对于碰撞、搁浅问题而言，试验是一种不可或缺的研究方法，理论研究和数值仿真计算离开试验结果指导,且理论研究和数值仿真的结果也需要用试验验证。然而在试验中，结构的支撑条件及焊缝材料及形式等对桁材的变形模式影响很大，且试验不具备重复性，在特定的试验中很难准确获得桁材的变形特点。因此，试验的结果通常需要有限元仿真的辅助，从而对试验工况下结构的损伤变形特点有一个更加深入的观察与分析。

3船体桁材结构碰撞冲击数值仿真

随着计算机硬件的不断升级和发展，有限元仿真方法成了许多工程领域评估结构变形及失效的一个便利的工具。非线性有限元仿真法计算周期相对较短、可重复且计算精度高，又被称为“数值试验”。在试验结果不易观察或模型试验条件不具备或者的情况下，数值仿真方法成为另一个很好的选择，只要参数设置得合理，数值仿真方法能给出令人满意的计算结果，且可通过后处理软件进一步观察桁材损伤变形特点，并可以用来对解析计算公式进行验证。

为了对桁材构件在面内受压时的变形情况进行深入分析，Gao[25]采用数值仿真软件LS-DYNA模拟了ASIS模型试验中的场景，有限元模型如图1-9所示。Gao通过对数值仿真中结构变形过程的观察与分析，总结归纳了桁材结构变形过程中的主要特点，并提出桁材冲压过程中的理论变形模型。

Liubin[23]采用数值仿真模拟3个典型试验（MIT[35]、DTU[7]及ASIS[6]试验）中桁材结构的损伤变形，如图1-10所示。由仿真结果可以清晰地得到冲压过程中桁材损伤变形的主要特点，在面内载荷的作用下，桁材产生褶皱变形，加载处的截面在冲击载荷的作用下依次向原始平面两侧褶皱。

目前，虽然有限元仿真方法计算船舶碰撞、搁浅等大型冲击类问题以被国内外学者广泛采用，但仿真模型中材料非线性问题是获取可靠计算结果的关键[10，36]，国内外这方面系统研究不多，尤其是直接影响计算结果的材料硬化、动态失效应变等问题。在本文的有限元仿真中，将致力于完善材料硬化这一问题，使仿真的结果相对准确可靠。

4船体桁材结构碰撞冲击解析计算

很多学者针对桁材在面内载荷下的变形机理开展研究，提出一系列预报桁材在面内载荷作用下结构抗力的解析公式。

Wierzbicki和Culbertson-Driscoll[37]首次详尽地探讨桁材在面内载荷下的损伤特性，认为未变形时桁材的上缘与第三个塑性铰线之间的夹角为常数π/4，即撞深等于桁材变形长度的一半，并通过小比例铝板压缩试验验证。Choi[26，38]基于对MIT试验的观察，针对低腹板桁材（shallowwebgirder）提出了带有经验因子的解析公式，然而在船体结构中高腹板的桁材更为常见，因此Choi[26，38]提出的解析公式应用受到限制。

Wang[20]、Simonsen[21]、Zhang[39]等基于相同的塑性机理分别提出不同的变形假定，得到一系列桁材阻力的解析公式，具有一定的代表性。其假定的变形模式如图1-11所示。Simonsen和Ocakli[7]针对甲板和桁材开展系列试验，假定桁材褶皱的特征高度为4H，所有塑性铰旋转角度为；Hong和Amdahl[24]通过对已存在的桁材面内变形的解析公式的分析，基于数值仿真提出一种更为精确的解析模型，认为桁材的第一个褶皱形成时，剩下的桁材与原平面形成一定的夹角，然而由于存在两个不同的旋转角度α、β，Hong和Amdahl[24]提出的解析式仍较为复杂；Liubin[23]

提出一种新的解析模型，认为桁材褶皱变形模型可分为塑性变形和弹性屈曲两部分，且弹性屈曲部分不吸收能量，并通过仿真及试验加以验证。相比于其他方法，简化解析法计算快速简单，同时具有一定的准确性和可靠性，