最近這十年，隨著陸地資源被不斷的開采，一些油氣資源也變得越來越少，因此，人們把目光投向了兩極地區(qū)，所以極地海洋資源的合理開發(fā)和利用也逐漸提上了日程，對極地進(jìn)行科學(xué)考察也不斷發(fā)展，破冰船顯示出了它的重要地位，主要任務(wù)是開辟新航道、進(jìn)行極地救援和物質(zhì)運(yùn)輸?shù)�。為此，提高破冰船的破冰能力，開發(fā)新船型就變得尤為重要。本文以某航行于冰覆蓋水域的破冰船船艏部為研究對象，確定破冰船與冰相互作用工況，依據(jù)能量平衡原理，采用冰載荷模型來計(jì)算設(shè)計(jì)冰載荷。 主要工作內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1、總結(jié)并分析冰載荷的主要研究方法，確定利用MSC.Patran/Dytran軟件進(jìn)行冰載荷的數(shù)值模擬。通過對破冰樁破冰過程的數(shù)值模擬分析，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，確定此種分析方法的可行性；再通過對不同工況下的情況進(jìn)行模擬分析，得出冰載荷作用的一般規(guī)律； 2、基于“沖撞式”破冰法以及有限元仿真法的原理，研究數(shù)值仿真技術(shù)在破冰船沖撞冰層中的關(guān)鍵技術(shù)，確定適于本文的研究方案，對冰層的破碎過程進(jìn)行分析，確定冰載荷的變化趨勢等，選取不同的撞擊速度、撞擊角度以及冰層厚度，研究這些參數(shù)的不同對破冰船破冰能力的影響； 3、通過以上的研究分析，提出了一種新型的破冰船破冰結(jié)構(gòu)形式，把雙樁結(jié)構(gòu)應(yīng)用到破冰船上，從而增強(qiáng)破冰船的破冰能力。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：U674.81
【部分圖文】：

2.2.2.1 海冰的抗壓強(qiáng)度當(dāng)整個(gè)冰層與直立的海上結(jié)構(gòu)物相互作用時(shí)，若結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度非常大，則冰層斷裂破碎發(fā)生擠壓破壞，此時(shí)，衡量結(jié)構(gòu)物所受的冰載荷的一個(gè)最重要的參數(shù)就是海冰的抗壓強(qiáng)度。海冰的溫度、鹽度和冰齡，是決定海冰的抗壓強(qiáng)度的重要參數(shù)。通常，新生成的冰的抗壓強(qiáng)度較大，鹽度較高的海冰的抗壓強(qiáng)度則比較小，所以淡水冰比海冰要堅(jiān)硬。假如人在河冰上面可以行走的安全厚度為5厘米，那么在海冰上則需要有7cm的厚度。當(dāng)然，冰的抗壓強(qiáng)度也隨著冰溫的升高而降低。一般來說，彈塑性材料是一種應(yīng)變率敏感性材料，而冰作為一種典型的彈塑性材料，它的破壞與其應(yīng)變率（加荷速率）有著密切的關(guān)系。當(dāng)加荷速率增快時(shí)，抗壓極限強(qiáng)度就明顯的降低，加荷速率快慢不同，抗壓強(qiáng)度可相差 2～3 倍。也就是說，當(dāng)潮流流速較小時(shí)，相對于結(jié)構(gòu)物對冰層的加荷速率越小，這時(shí)，冰層的抗壓極限強(qiáng)度就較大。圖 2-4是某海冰區(qū) S型冰的應(yīng)變率關(guān)系圖。

速率的變化情況。當(dāng)加載速率比較緩慢時(shí)，海冰處于延性破壞范圍內(nèi)，度隨著應(yīng)力率的增大而增大，海冰發(fā)生明顯的裂紋擴(kuò)展過程；隨著加載海冰的彎曲強(qiáng)度將達(dá)到最大值[20]；之后，隨著加載速率的增大，海冰的降很快，由于這一階段的加載速率較快，海冰處在脆性破壞區(qū)，裂紋一刻破壞，幾乎不會(huì)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的過程。

（3）膨脹擠壓作用。凍結(jié)在結(jié)構(gòu)物周圍的冰層，由于受到溫度巨變的影響而引起膨脹，從而對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生擠壓作用；（4）附著冰引起的豎向力。結(jié)構(gòu)物周圍的海冰因溫度下降而結(jié)成一體，凍結(jié)成的冰蓋層因潮流和風(fēng)的變化而移動(dòng)，產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)物的拖曳力。由于水位的波動(dòng)而產(chǎn)生垂直作用力（水位下落時(shí)冰的重力，水位上漲時(shí)冰塊產(chǎn)生的浮力）；在以上幾種海冰與結(jié)構(gòu)物作用的形式中，對海洋結(jié)構(gòu)物危害最大的，受關(guān)注最多的是第一種作用方式。當(dāng)冰排與結(jié)構(gòu)物相互作用，冰結(jié)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，冰對結(jié)構(gòu)是作用力逐步加大，當(dāng)作用力增大到一定值時(shí)，冰排自身發(fā)生破壞，此時(shí)，結(jié)構(gòu)物的受力也達(dá)到了極值。同時(shí)，冰排的破壞類型也制約了冰力的變化。所以，破壞類型及過程，決定著冰排與結(jié)構(gòu)物作用的形式、過程以及力的大小。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2854302