桥墩防撞设施设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种桥墩防撞设施设计方法及系统，系统包括获取模块、确定模块、构建模块、分析模块和设计模块。首先，获取模块获取船艏刚度曲线和防撞设施精确刚度曲线。然后，确定模块通过防撞设施精确刚度曲线确定防撞设施简化刚度曲线，以及防撞设施简化刚度曲线与防撞设施的结构参数之间的对应关系。之后，构建模块构建船桥碰撞简化模型，减少船舶单元数量，从而有效节省时间，提高设计效率。然后，分析模块根据防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对船桥碰撞简化模型进行有限元分析，确定防撞设施对应的合理刚度曲线。最后，设计模块结合合理刚度曲线和防撞设施简化刚度曲线与防撞设施的结构参数之间的对应关系，反向确定防撞设施的设计参数。防撞设施的设计参数。防撞设施的设计参数。

【技术实现步骤摘要】
桥墩防撞设施设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机辅助设计
，具体涉及一种桥墩防撞设施设计方法及系统。

技术介绍

[0002]桥墩附着式防撞设施是设置在桥墩外侧与桥墩共同承受侧向冲击，通过内部蜂窝耗能构件吸收能量，具有占用空间小、防护范围广、不受水深影响等优点，在国内桥墩防撞应用最为广泛。目前形成了梯形蜂窝耗能防护结构，见图5中(a)；复合材料筒型格构蜂窝防护结构，以聚氨酯泡沫为芯材，玻璃纤维增强树脂复合材料作为面层和腹板，见图5中(b)；内衬八边形与圆柱形消能构件的蜂窝箱型防护结构，见图5中(c)。
[0003]然而，目前防撞设施设计主要依托于研究人员的工程经验，先预估构造与规模，随后通过精细化数值模拟进行反复调整，直至满足防护需求。每一次调整都需要重新建立船桥碰撞模型进行有限元分析，船桥碰撞模型的单元数量往往达到几十万。因此，每一次分析都需利用超级计算机花费10～30个小时进行求解，导致设计效率低下。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种桥墩防撞设施设计方法及系统，可以提高设计效率。具体技术方案如下：
[0005]第一方面，提供了一种桥墩防撞设施设计方法，包括：
[0006]获取船艏刚度曲线和防撞设施精确刚度曲线；
[0007]通过所述防撞设施精确刚度曲线确定防撞设施简化刚度曲线，以及防撞设施简化刚度曲线与结构参数之间的对应关系；
[0008]构建船桥碰撞简化模型；
[0009]基于所述防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对船桥碰撞简化模型进行分析，确定防撞设施对应的合理刚度曲线；
[0010]结合所述对应关系和合理刚度曲线反向确定防撞设施的设计参数。
[0011]结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，基于形状相似和面积相等原理，根据所述防撞设施精确刚度曲线，采用三折线模型确定所述防撞设施简化刚度曲线。
[0012]结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，采用参数分析拟合方法确定防撞设施简化刚度曲线与结构参数之间的对应关系。
[0013]结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，所述确定防撞设施对应的合理刚度曲线包括：
[0014]基于能量相等原则，调整所述船桥碰撞简化模型的平台力和/或塑性耗能触发力；
[0015]根据所述防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对调整后的船桥碰撞简化模型进行分析，确定所述防撞设施对应的刚度曲线；
[0016]如此循环，确定不同吨位、不同速度的船舶撞击下，所述防撞设施对应的刚度曲
线；
[0017]根据防撞折减需求和防撞设施规模限制，从所有所述刚度曲线筛选出合理刚度曲线。
[0018]结合第一方面，在第一方面的第四种可实现方式中，还包括：
[0019]基于所述设计参数构建船桥碰撞简化模型，并对所述船桥碰撞简化模型进行验证。
[0020]第二方面，提供了一种桥墩防撞设施设计系统，包括：
[0021]获取模块，配置为获取船艏刚度曲线和防撞设施精确刚度曲线；
[0022]确定模块，配置为通过所述防撞设施精确刚度曲线确定防撞设施简化刚度曲线，以及防撞设施简化刚度曲线与结构参数之间的对应关系；
[0023]构建模块，配置为构建船桥碰撞简化模型；
[0024]分析模块，配置为基于所述防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对船桥碰撞简化模型进行分析，确定防撞设施对应的合理刚度曲线；
[0025]设计模块，配置为结合所述对应关系和合理刚度曲线反向确定防撞设施的设计参数。
[0026]结合第二方面，在第二方面的第一种可实现方式中，所述确定模块基于形状相似和面积相等原理，根据所述防撞设施精确刚度曲线，采用三折线模型确定所述防撞设施简化刚度曲线。
