Dynamic contact pressure calculation of the hull with the seabed
Authors: Мамонтов А.И. , Китаев М.В. , Молоков К.А. , Новиков В.В. , Суров О.Э. 
Published: June 2020

При выходе судна на необорудованный берег днище корпуса касается поверхности грунта, давление грунта на корпус значительно превышает забортное давление воды. Для обеспечения безопасности эксплуатации судна следует знать величину повышенного давления, определять эксплуатационные ограничения или усиливать конструкцию днища корпуса.
Сила, действующая на днище, определяет траекторию движения носовой части корпуса. По траектории можно определить эту силу, площадь контакта, давление грунта и его свойства. Зная свойства грунта можно решить и обратную задачу: смоделировать траекторию, силу, максимальное давление и площадь контакта для более тяжелых условий швартовки. Например, при большей бальности волнения, скорости или водоизмещении определить усиления конструкций корпуса: требования к толщине наружной обшивки, размерам днищевых балок.
Давление зависит от угла наклона днища судна и характеристик морского дна, поэтому для решения поставленной задачи требуется моделировать форму носовой части и свойства грунта: плотность, коэффициент трения, угол внутреннего трения, сцепление.
Для нахождения максимального давления следует определять всю траекторию при контакте с грунтом, так как параметры движения на каждом шаге зависят от предыдущих шагов, то есть от «истории» взаимодействия корпуса с грунтом. На траекторию влияют параметры судна: форма корпуса, скорость, водоизмещение и высота волн в месте швартовки.
Корпус судна считается абсолютно жестким телом по отношению к материалу грунта. Грунт рассматривается как идеально жесткопластический материал. Упругие деформации пренебрежимо малы по сравнению с пластическими.
When the ship beaches to an unequipped shore, the bottom of the hull contacts the seabed surface, the soil pressure on the hull is higher than water pressure. To ensure the safe beach operation of the ship, we have to know the magnitude of the high pressure, determine operational limitations or gain the hull bottom structure.
The force acting on the bottom determines the trajectory of the bow. From the trajectory, this force, contact area, soil pressure and its properties can be determined. Knowing the properties of the soil, the inverse problem can also be solved: to simulate the trajectory, force, maximum pressure and contact area for more rough mooring conditions. For example, with a greater pitching, speed or displacement, determine the reinforcement of the hull structures: requirements for the thickness of the shell, the size of the bottom beams.
Pressure depends on the angle of ship bottom inclination and the characteristics of the seabed, therefore, to solve the problem, it is necessary to simulate the shape of the bow and soil properties: density, coefficient of friction, angle of internal friction, coherence.
To find the maximum pressure, you should determine the full trajectory in contact with the seabed, since the motion parameters at each step depend on the previous steps, that is, on the “history” of the hull’s interaction with the seabed. The ship's parameters influence the trajectory: hull shape, speed, displacement and wave height at the beaching point.
The hull is considered absolutely rigid body against to the material of the soil. Soil is considered as ideally rigid plastic material. Elastic deformations are negligible compared to plastic ones.