船舶与船闸的碰撞问题是一个涉及多学科的复杂问题,随着航运的不断发展和船型大型化、标准化,这又成为一个普遍存在的问题。关于船舶碰撞力目前《船闸水工建筑物设计规范》中仍采用经验公式计算,而对于船舶与船闸碰撞力的分布特征问题不仅研究较少,且各研究成果间也存在一定差别。因此有必要通过数值模拟的方法系统地进行船舶与船闸间的碰撞研究。文中,首先综述了国内外碰撞理论、船舶与船闸碰撞研究成果,提出了本文的研究目的和主要内容。讨论了船舶碰撞分析中所涉及的数值模拟基本理论和方法,分别就LS-DYNA的功能特点、理论基础、材料动力特性以及接触-界面摩擦等重要问题进行了专题研究,并提出在碰撞有限元仿真分析中提高计算效率、精确性及稳定性的一些常用方法。紧接着介绍了船舶计算模型的建立方法,并分别建立了整体式船闸和分离重力式船闸的有限元仿真模型。本文着重模拟了船舶与整体式和分离(重力式)船闸的碰撞过程,研究了在不同闸墙厚度、不同闸墙材料下撞击力的分布特征,并得出以下主要结论:(1)船舶撞击力会在闸墙表面形成以撞击点为顶点的线性分布区域。对于撞击点以上分布区域,撞击截面闸墙越薄,撞击力分布长度越大。而对于撞击点以下分布区域撞击力分布长度随着撞击截面处闸墙厚度的变化则变化不大。(2)分别研究不同闸墙材料对撞击力分布特征的影响,发现当闸墙采用素混凝土时,尽管增加混凝土的强度,撞击力的分布长度变化也不大。而当采用钢筋混凝土结构时,闸墙表面应力值出现了显著增大,并且撞击力沿闸墙长度方向分布长度变小了。当采用浆砌块石结构时,其应力值持续增大而分布长度继续减小。总结来说随着闸墙材料强度的增加,撞击力分布长度随之变小。(3)由于闸墙型式的不同,撞击力的分布长度也不尽相同。同种闸墙材料情况下,对于整体式结构,受拉区撞击力的分布长度Ly与距撞击点深度y的比值在2.50左右,而受压区Ly/y=2.17~2.81(其值随着闸墙厚度的增大而减小且近似呈线性关系分布)。对于重力式结构,随着闸墙厚度的减小,Ly/y也有变大的趋势,其值大约从2.83~3.28。总体而言,撞击力在重力式结构上的分布长度较整体式要大,且有限元计算结果均比规范中公式规定值要大,规范中偏于保守。