关于船舶碰撞的研究可以追溯到20世纪50年代，当时Minorsky[1]发表了一篇关于配合核动力船研制的理论，以防止因碰撞搁浅事故使船体严重损伤发生核泄漏。90年代大型油轮“EXXON Valdez”号发生严重搁浅事故，导致石油大规模泄漏，对海洋环境造成了严重污染，影响海洋生命安全。碰撞事故的频繁发生需要对船舶碰撞性能进行深入研究，以保障船舶结构安全。图为一艘马来西亚籍油船与一艘圣文森特和格林纳丁斯籍货船，在新加坡海峡樟宜东附近相撞，两艘船船体受损，约5千吨原油泄漏。 被撞舷侧结构发生破裂变形船舶碰撞力学的研究主要在外部碰撞动力学和内部碰撞动力学上。外部碰撞动力学适用于船舶在碰撞过程中受到流场中的流体动力以及本身的刚体运动，研究包括碰撞力在内的运动方程并进行求解；而内部碰撞动力学更适合于碰撞结束后，研究碰撞接触区域各构件的弹塑性破坏过程，以及表现在外部上的非线性碰撞阻力、结构内部响应和能量变化过程。本文主要研究船舶被撞区域结构的碰撞性能，包括结构的塑性变形、能量吸收以及碰撞力等。目前海洋工程结构物的碰撞研究方向主要集中在结构的碰撞性能分析与结构的优化设计分析方面。基于已有的理论知识和实践经验，目前船舶碰撞研究的方法主要包括统计分析方法、试验研究方法和数值仿真方法。77116

1 统计分析方法

统计分析方法是根据船碰撞事故或者实船试验所得到的历史数据，总结出适合于分析碰撞性能的经验公式。Minorsky根据26个实船碰撞数据的历史资料，建立了有关船舶碰撞能量吸收的经验公式。Minorsky将损伤变形体积作为仅有的结构参数的半经验公式，用来研究船舶碰撞过程中的能量吸收和动能损失的变化情况。在碰撞过程中，利用完全非弹性碰撞理论求解船舶的动能损失，用附连水质量表示被撞区域附近水域的影响，碰撞发生后由动量守恒定理：论文网

由式1-1可得到碰撞船的速度，其中撞击船质量为，被撞船质量为，撞击船速度为，为撞击船与碰撞船之间的夹角，碰撞结束时的速度为。

式1-2中表示被撞结构的塑性变形能，表示抗力因子。、表示撞击船第N个构件的被撞船第n个构件的损伤深度，、表示撞击船第N个构件的被撞船第n个构件的损伤长度，、表示撞击船第N个构件的被撞船第n个构件的厚度。最后用统计方法得到著名的Minorsky曲线（式1-4）。 

Jones[2]利用受集中载荷的梁的塑性理论提出了关于低能碰撞的经验公式。Vaughan[3]、Paik等人也对船舶碰撞的经验公式做了总结工作。然而这些经验公式忽略被撞船外板等影响，只适合少数船型的高能碰撞问题，不具有普遍性。

2 试验研究方法

当船舶发生碰撞时，碰撞区域在巨大冲击载荷作用下表现为复杂多变的非线性动态响应过程，很可能立刻进入塑性变形阶段导致结构失效等[4-6]。在船舶发生碰撞的过程中，被撞结构常常伴随着大量非线性问题，如材料的非线性、几何的非线性、接触定义等，这些问题无法通过理论模型的模拟碰撞得到解决。实船试验能得到更加真实直观的数据结果，因此开展试验研究十分必要。

20世纪70年代前Woisin[7]进行了一系列主要研究核动力船结构设计的高能动态船舶碰撞试验。Ito[8]等人分别用倾斜船舶、球鼻首撞击双壳舷侧结构对碰撞性能进行研究。Wevers和Vredeveldt[9]在考虑外部机理和内部机理的耦合作用前提下，为研究Y型结构的耐撞性能对两条1000T级内河油船进行碰撞。 

然而实船的碰撞试验十分昂贵，同时将会造成不可逆转的船体结构损伤，破坏性极强，而且实施过程需要考虑人员安全、场地规模、环境保护等多方面问题。因此本文主要采用有限元数值仿真方法，研究碰撞结束后构件的碰撞力、能量吸收机制和损伤变形机理，从而得到可靠结论。