船舶搁浅是船舶航行面临的主要风险之一,尤其对于尖锐礁石,往往直接破坏船底板结构,威胁船上人员生命财产安全,对环境造成巨大的污染。因此,搁浅下船底板结构损伤特性的研究对于评估搁浅船舶的结构安全性具有重要意义。本文从涉及流固耦合作用的湿搁浅问题和不考虑船体外部水影响的干搁浅问题两方面入手,采用实验方法和数值仿真方法对礁石搁浅场景下的船底板结构变形损伤特性进行了研究,探讨了摩擦力、礁石形状、板厚、加筋板形式、礁石搁浅位置和多礁石搁浅等因素对船舶搁浅损伤的影响规律。本文主要的研究内容如下:(1)开展了板材准静态切割实验,用来模拟礁石切割船底板的过程。实验中采用圆锥形礁石切割低碳钢薄板,获得了试板的变形损伤特征和水平切割力-切割长度曲线。实验过程中通过改变礁石的切割深度以及礁石与试板之间的摩擦系数,探究了搁浅深度和摩擦力对船底板搁浅损伤的影响。根据实验结果综合分析了试板的典型变形损伤特征,定量分析了摩擦对水平切割力的影响。(2)采用有限元软件ABAQUS对板材准静态切割过程进行了数值仿真模拟,对比实验和仿真计算结果,验证了仿真方法的准确性,并对礁石的垂向切割力以及试板稳定切割段的变形损伤截面进行了分析。在此基础上,对船底板搁浅损伤开展参数化仿真研究,探讨了礁石形状、试板厚度以及试板加筋形式对船舶搁浅力和船底板变形损伤的影响规律。(3)在试验水池中开展了系列的船模搁浅实验,研究了考虑船舶内部动力学和外部动力学耦合作用的搁浅问题。实验中主要对船模搁浅速度、礁石横向搁浅位置以及搁浅礁石形状等影响因素进行了研究,获得了船模搁浅时的空间运动轨迹和船模水平搁浅力,综合分析了三种不同类型的船底板搁浅损伤。此外,对比了相同切割深度下的船模动态搁浅实验和板材准静态切割实验结果,分析了试板在动态和准静态切割时的变形损伤和抵抗力。(4)采用ABAQUS中的耦合欧拉-拉格朗日分析法(CEL法)对船模搁浅过程进行了流固耦合仿真模拟,通过对比仿真和实验结果验证了仿真方法的可靠性。在此基础上,对船舶多礁石搁浅损伤进行了仿真模拟,对比了单礁石搁浅和多礁石搁浅场景下船舶的运动响应及船底板损伤情况。