基于SPH方法的船-冰相互作用仿真分析研究.pdf

1、近年來，全球溫度升高，極地冰雪加速融化，人類將目光轉(zhuǎn)向極地開發(fā)和利用，具有破冰能力的船舶在此問題上發(fā)揮了極大的作用。極地航行過程中，船-冰間的相互作用是一種極其復雜的物理過程，目前仍然沒有一種理論方法能夠準確有效的對此過程進行描述。隨著計算機技術的發(fā)展，利用有限元軟件模擬船-冰間的相互作用成為一種可靠方法。傳統(tǒng)有限元模擬過程中，海冰網(wǎng)格承受極大應力會發(fā)生扭曲、畸變現(xiàn)象，可能導致終止計算的問題發(fā)生。單元侵蝕技術雖然可以避免畸變問題但會產(chǎn)生

2、能量損失和改變物體邊界，影響計算結(jié)果的準確性。基于以上問題，本文對船-冰相互作用提出了一套基于無網(wǎng)格方法的船-冰相互作用仿真分析方法。
　　本文的主要工作有以下幾點：
　　1.針對考慮塑性的海冰本構(gòu)模型，對屈服前的力學模型、海冰破壞準則和流動法則進行深入研究，提出三種不同本構(gòu)模型，并分析其在船-冰碰撞過程中的適用性。
　　2.將 SPH引入船-冰碰撞數(shù)值仿真方法。詳細描述船-冰碰撞基本過程，簡要介紹SPH方法的基礎理論

3、，利用SPH、FEM耦合方法高效且準確模擬船-冰碰撞過程，對比傳統(tǒng)有限元方法，分析其優(yōu)缺點和適用性。
　　3.利用 SPH-FEM耦合方法進行水介質(zhì)中船-冰碰撞的數(shù)值仿真。考慮船舶航速、碰撞角度、冰排厚度等碰撞關鍵因素對碰撞力、破損情況等影響規(guī)律進行簡要分析。
　　4.運用非線性動態(tài)分析方法校核船舶破冰過程中的結(jié)構(gòu)安全，研究不同工況下船體結(jié)構(gòu)響應，并與準靜態(tài)方法的計算結(jié)果進行對比和分析。研究冰區(qū)船舶破冰過程中船體梁載荷，分析