根據(jù)Tebbett《最近五年鋼制平臺的修理經(jīng)驗》中對世界上100 起需要修理的海洋結(jié)構(gòu)物損傷原因進行分析得到結(jié)果，約25% 的海洋結(jié)構(gòu)物損傷是由于碰撞引起的。根據(jù)英國HSE 機構(gòu)對海洋平臺的損傷調(diào)查，在海洋平臺發(fā)生損傷的原因調(diào)查中船舶碰撞占11.2%，是主要原因之一。根據(jù)DNV 海洋工業(yè)報告，在挪威北海海域從2001 年到2011 年十年間共發(fā)生船舶與海洋平臺碰撞事故26 起，其中6 起造成嚴重后果。

　　海上風電機組基礎(chǔ)與海洋平臺有著類似的結(jié)構(gòu)形式，但是由于海上風電機組處于剛剛起步階段，技術(shù)尚未成熟，對應(yīng)的海上風電機組基礎(chǔ)碰撞方面的研究還不夠充分，也很少有標準規(guī)范可供參考。本文對海上基礎(chǔ)與船舶碰撞的研究借鑒了海洋平臺碰撞方面的標準和經(jīng)驗。基于ANSYS/LS - DYNA 軟件，通過結(jié)構(gòu)模型化及數(shù)值仿真計算，獲得并分析了船橋碰撞力、能量轉(zhuǎn)換、以及風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)的一般規(guī)律和特點，從而為海上風電機組基礎(chǔ)設(shè)計、維護、防撞措施等提供理論上的支持。

　　船舶與海洋平臺基礎(chǔ)碰撞理論發(fā)展

　　早在20 世紀60 年代，Minorsky 在20 多個船舶與平臺碰撞事故或者實驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析中，得到了撞擊船的動能損失量與被撞平臺結(jié)構(gòu)損傷之間的線性關(guān)系，并以經(jīng)驗公式的形式給出。Martin J.Petersen 的研究工作也同樣具有代表性，對二維情況下的碰撞運動過程進行了分析。20 世紀70 年代，McDermott 等人根據(jù)塑性靜力學的基本理論和方法對游輪與平臺結(jié)構(gòu)的低能碰撞問題作了研究。隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，Reckling、Minorsky 和Yang 等人相繼采用有限元技術(shù)對船舶平臺碰撞問題進行了研究分析。20 世紀90 年代，Kawamoto 及Che 和Jang利用顯示非線性分析程序MSC/DYTRAN 對超大型油輪在碰撞中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了數(shù)值模擬分析，采用顯示有限元法(LSDYNA3D)分析撞擊船的船艏和被撞平臺的結(jié)構(gòu)損傷變形，且計算中假設(shè)為剛體碰撞。

　　總之，隨著對碰撞問題的深入研究和有限元技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外在船舶與海洋平臺碰撞問題上的數(shù)值模擬手段越來越多，結(jié)果也越來越可靠。通過對以往案例數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和理論推導，分析結(jié)果在海洋平臺設(shè)計與維護方面也起到了越來越重要的作用。

　　船舶與海洋平臺結(jié)構(gòu)碰撞模擬方法

　　一、常用分析方法

　　由于碰撞區(qū)的變形損傷程度與船舶安全性以及事故后果有直接關(guān)系，因此需要充分重視內(nèi)部碰撞力學的研究。目前研究內(nèi)部碰撞力學的方法主要有：統(tǒng)計分析法、試驗法、簡化分析法和有限元法。

　　(一)統(tǒng)計分析法

　　統(tǒng)計分析法是將船舶的碰撞問題分為相對獨立的結(jié)構(gòu)損傷和動能損失，研究他們之間的關(guān)系，采用完全非線性理論求解碰撞過程中的動能損失，用附連水質(zhì)量來代替碰撞中水的影響。最后用統(tǒng)計分析方法將損傷體積和動能損失聯(lián)系起來，建立線性關(guān)系。這種依據(jù)大量相似船型的船舶碰撞數(shù)據(jù)總結(jié)出的經(jīng)驗公式應(yīng)用很方便，但從成本上考慮顯然是不太現(xiàn)實。另外，這種方法進行了很多簡化，精度也不是很高，因此現(xiàn)在應(yīng)用很少。

　　(二)試驗法

　　對于比較復(fù)雜的無法用理論模型來表達的問題，往往可以通過試驗獲得比較可靠的結(jié)論。在船舶與海洋平臺碰撞問題上，荷蘭、丹麥、德國、日本等國的學者都進行了很多模擬碰撞試驗，并總結(jié)出了很多具有參考價值的結(jié)論。

　　但眾所周知，試驗需要耗費大量的時間和財力，且海洋結(jié)構(gòu)物碰撞問題本身的強非線性特征和碰撞條件的多樣性對試驗結(jié)果在實踐中的應(yīng)用產(chǎn)生很大的局限性，加之海洋結(jié)構(gòu)物的建造非常昂貴，進行此類試驗往往因耗資巨大而難以實施，因此這種方法實施起來難度很大。

　　(三)解析法

　　簡化分析方法一般研究的是破壞過程的特點，借助理論公式加以分析計算，從而為設(shè)計者提供整體及局部結(jié)構(gòu)設(shè)計計算工具。這種方法主要基于塑性力學中的上限理論和一些重要假設(shè)來分析碰撞問題。這些假設(shè)主要來自對碰撞事故和試驗研究的觀察分析。但往往由于它將碰撞中的船舶做了大量簡化處理，所以精度相對較低。

　　(四)有限元數(shù)值仿真法

　　數(shù)值仿真法是對船舶真實碰撞場景的虛擬再現(xiàn)，借助于一些有限元分析軟件，船舶碰撞過程中的各種物理量都可以作為結(jié)果輸出，可以真實的模擬碰撞現(xiàn)象，部分代替實船或者模型的碰撞試驗，實現(xiàn)“虛擬碰撞”。因此有限元方法是結(jié)構(gòu)碰撞響應(yīng)分析的強有力工具，也是研究船舶碰撞問題最為有效的方法。

　　但是目前在工程應(yīng)用中，由于仿真模型的建立需要一定的知識、經(jīng)驗和處理技巧，模型的計算精度并非總是令人滿意，船舶碰撞非線性有限元法用于實際船舶結(jié)構(gòu)的碰撞分析還沒有完全成熟，數(shù)值仿真法的結(jié)果仍然需要試驗或者其他研究者的計算結(jié)果來檢驗。