LS-DYNA模擬油輪與渡輪碰撞行為

隨著全球貿易的增長，海上航運的繁忙程度不斷提高，船舶碰撞的風險也隨之上升。尤其在高交通密度的區域，油輪與渡輪等大型船舶的碰撞可能對環境、船員及乘客造成極大威脅。透過先進的數值模擬技術，工程師可以預測船舶結構在碰撞中的行為，從而優化設計，提升船舶的安全性。

設定渡輪初始速度 3m/s，採單一表面接觸確保自衝擊考量

船舶碰撞模擬的挑戰之一在於精確預測船體結構在不同碰撞條件下的反應。這涉及結構的變形、材料的反應及自由表面效應等複雜因素。特別是在油輪與渡輪這樣的雙體結構中，結構的多樣性與材料特性使得模擬更加複雜。

結構受損評估：船舶在碰撞時可能會遭遇嚴重的塑性變形或結構破壞。傳統的物理測試無法全面評估各種碰撞條件，且費用高昂。數值模擬技術提供了更高效且經濟的方式來進行全面的結構損傷分析。
材料與結構特性：油輪與渡輪的船體由不同材料組成，包括鋼鐵及複合材料。碰撞過程中，這些材料間的相互作用需要被精確模擬，特別是剛性與柔性結構之間的影響。
自由表面效應：在船舶碰撞時，船艙內的液體（例如油箱中的燃油或壓載水）會流動並影響船舶的穩定性。這一現象必須在模擬中謹慎處理，避免錯誤的預測結果。

碰撞造成結構塑性變形與能量吸收分析

船體塑性變形分析，評估耐撞性與損壞程度

LS-DYNA作為強大的數值分析工具，結合了有限元分析（FEA）與流固耦合（FSI）技術，能夠精確模擬船舶在碰撞過程中的結構反應，並預測變形與受力。

精細化船體建模：利用LS-DYNA，工程師可以將船體分為詳細區域與簡化區域。詳細區域使用高精度網格劃分，以確保碰撞區域的模擬精度，而簡化區域則使用質量與梁單元來提升計算效率，確保整體模擬的快速運算。
非線性彈簧與剛度模擬：船舶結構在碰撞過程中的剛度會隨著變形而變化。LS-DYNA中的非線性旋轉彈簧模型（MAT_SPRING_NONLINEAR_ELASTIC）能夠精確模擬碰撞後的結構恢復行為，並考慮水下環境對結構的影響。
單一表面接觸處理：碰撞過程中，船體可能會發生自碰撞或與其他物體接觸，LS-DYNA透過單一表面接觸模型來精確處理這些複雜的接觸情況，確保模擬結果的真實性。

模擬油輪與渡輪碰撞過程，分析結構變形

展示碰撞後結構損傷，評估塑性變形區域

利用LS-DYNA進行船舶碰撞模擬，工程師不僅能夠預測船體結構的受損情況，還能對設計進行優化，提高船舶的抗碰撞能力。

LS-DYNA在油輪與渡輪碰撞模擬中提供了強大的技術支持，能夠幫助工程師精確預測船體結構在各種極端條件下的行為。隨著模擬技術的不斷發展，LS-DYNA將在提升船舶設計安全性及環保標準方面發揮越來越重要的作用，為全球海事安全提供堅實的保障。

資料來源：ANSYS 簡報內容

更多結構碰撞相關分析，歡迎聯絡鑫威！