近年来随着内河航运的发展,船舶与码头结构发生碰撞的事件时有发生,对公共财产和人身安全造成了严重威胁,因此对船舶与码头结构碰撞机理的研究具有重要的现实意义。本文利用ANSYS有限元软件建立了详细的船舶与码头靠船墩碰撞非线性有限元模型,并运用LS-DYNA程序对模型进行数值计算,对船舶-码头靠船墩碰撞受力机理、船舶撞击力和靠船墩响应等进行了分析,并与规范计算值进行了对比。论文主要内容及结论如下:(1)利用ANSYS/LS-DYNA建立船舶-码头靠船墩碰撞数值模型,对比分析了不同墩身材料时计算结果的差异。当靠船墩采用刚性或弹性材料模型时得到的撞击力偏大,且碰撞速度越大,撞击力峰值与实际情况间的差距越大,非线性混凝土材料模型能够更加准确地预测船舶撞击力。(2)对船-墩碰撞模型模拟得到的撞击力峰值受船舶载重和碰撞速度的影响情况进行了比较和分析,当撞击速度较小时,撞击力峰值随船舶载重的增加,其值增加的较明显,而对于碰撞速度为1.Om/s的情况,增加船舶载重对撞击力峰值没有显著影响;对于较重的船舶而言,撞击力峰值随碰撞速度增大的速率相对要慢于轻载船舶;在本次研究考虑的载重范围内,当撞击速度为1.Om/s时,撞击力峰值随船舶载重的变化很小。(3)对采用船-墩碰撞模型和船-护舷-墩碰撞模型模拟得到的船舶撞击力、靠船墩响应以及系统能量变化的差异进行了对比。橡胶护舷能够减小80%左右的撞击力,其碰撞持续时间约为未设置橡胶护舷时的3倍;未设置橡胶护舷时,碰撞前期动能下降较设置了橡胶护舷的情况快;碰撞速度为0.4m/s和1.Om/s时,超级拱形护舷和D型护舷对应的撞击力峰值的差值分别为0.86MN和0.45MN,墩顶最大位移的差值分别为0.06m和0.035m,说明碰撞速度较大时,两种护舷在撞击力和墩顶位移时程曲线上的差距减弱。(4)探讨了船舶载重、碰撞速度、碰撞位置和碰撞角度四个因素对船-护舷-墩碰撞模拟结果的影响,碰撞速度是撞击力大小的决定性因素,且随着碰撞速度的增大,墩顶位移也有较大的增幅;船舶载重对撞击力峰值的影响较小,但船舶载重越大,碰撞持续时间和墩顶位移会有明显的增加;碰撞位置几乎对撞击力时程不产生影响,但较高的撞击位置会产生更大的墩顶位移;当船舶与靠船墩前沿成一定角度时,角度越小,所产生的撞击力越小,角度小于30°时较为安全,大于30°会使靠船墩发生塑性破坏。(5)船-墩模型非线性有限元模拟值与AASHTO规范、欧洲规范和铁路桥涵设计规范计算所得的撞击力峰值相比,排序情况为:欧洲规范>铁路桥涵设计规范>有限元模拟值>AASHTO规范。两种碰撞模型的对比结果表明,随着碰撞速度的增大,两种碰撞模型在轻载时的撞击力差距不断增大,而在重载时的撞击力差距基本相同;随着船舶载重的增加,两种碰撞模型在低速碰撞时的撞击力差距逐渐增大,而在相对较大的碰撞速度下的撞击力差距有所减小。