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二、船舶与海洋平台碰撞问题的有限元数值仿真
船舶碰撞的数值仿真大都采用非线性有限元方法，不仅能够考虑结构大变形、接触、材料非线性和结构失效等情况，计算碰撞区的结构损伤变形与碰撞力，而且结合了外部机理的分析与计算。
目前常用的三维非线性动态响应分析程序MSC/Dytran 和LS - DYNA 等都可以用来模拟碰撞响应，利用显示或隐式方法求解流体-结构的动力学控制方程，能较好的解决碰撞中的大变形、损伤、接触、流体动力等问题。
三、本文分析方法
本文采用两步分析方法对船舶与风电机组海上基础的碰撞进行数值模拟。
根据分析经验，拟采用LS - DYNA 和ANSYS 软件进行分析。借助ANSYS Workbench 软件与SolidWorks良好的接口和强大的模型前处理功能，对要分析的船体和风电机组基础进行网格划分与处理，将生成的有限元模型导入LS - DYNA 进行刚体碰撞分析并提取所需结果。最后将碰撞分析结果作为输入条件对风电机组基础局部详细模型进行分析，得到基础结构的损伤。
船舶和风电机组基础碰撞有限元分析
一、海上风电机组基础结构模型
根据某风电机组海上基础结构设计方案，建立六桩导管架基础模型。每个基础有6 根钢管桩，结构底面直径为24m;钢管桩采用Q345C 型钢材，导管架钢材为Q345D 型，如图1 所示。
假设撞击船为5000 吨级，简化后型长20m，型宽16m，型深15m，吃水线5m。计算模型碰撞区域采用壳单元建模，对艏尖舱之后的船体，因其远离碰撞区域，实际并不产生变形，仅提供刚度和质量影响，故将其省略。
二、有限元模型
根据简化的几何模型建立有限元模型，为减少计算时间和保证结果精度，本项目中基础和船体都采用壳单元SHELL163 单元建模;并对所关心的碰撞区域网格细化，得到整体结构有限元模型如图2 和图3 所示。
图1 导管架基础结构
三、接触算法
碰撞构件之间的相互作用通过接触算法来完成。在可能发生接触作用的结构之间定义接触面，接触面能有效地模拟相撞结构之间的相互作用，并允许结构之间连续不断的接触和滑动。
图2 整体结构有限元模型
图3 局部网格加密
本文使用的是主从面接触算法，在求解的每一时间步长，检查从属节点的位置坐标，看它是否已经穿透主面，如果还没有穿透，则计算工作不受影响地继续进行;如果已经穿透，则在垂直于主面的方向上施加一个作用力，以阻止从属节点的进一步穿透，这个作用力就是接触力。接触力的大小取决于穿透量和接触面两侧的单元属性。
图4 模型约束条件
四、分析工况
本项目模拟了多种船艏与基础碰撞的工况，并根据计算结果总结规律，得到分析船与风电机组基础碰撞的一般规律。
(一)约束条件
对风电机组基础钢管桩底部位置进行全约束;为保证船艏运动方向，约束船艏沿竖直方向的自由度。模型约束条件如图4 所示。
