【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.21
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文2算破冰船冰載荷的方法，為解決這一難題提供了具有價(jià)值的參考。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1冰載荷計(jì)算方法研究現(xiàn)狀目前對(duì)于冰載荷的計(jì)算分析，主要的研究方法有現(xiàn)場(chǎng)冰載荷測(cè)量、室內(nèi)模型試驗(yàn)、理論方法與數(shù)值模擬方法等。（1）現(xiàn)場(chǎng)冰載荷測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)冰載荷測(cè)量是在實(shí)際船舶或海洋結(jié)構(gòu)物上安裝相關(guān)測(cè)量裝置，測(cè)量得到研究對(duì)象所受真實(shí)冰載荷的方法，其中測(cè)量裝置既可以是直接測(cè)量得到冰載荷的壓力傳感器，也可以是測(cè)量結(jié)構(gòu)物振動(dòng)響應(yīng)的相關(guān)裝置，后者可以經(jīng)過(guò)相關(guān)公式的轉(zhuǎn)化得到結(jié)構(gòu)物受到的冰載荷。圖1.1為RobertGagnon等[5]2001年在紐芬蘭島一帶進(jìn)行的船碰冰山實(shí)船試驗(yàn)裝置布置圖，其中包括用于觀測(cè)冰層碎裂的攝像機(jī)，用于測(cè)量船舶運(yùn)動(dòng)的應(yīng)變片和傳感器等，測(cè)量得到全船運(yùn)動(dòng)響應(yīng)后通過(guò)專門(mén)的軟件處理得到船舶受到的載荷。圖1.1實(shí)船試驗(yàn)裝置布置圖[5]現(xiàn)場(chǎng)冰載荷測(cè)量得到的冰載荷為真實(shí)情況下的載荷，可靠性相當(dāng)高，對(duì)理論計(jì)算和模型試驗(yàn)具有指導(dǎo)意義，是各船級(jí)社和研究機(jī)構(gòu)冰載荷設(shè)計(jì)中的重要依據(jù)。然而現(xiàn)場(chǎng)冰載荷測(cè)量需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，進(jìn)行周密的規(guī)劃和部署，因此運(yùn)作成本相當(dāng)高；并且測(cè)量結(jié)果很容易受到天氣、海況等自然環(huán)境因素的影響，試驗(yàn)參數(shù)也無(wú)法人為設(shè)定，具有比較大的局限性。（2）室內(nèi)模型試驗(yàn)

