【摘要】：近年來,北極資源開發(fā)和與之相關的北極航線建設成為世界熱點問題。對我國而言,在“一帶一路”戰(zhàn)略背景下,精心打造的“冰上絲綢之路”不僅能減少常規(guī)海上運輸?shù)某杀竞蜁r間,而且將大大提高我國在國際貿(mào)易上的影響力。隨著船舶在極地冰覆蓋海域中的運輸和勘探活動日益頻繁,對破冰船和具有破冰能力的極地船舶市場的需求也必將日益增加。目前,雖然大多數(shù)學者通過附加質(zhì)量法和流固耦合對船-冰碰撞進行了相關研究,但只有少數(shù)研究集中在附加質(zhì)量法和流固耦合法相對于破冰船破冰過程以及結(jié)構損傷之間的差異,同時更缺乏一種有效預測破冰船艏部極端應力的方法。基于上述原因,本文一方面基于經(jīng)驗公式和ALE流固耦合算法對船舶破冰阻力預報研究,另一方面對水介質(zhì)中破冰船艏部結(jié)構響應及極端應力進行了研究。對快速計算破冰阻力,并為船體結(jié)構設計和優(yōu)化提供依據(jù)有著重要的意義。本文的主要工作如下:(1)基于不同方法的冰載荷計算研究。主要包括對海冰的形成與分類、物理力學特性進行了歸納整理。同時對船舶破冰時冰的失效模式進行了整理分析,并利用不同計算模型和規(guī)范對破冰船在不同破冰場景下所受冰載荷進行了對比分析。(2)基于ALE流固耦合算法在船冰碰撞中的應用研究。對非線性有限元軟件LS-DYNA中ALE算法中的一些基本原理進行描述,選取并驗證了合適的冰材料。最后通過水介質(zhì)中冰體與船體板架碰撞的數(shù)值仿真和模型試驗相對比,驗證了該方法在船-冰碰撞仿真中的適用性。(3)水介質(zhì)中船舶破冰阻力預報研究。首先主要基于不同的經(jīng)驗公式模型對破冰船所受冰阻力進行了估算,然后對各經(jīng)驗公式中的主要參數(shù)進行了敏感性分析。最后基于ALE算法對破冰船在水介質(zhì)中所受冰阻力進行了數(shù)值仿真計算,并將經(jīng)驗公式和數(shù)值仿真計算的冰阻力進行對比,以驗證對冰阻力預報的適用性和準確性。(4)水介質(zhì)中破冰船艏部結(jié)構響應及極端應力預測研究。首先基于流固耦合法對船舶破冰進行了數(shù)值仿真計算,分析了水域流場對破冰船艏部的影響變化。然后與附加質(zhì)量法計算下的破冰船艏部的損傷變形、局部壓力和碰撞力大小等方面差異進行了比較,揭示水介質(zhì)對船舶破冰過程的影響規(guī)律。最后將數(shù)值仿真結(jié)果和Naess-Gaidai尾部外推方法相結(jié)合,對破冰船艏部極端應力進行了預測。
【圖文】：

同的 和 S，在的每單元層。情況著粘人[8]研)和擴相互元法元進播，的應力-應變Sand[7]在 L在該模型中，每個內(nèi)表面插元和粘性單元當應力或變況下發(fā)生。隨粘性表面?zhèn)鞑パ芯苛吮鶑潝U展有限單元互作用。通常法，粘性元素進行裂紋萌生其中單元侵關系，并不S-DYNA 中冰層首先插入零厚度元之間傳遞變形達到臨隨著冰層和播。同時，彎曲模型中的元法(XFEM常，在單元素被插入塊生和擴展。侵蝕法是模不能模擬冰中利用粘聚先被離散化為度的粘性單元遞，粘性單元臨界值時，粘和結(jié)構之間的附著在失效的單元侵蝕M)等數(shù)值方元侵蝕法中，塊冰的單元間如圖 1.2 所模擬冰彎曲失冰的彎曲行為單元法（C為有限的體元，單元間元將響應沿粘性單元將的連續(xù)相互效粘性單元蝕法(EEM)、方法，并將這，通過設定間界面；離所示，所有失效最有效為。EM）開發(fā)了體積單元，然間共節(jié)點，因沿粘合層的剪將被刪除，并互作用，相鄰元上的大塊單黏聚單元這些數(shù)值方法定失效標準以離散單元法和有這些方法都效的方法。了冰與然后沿因此變剪切應并且裂鄰的粘單元從元法(CE法用來以產(chǎn)生和擴展都可以

S方程在積計算檢測船半徑?jīng)Q與冰楔楔理想FiSu 等人[37]介在縱蕩、橫算方法考慮船體和冰楔決定。該模楔之間的接想化和接觸ig.1.3 Circle介紹了一種橫蕩和艏搖三慮了破冰階段楔之間的接觸型將來自第接觸區(qū)域進一觸區(qū)離散化過圖 1.3contact detec種船舶適用于三個方向上段冰的破碎觸點。該模第一個和最一步離散化過程�；瑒咏佑|觸ction techniq于平整冰操上進行數(shù)值積碎和彎曲失效模型假設由于后一個接觸化為多個三角檢測技術quein in Saw操縱的數(shù)值計積分。采用效，船體和于彎曲裂縫觸點的破冰角形以計算wamura’s mo計算模型，該用了不同的接和冰緣被離散縫形成冰楔，半徑用于理算接觸面積。odels該模型將船接觸檢測和散成若干節(jié)，彎曲裂縫理想化冰楔。圖 1.4 顯船舶運動和接觸面節(jié)點，，以縫由破冰楔。 船體顯示了冰
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U661.4

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本文編號：2698221