事故中，除了造成巨大的直接经济损失和人员伤亡之外，水上交通线路阻碍所带来的间接经济损失和社会影响也是难以估量的。

船舶间的碰撞或对海洋结构物、桥梁的撞击，多为灾难性事故，会造成巨大的生命财产损失和严重的环境破坏。而导致事故发生的原因有很多，船员操作、设备技术、航道天气等诸多因素，都可能造成突发性的船舶事故。提高船员技术水平，引入更先进的航行设备，制定更详细规范的规则标准虽然可以大大减少船舶碰撞事故发生的概率，但也无法完全避免此类事件。为了减少船舶碰撞事故造成的船体、桥梁、海洋结构物的损伤，降低事故带来的生命财产损失，进行耐撞性优化研究尤为重要。

在船舶碰撞事故中，船舶间碰撞最危险极端的情况为撞击船船艏高速撞击被撞船舷侧。由于撞击船的整体纵向刚度远大于被撞船的整体横向刚度，被撞船会因撞击产生横向位移，并且舷侧结构会产生较大的形变以吸收撞击船所传递的动能，当此动能过大时，舷侧结构甚至会完全破坏。船舶与其他海洋结构物、桥梁的碰撞中，一般而言，被撞物体的刚度相对于船舶更大，若船舶的耐撞性不佳，则易造成自身破损，沉没。被撞结构物遭受频繁撞击也易使内部结构损坏，最终导致坍塌。

在耐撞性优化研究中，除了增强船舶自身舷侧结构的耐撞性以外，在结构外部设置防撞装置也是一种极为有效的措施。安装防撞装置可以避免船舶间，或船舶与海洋结构物之间的直接碰撞，防撞结构自身的塑性变形可以吸收极大的船舶撞击动能，较小船舶的撞击力。因此，国内外学者在防撞结构上进行了大量研究，在传统的加筋板或者均质板的基础上，进而研发出了质量轻、成本低、防撞性效果好的夹层板结构。时至今日，夹层结构在航天航空、道路桥梁、船舶与海洋工程等各方面都发挥着重要的作用。

夹层板的结构形式主要可以分为泡沫填充夹层结构、蜂窝夹层结构、点桁架夹层结构和波纹夹层结构。本文主要从夹层结构的布局形式和尺寸方面着手，通过ANSYS/LS-DYNA软件，建立有限元模型，分析比较不同吸能元件和耐撞防护功能模块的耐撞防护性能，通过夹层结构变形及吸能特点，对夹层结构布局、尺寸进行优化设计，以期为提高船舶性能的研究提供部分数据参考。

2.国内外研究现状

与船舶碰撞耐撞性相关的开创性研究，最早的是美国学者Minorsky^[1]，当时主要是配合核动力船的研制，对其舷侧耐撞性的研究，他于1959年在《Journal of Ship Research》上发表的研究论文，开创了统计分析方法。Minorsky将船舶碰撞问题分为动能损失和结构体积损伤两个相互独立的部分，其中动能损失部分综合运用动量守恒定律和能量守恒定律，用完全非弹性碰撞理论来求解；而结构的损伤则用伉俪银子进行计算，最后运用统计分析法将他们联系在一起。

国内钟志华^[2]等人于1994年以有限元方法对汽车的耐撞性进行研究，并在其研究报告中详细介绍说明了该方法的基本方程、材料接触问题、以及运用有限分差法研究的过程，为之后的研究者在运用有限仿真技术进行耐撞性研究提供了全新的思路。

Hanssen^[3]则运用LS-DYNA软件，建模分析了飞鸟高速冲击作用时，PVC泡沫填充夹芯层的局部应变和整体变形情况，研究结果得出了一般情况下，为防止飞鸟撞透夹层结构所需夹层结构最小厚度。