第2章近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論及數(shù)值方法9第2章近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論及數(shù)值方法2.1近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論2.1.1理論概述近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論是一種基于非局部理論思想建模的連續(xù)力學(xué)理論[43]。非局部理論與局部理論的差別在于材料內(nèi)部相互作用的范圍，如圖2.1所示，在局部理論中，模型中的物質(zhì)點(diǎn)僅僅能和相鄰的其他物質(zhì)點(diǎn)直接相互作用，而在非局部理論中，模型中的物質(zhì)點(diǎn)可以和不相鄰的物質(zhì)點(diǎn)發(fā)生直接作用。作為一種非局部理論，近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論假設(shè)每一個(gè)物質(zhì)點(diǎn)都有一個(gè)以其自身為中心的鄰域，處于鄰域內(nèi)的其他物質(zhì)點(diǎn)都能與該物質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相互作用，我們把這一鄰域稱為物質(zhì)點(diǎn)的近場(chǎng)范圍。如圖2.1中的物質(zhì)點(diǎn)x和x，雖然兩個(gè)物質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有直接接觸，但由于物質(zhì)點(diǎn)x位于物質(zhì)點(diǎn)x的近場(chǎng)范圍之中，因此兩個(gè)物質(zhì)點(diǎn)之間也存在著相互作用。圖2.1近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)與局部理論的差異與有限元方法不同，近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法將模型視為由一個(gè)個(gè)物質(zhì)點(diǎn)組成，并根據(jù)牛頓第二定律建立積分形式的控制方程，從而避免了微分型控制方程在不連續(xù)處偏導(dǎo)數(shù)不存在導(dǎo)致無(wú)法求解的問(wèn)題，因此近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)在處理位移場(chǎng)不連續(xù)的問(wèn)題上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)將物質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用稱為鍵（bond），根據(jù)材料破壞失效條件設(shè)置鍵的破壞條件，一旦鍵發(fā)生破壞將無(wú)法恢復(fù)，從而表示材料由無(wú)裂紋到有裂紋的轉(zhuǎn)化，并且鍵的破壞本身包含在運(yùn)動(dòng)控制方程之中，對(duì)于裂紋無(wú)需再進(jìn)行特殊化處理，可以模擬出裂紋自然產(chǎn)生和生長(zhǎng)的過(guò)程。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文102.1.2基本方程為了方便說(shuō)明，本文中以參考構(gòu)型下的位置來(lái)表示物質(zhì)點(diǎn)。如圖2.2所示，初始位置為x的物質(zhì)點(diǎn)x受到其近場(chǎng)范圍內(nèi)其他物質(zhì)點(diǎn)的作用力，根據(jù)牛頓第二定律，物質(zhì)點(diǎn)x的加速度與受力的關(guān)系為：tdVttt),()),,(),((),(Hxxxbxx"xux"ufxu（2-1）其中，公式左邊為物質(zhì)點(diǎn)x所占體積內(nèi)的慣性力密度，ρ為材料密度；xu),(t表示物質(zhì)點(diǎn)x在t時(shí)刻的位移；等式右邊第一項(xiàng)為物質(zhì)點(diǎn)受到的來(lái)自材料內(nèi)其他物質(zhì)點(diǎn)的作用力，即物質(zhì)點(diǎn)受到的內(nèi)力；f為近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)本構(gòu)力函數(shù)，表示t時(shí)刻物質(zhì)點(diǎn)x施加在x上的體積力密度；x:xxRHx為物質(zhì)點(diǎn)x近場(chǎng)范圍內(nèi)的其它物質(zhì)點(diǎn)集合，本文中，近場(chǎng)范圍取為半徑的圓形或球形；xV為物質(zhì)點(diǎn)x的體積；將近場(chǎng)范圍內(nèi)的其他物質(zhì)對(duì)點(diǎn)物質(zhì)點(diǎn)x的作用力密度積分后，得到物質(zhì)點(diǎn)x受到的總內(nèi)力密度；等式右邊第二項(xiàng)為外載荷，b代表物質(zhì)點(diǎn)x受到的外載荷密度。圖2.2近場(chǎng)范圍2.1.3本構(gòu)模型本構(gòu)力函數(shù)f的構(gòu)造是近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵，為了方便說(shuō)明本構(gòu)力函數(shù)的構(gòu)造過(guò)程，本文將采取如下表述：將兩個(gè)相互作用的物質(zhì)點(diǎn)稱為物質(zhì)對(duì)點(diǎn)，并將物質(zhì)點(diǎn)在參考構(gòu)型中的相對(duì)位置記為xxξ；物質(zhì)對(duì)點(diǎn)的相對(duì)位移記為xuxuηtt),(),(；則該物質(zhì)對(duì)點(diǎn)在變形后的相對(duì)位置可以表示為ξη，相應(yīng)的本構(gòu)力函數(shù)可以寫(xiě)為ξηf),(，相對(duì)位置和相對(duì)位移的關(guān)系如圖2.3所示。
【參考文獻(xiàn)】

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1 狄少丞;季順迎;;海冰與自升式海洋平臺(tái)相互作用GPU離散元模擬[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

2 胡祎樂(lè);余音;汪海;;基于近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論的層壓板損傷分析方法[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

3 沈峰;章青;黃丹;趙晶晶;;沖擊荷載作用下混凝土結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模擬[J];工程力學(xué);2012年S1期

4 黃丹;章青;喬丕忠;沈峰;;近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法及其應(yīng)用[J];力學(xué)進(jìn)展;2010年04期

5 蘇潔;徐棟;趙進(jìn)平;李翔;;北極加速變暖條件下西北航道的海冰分布變化特征[J];極地研究;2010年02期

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1 孫璐妍;基于近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的金屬板穩(wěn)定性分析方法研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 何菲菲;破冰船破冰載荷與破冰能力計(jì)算方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2842053