[0027]结合第二方面，在第二方面的第二种可实现方式中，所述确定模块采用参数分析拟合方法确定防撞设施简化刚度曲线与结构参数之间的对应关系。
[0028]结合第二方面，在第二方面的第三种可实现方式中，所述分析模块包括：
[0029]调整单元，配置为基于能量相等原则，调整所述船桥碰撞简化模型的平台力和/或塑性耗能触发力；
[0030]分析单元，配置为根据所述防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对调整后的船桥碰撞简化模型进行分析，确定所述防撞设施对应的刚度曲线；
[0031]如此循环，确定不同吨位、不同速度的船舶撞击下，所述防撞设施对应的刚度曲线；
[0032]筛选单元，配置为根据防撞折减需求和防撞设施规模限制，从所有所述刚度曲线筛选出合理刚度曲线。
[0033]结合第二方面，在第二方面的第四种可实现方式中，还包括验证模块，该验证模块配置为基于所述设计参数构建船桥碰撞简化模型，并对所述船桥碰撞简化模型进行验证。
[0034]有益效果：采用本专利技术的桥墩防撞设施设计方法及系统，基于防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线可以对简化的船桥碰撞简化模型进行有限元分析，而船桥碰撞简化模型的单元数量较少，其计算效率远高于精细化的接触碰撞模型的计算效率。因此，在桥墩附着式防撞设施方案的初步设计阶段，采用船桥碰撞简化模型可以在保证一定精度的同时有效节省时间，提高设计效率。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的
附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0036]图1为本专利技术一实施例提供的桥墩防撞设施设计方法的流程图；
[0037]图2为本专利技术一实施例提供的确定防撞设施合理刚度曲线的流程图；
[0038]图3为本专利技术一实施例提供的桥墩防撞设施设计系统的系统框图；
[0039]图4为本专利技术一实施例提供的分析模块的系统框图；
[0040]图5为现有三种防撞设施的结构示意图；
[0041]图6为船艏刚度曲线示意图；
[0042]图7为防撞设施精确刚度曲线和防撞设施简化刚度曲线示意图；
[0043]图8为船桥碰撞简化模型示意图；
[0044]图9为精细化接触碰撞模型示意图；
[0045]图10为船桥碰撞简化模型计算精度和精细化接触碰撞模型计算精度对比示意图；
[0046]图11为船桥碰撞简化模型计算效率和精细化接触碰撞模型计算效率对比示意图；
[0047]图12为不同吨位、不同速度的船舶撞击下，所述防撞设施对应的刚度曲线示意图。
具体实施方式
[0048]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0049]如图1所示的桥墩防撞设施设计方法的流程图，该设计方法包括：
[0050]步骤1、获取船艏刚度曲线和防撞设施精确刚度曲线；
[0051]步骤2、通过所述防撞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥墩防撞设施设计方法，其特征在于，包括：获取船艏刚度曲线和防撞设施精确刚度曲线；通过所述防撞设施精确刚度曲线确定防撞设施简化刚度曲线，以及防撞设施简化刚度曲线与结构参数之间的对应关系；构建船桥碰撞简化模型；基于所述防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对船桥碰撞简化模型进行分析，确定防撞设施对应的合理刚度曲线；结合所述对应关系和合理刚度曲线反向确定防撞设施的设计参数。2.根据权利要求1所述的桥墩防撞设施设计方法，其特征在于，基于形状相似和面积相等原理，根据所述防撞设施精确刚度曲线，采用三折线模型确定所述防撞设施简化刚度曲线。3.根据权利要求1所述的桥墩防撞设施设计方法，其特征在于，采用参数分析拟合方法确定防撞设施简化刚度曲线与结构参数之间的对应关系。4.根据权利要求1所述的桥墩防撞设施设计方法，其特征在于，所述确定防撞设施对应的合理刚度曲线包括：基于能量相等原则，调整所述船桥碰撞简化模型的平台力和/或塑性耗能触发力；根据所述防撞设施简化刚度曲线和船艏刚度曲线对调整后的船桥碰撞简化模型进行分析，确定所述防撞设施对应的刚度曲线；如此循环，确定不同吨位、不同速度的船舶撞击下，所述防撞设施对应的刚度曲线；根据防撞折减需求和防撞设施规模限制，从所有所述刚度曲线筛选出合理刚度曲线。5.根据权利要求1所述的桥墩防撞设施设计方法，其特征在于，还包括：基于所述设计参数构建船桥碰撞简化模型，并对所述船桥碰撞简化模型进行验证。6.一种桥墩防撞设施设计系统，其特征在于，包括：获取模块，配置为获取船艏刚度曲线和防撞设施精...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑植，袁佩，张焱焜，耿波，尚军年，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：