反复碰撞载荷下船体结构的动态变形响应问题引起了工程界和学术界的广泛关注。“反复碰撞”的相关研究表明,随着碰撞次数的增大,材料弹性将对结构响应产生重大的影响。然而,目前反复碰撞载荷下结构动态响应的理论预测中大多采用了刚塑性假定,同时考虑结构的弹性和塑性变形的理论研究非常缺乏。本文提出了相关的理论模型预测了不同船体结构在反复碰撞载荷下的动态响应,重点关注了材料弹性、塑性应变硬化和应变率敏感效应对结构弹塑性响应(尤其是最终变形)的影响,并开展数值和试验研究对理论模型进行了验证。本文的主要内容和成果如下:(1)梁在反复碰撞载荷下动态响应的弹塑性解析模型构建方法。首先,建立了反复准静态载荷作用下梁在加载、卸载和重新加载阶段的载荷-位移关系式,进而基于能量法计及了低速大质量碰撞载荷下惯性效应的影响,最终发展了弹塑性理论模型来预测梁在反复碰撞载荷下的响应全程,并且与ABAQUS数值仿真的相关结果吻合很好。(2)梁在反复碰撞载荷下动态响应的参数研究。引入了无量纲能量参数λ涵盖了速度、质量、跨长和截面形式等因素的影响,采用弹塑性解析模型和有限元模型计算了四次相同撞击下梁的最大变形、最大加速度、碰撞时长和恢复系数等响应参数,从而探索了结构响应随λ的变化规律和力学机理。(3)矩形板在二次碰撞载荷下动态响应的刚塑性分析方法。在二次碰撞工况下,当结构发生较大的塑性变形,采用刚塑性分析方法近似模拟了矩形板的动态响应,并且得到了较为简单的解析解,便于分析出矩形板变形最大时的危险工况。(4)加强筋与板的相互作用对于碰撞载荷下加筋板大变形动态响应的影响。提出了两个加筋板理论模型,其中,模型一将加强筋与板分开考虑,模型二考虑了加强筋及其附连板的相互作用。在给定算例下,两个模型预测得到的最终变形相差不大,验证了模型一的可适用性。(5)考虑材料弹性、应变硬化和应变率敏感效应的理论模型完善方法。基于刚塑性模型,量化了应变硬化和应变率敏感效应对于反复碰撞载荷下加筋板抗冲击能力的强化作用。最后,基于能量原理,修正了刚塑性公式中结构所吸收的有效塑性能,发展了反复碰撞载荷下加筋板大变形动态响应的弹塑性半解析模型。(6)开展了反复碰撞载荷下船体加筋板大变形的缩比试验和数值研究,得到了关于回弹速度和试板最终变形的详细信息。采用前期发展的弹塑性理论模型预测了加筋板在每次碰撞后的最终变形,结果与数值和试验吻合良好,验证了理论方法的可靠性。