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船舶碰撞研究

中國與菲律賓在南海的衝突不斷,報載2023/10/22一連發生兩起碰撞事件。事件雖無人員傷亡,雙方相互指責。撇開一下政治話題聊聊工程問題,遇到像這樣的Ship-to-Ship Collision,雙方真的做好準備了嗎? 這麼大噸數的船相互碰撞,這比兩頭大象打架還恐怖,沒有人員傷亡算不幸中的大幸,要是撞出大洞來,可是水面船直接升級成浮不起來的潛水艇啊~

(圖片取自公視新聞)

工程上會怎麼做呢?我們看看財團法人驗船中心做的一項"鋁合金雙體船結構碰撞分析"研究(註2),由研究報告圖形來看,讓人很難不去連想近年來由龍德造船廠所承製的沱江艦。

它的研究方法是:

  1. 第一次分析:先研究船體在沒有水動力影響狀況下,撞擊船先行碰撞,瞭解被撞船的動力狀態。
  2. 將被撞船的動力狀況,進行流體分析,計算出被撞船體的附加質量及阻尼。
  3. 由上述資料再配置於船體結構上,撞擊船再以不同船速撞擊被撞船,以此分析撞擊凹陷深度與抗撞能力。

這項方法等同是用多段式的分析,這並不是不好的方法,像類似的分析手法,就是用在當您沒有適當的工具時,透過資料傳遞的方式,來得到研究數據。但是會有另外一個問題,系統必須做適當的簡化進而產生不少資料及狀況並沒有被適當評估,在工程上有許多這樣的手法及流程。

最主要是需要2套軟體,論文中所列舉的軟體,都不算是經濟的系統。代表說:用這樣的方法:簡化使精確度有待商確,並且不怎麼經濟。

但由於科技上及數值方法的進步,有許多方法便值得再被討論。其中ANSYS/LS-DYNA是其中顯出重要優勢的系統。我們參考一下目前研究手法(註3):

LS-DYNA是採用流固耦合的方法,以全尺寸模型進行分析,並且使用ALE方法進行水體的模擬。如果可以得知水體的物理特性,則可以將模擬的次數一次完成,並且使用全尺寸分析得到更為精確的結果。各位有興趣的朋友,可以參考這篇具參考性的分析方法。

以上這案例的分析,就很像新聞事件,要是撞上去了,後果實在令人擔憂。

不只這樣船與船的碰撞,如果要研究船泊岸時,受到大浪的衝擊等研究,LS-DYNA皆是一項很具備優勢的研究工具。

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