破冰船艏部冰載荷計算及結構強度研究.pdf

1、隨著全球氣候逐漸變暖，北極永凍層不斷融化，為了縮短亞洲國家與歐美國家之間的運輸航程，降低運輸成本，世界各國都在積極開拓北極航道。然而，船舶在北極海域航行將不可避免地遇到海冰問題，極地破冰船在保證航運的連續(xù)性和通暢性方面起到重要作用，同時對于極地考察來說，破冰船也必不可少。在破冰船的極地航行過程中，冰載荷成為影響船體結構及營運安全的重要因素，但國內外對破冰船在正常工況下受到的冰載荷研究內容較少，破冰船在冰載荷作用下的結構響應也無從得知。<

2、br>　　基于上述原因，本文開展破冰船艏部冰載荷計算及結構強度研究。研究破冰船在連續(xù)式和沖撞式兩種破冰模式下的冰載荷及船體結構響應情況，同時針對極端工況下的船體結構損傷情況，對船艏碰撞區(qū)域進行結構加強研究，提出新型耐撞結構。本文主要工作如下：
　　(1)介紹北極海冰的主要物理及力學特性，選取冰體材料參數(shù)。參考國際標準化委員會推薦的壓強-面積曲線及前人的圓臺冰-剛性墻試驗結果，驗證本文選取冰體材料的可行性；
　　(2)應用前處

3、理軟件PATRAN建立本文破冰船及冰排有限元模型，對船體結構簡化、網格劃分、接觸定義等做詳細介紹。采用大型非線性有限元軟件 LS-DYNA研究船、冰材料模型。對破冰船在連續(xù)破冰模式下的不同工況進行數(shù)值仿真計算，研究不同工況下破冰船所受到的最大碰撞力以及船體結構響應；
　　(3)根據(jù)船-冰碰撞過程中的能量守恒原理，利用能量法建立連續(xù)破冰模式下冰載荷的理論方法，給出冰載荷理論公式，同時將數(shù)值仿真中的冰載荷結果與本文冰載荷理論公式計算結

4、果以及 DNV規(guī)范、俄羅斯規(guī)范中的冰載荷計算結果進行對比，驗證本文冰載荷理論計算公式以及數(shù)值仿真方法的可行性；
　　(4)運用非線性有限元軟件 LS-DYNA對破冰船在沖撞破冰模式下的不同工況進行數(shù)值仿真計算，研究不同工況下破冰船所受到的最大碰撞力以及船體在碰撞過程中所受到的損傷變形和能量吸收等情況，同時研究破冰船在極端工況下的結構響應；
　　(5)根據(jù)DNV規(guī)范計算出的外板厚度及肋骨尺寸，設計不同方案對船艏結構進行加強，研