破冰船在冰層中連續(xù)破冰的數(shù)值模擬與冰阻力預(yù)報.pdf

1、近十幾年來，隨著全球氣候變暖，北極冰層逐年融化，各國對連接歐洲、東亞和北美的北極航線的探索不斷深入；與此同時，對北極地區(qū)油氣和礦產(chǎn)資源的關(guān)注不斷升溫。極地冰區(qū)的通航和科學(xué)考察、資源勘探需依靠破冰船開辟航道，破冰航行。因此，準(zhǔn)確模擬破冰船的連續(xù)破冰并預(yù)報該過程中破冰船所受的阻力，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　本學(xué)位論文建立破冰船與冰層的有限元數(shù)值模型，使用非線性有限元軟件 LS-DYNA對破冰船在冰層中連續(xù)破冰進(jìn)行數(shù)值模擬，對破冰

2、船的冰阻力進(jìn)行預(yù)報。
　　論文總結(jié)了海冰的分類和物理、力學(xué)性質(zhì)，并根據(jù)海冰的性質(zhì)和破冰過程中冰層破碎、彎曲的現(xiàn)象，建立了兩種冰材料數(shù)值模型：六面體冰材料模型和粘單元模型。六面體冰材料模型可較好地模擬船舶與冰層碰撞時對冰體的擠壓、破碎作用；粘單元模型可有效地模擬冰層的擠壓破碎過程和彎曲失效過程。論文通過模擬冰錐擠壓試驗，并將模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，對冰材料數(shù)值模型進(jìn)行了驗證。
　　將六面體冰材料模型應(yīng)用于破冰船在無限區(qū)域的

3、冰層中連續(xù)破冰的數(shù)值模擬，結(jié)合經(jīng)驗公式的預(yù)報結(jié)果，對破冰船連續(xù)破冰時的冰阻力進(jìn)行了數(shù)值分析。通過對不同冰層厚度和不同船首形狀的破冰船連續(xù)破冰的數(shù)值模擬，研究了冰層厚度和船首形狀對連續(xù)破冰的影響，并進(jìn)一步驗證了論文所采用的數(shù)值模擬方法的適用性。
　　采用粘聚單元法構(gòu)建冰層有限元數(shù)值模型，模擬破冰船在冰層中的連續(xù)破冰，對破冰船的冰阻力進(jìn)行了預(yù)報；通過對不同船速下的破冰船連續(xù)破冰的數(shù)值模擬，研究了船速對連續(xù)破冰的影響。同時，使用多種經(jīng)驗