基于增强铝蜂窝板的新型船闸防撞系统全尺度实验与数值评估

针对日益增长的船舶碰撞风险，研究人员开发了一种集成增强铝蜂窝板与专用支撑结构的新型船闸防撞系统。通过全尺度碰撞实验和数值模拟，验证了该系统在弹性变形恢复（>75%）、应变能降低（>85%）和峰值应力减少（>50%）方面的卓越性能，同时实现减重39.7%，为提升海事基础设施安全性提供了创新解决方案。

　　

随着全球航运量的激增，船舶与船闸扇形门的碰撞事故频发，传统钢制防撞系统因无法有效耗散冲击能量，导致结构变形、焊缝开裂等问题，严重威胁航道安全。中国研究人员针对这一挑战，在《Ocean Engineering》发表研究，提出了一种革命性的解决方案——采用增强铝蜂窝板（Reinforced Aluminum Honeycomb）与模块化支撑结构的新型防撞系统。

研究团队通过香港蓝船闸（Honglan Lock）全尺度实验，结合ABAQUS/Explicit数值模拟，系统评估了不同船舶速度和角度下的碰撞性能。关键技术包括数字图像相关（DIC）变形监测、有限元建模（基于实际几何尺寸）以及与传统焊接钢系统的对比分析。实验样本来源于中国江苏秦淮河四级船闸，设计船舶吨位500吨。

设计创新：系统由铝蜂窝冲击面板和轻量化支撑结构组成，通过降低支撑刚度实现减重（图1）。实验验证：DIC数据显示碰撞后75%以上变形为弹性恢复（图13），U3（垂直位移）和U1（水平位移）证实结构完整性保持良好。数值分析：模拟结果揭示应变能降低85%、峰值应力减少50%，重量减轻39.7%。传统对比：相较于钢制系统，蜂窝结构显著提升能量吸收效率，且模块化设计简化维护流程。

结论表明，该防撞系统通过材料与结构协同优化，解决了传统设计能量传递集中的缺陷。弹性变形主导的特性使其具备重复抗冲击能力，而轻量化设计降低了施工成本。这一成果不仅为船闸安全设立新标准，也为桥梁、海上风电等领域的防撞结构开发提供了范式。研究获得国家自然科学基金（52478306, 52478145）等支持，标志着中国在海事工程防护技术领域的前沿突破。