破冰船艏部冰載荷計(jì)算及結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(guó)家與歐美國(guó)家之間的運(yùn)輸航程，降低運(yùn)輸成本，世界各國(guó)都在積極開(kāi)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(wèn)題，極地破冰船在保證航運(yùn)的連續(xù)性和通暢性方面起到重要作用，同時(shí)對(duì)于極地考察來(lái)說(shuō)，破冰船也必不可少。在破冰船的極地航行過(guò)程中，冰載荷成為影響船體結(jié)構(gòu)及營(yíng)運(yùn)安全的重要因素，但國(guó)內(nèi)外對(duì)破冰船在正常工況下受到的冰載荷研究?jī)?nèi)容較少，破冰船在冰載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)也無(wú)從得知。<

2、br>　　基于上述原因，本文開(kāi)展破冰船艏部冰載荷計(jì)算及結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jié)構(gòu)響應(yīng)情況，同時(shí)針對(duì)極端工況下的船體結(jié)構(gòu)損傷情況，對(duì)船艏碰撞區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)研究，提出新型耐撞結(jié)構(gòu)。本文主要工作如下：
　　(1)介紹北極海冰的主要物理及力學(xué)特性，選取冰體材料參數(shù)。參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)推薦的壓強(qiáng)-面積曲線及前人的圓臺(tái)冰-剛性墻試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證本文選取冰體材料的可行性；
　　(2)應(yīng)用前處

3、理軟件PATRAN建立本文破冰船及冰排有限元模型，對(duì)船體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、網(wǎng)格劃分、接觸定義等做詳細(xì)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(duì)破冰船在連續(xù)破冰模式下的不同工況進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)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(jié)構(gòu)響應(yīng)；
　　(3)根據(jù)船-冰碰撞過(guò)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(shí)將數(shù)值仿真中的冰載荷結(jié)果與本文冰載荷理論公式計(jì)算結(jié)

4、果以及 DNV規(guī)范、俄羅斯規(guī)范中的冰載荷計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證本文冰載荷理論計(jì)算公式以及數(shù)值仿真方法的可行性；
　　(4)運(yùn)用非線性有限元軟件 LS-DYNA對(duì)破冰船在沖撞破冰模式下的不同工況進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)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(guò)程中所受到的損傷變形和能量吸收等情況，同時(shí)研究破冰船在極端工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)；
　　(5)根據(jù)DNV規(guī)范計(jì)算出的外板厚度及肋骨尺寸，設(shè)計(jì)不同方案對(duì)船艏結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，研