工程船舶在作业过程中,存在相互靠泊碰撞的客观情况,一般都采用护舷结构以应对外部冲击。在靠泊船的碰撞挤压下,护舷结构通常发生大变形以起到保护船体的作用,因此,护舷结构的碰撞冲击性能和船舶的安全性直接相关。由于设备、资金等多方面因素的限制,无法通过大量实验来研究护舷结构在低速冲击下的动态响应及船舶的安全性能,而碰撞仿真技术在近二十年来的快速发展,为研究提供了便捷。虽然《港口工程载荷规范》和《海港工程设计手册》均提出了不同吨位船舶所允许的靠泊速度,但国内现有的船舶建造规范尚没有对船舶结构的碰撞安全性能提出要求。因此,针对不同形式的护舷结构进行耐撞性和安全性研究,寻求优化设计,具有一定的意义。结合非线性有限元仿真,本文研究了橡胶护舷及钢质护舷在冲击作用下的变形失效,并根据耐撞性指标对钢质护舷进行了优化设计。主要通过以下工作来实现研究目的:1.碰撞模型的简化分析通过一些合理假设,将挖泥船的舷侧结构等效为一大刚度的线性弹簧,将橡胶护舷等效为一非线性弹簧,将靠泊船简化为一刚体,根据能量守恒原理推导得到碰撞过程的最大反力计算公式。2.建立一型工程船绞吸式挖泥船舱段有限元模型和橡胶护舷模型进行模拟碰撞试验建立了受冲击作用的挖泥船单舱段有限元模型和橡胶护舷有限元模型,将靠泊船用一等效质量块简化。通过LS-DYNA的非线性有限元模拟,研究比较了三种不同形式的橡胶护舷(半圆形、方形、混合型)在冲击作用下的反力、吸能以及挖泥船舷侧结构的响应。得到不同形式的橡胶护舷所对应的最大安全靠泊速度,确立了较为安全的护舷形式。通过和反力的理论公式值比较,验证了有限元结果。此外,还研究了挖泥船舷侧结构各构件在靠泊过程中的变形能吸收情况。3.钢质护舷结构的耐撞性设计跟据两项结构耐撞性指标—比吸能和碰撞力对A型护舷材进行优化设计。首先通过一系列样本点有限元试验结果建立目标函数和设计变量的神经网络响应面模型。基于此模型,采用多目标遗传算法—NSGA-II进行多目标全局搜索,获得Pareto最优解集。通过Monte-Carlo模拟和有限元计算,验证了最优解。本研究表明,采用适当的橡胶护舷形式及可以在一定靠泊船速范围内对船体起到良好的保护作用,同时延长护舷的使用寿命。采用有效方法对钢质护舷结构的几何尺寸进行优化设计,可以改善该结构的性能,提高工程船舶的安全性。