本文關(guān)鍵詞：冰載荷直接計(jì)算及破冰船破冰性能研究

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【摘要】：近年來,隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的頻繁,能源需求的增加,北極地區(qū)的石油、天然氣等自然資源的開發(fā)逐漸得到很多大型石油公司的重視,北極正在成為一片熱土。北極地區(qū)的開發(fā)利用將會給相關(guān)海洋裝備帶來巨大的市場需求,這就對北極地區(qū)運(yùn)輸裝備與海洋開發(fā)裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)提出了更高的要求。冰載荷的研究是北極地區(qū)海洋裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)不可或缺的基礎(chǔ),本文通過數(shù)值方法對冰的部分力學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析,建立了冰載荷的直接計(jì)算法,并在此基礎(chǔ)上對破冰船的破冰性能進(jìn)行了仿真分析對比。首先對海冰的形成及其晶體結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行簡介,并按照其結(jié)構(gòu)特性對其進(jìn)行分類介紹,詳細(xì)闡述了每種類型冰的力學(xué)特性。隨后,簡單闡述了本文所采用的有限元軟件平臺Abaqus Standard的用戶自定義材料子程序UMAT,并對Abaqus的隱式分析過程和UMAT所使用的應(yīng)力更新算法進(jìn)行了介紹。接著,利用有限元方法對海冰的彈性基礎(chǔ)梁模型進(jìn)行了分析,分別利用解析法和數(shù)值方法對冰的簡單彎曲失效進(jìn)行了分析。然后,利用相關(guān)的冰失效準(zhǔn)則,采用有限元軟件Abaqus中的用戶自定義材料子程序UMAT,對冰的損傷進(jìn)行了仿真分析,在此基礎(chǔ)上對三種類型的破冰船船艏的破冰性能進(jìn)行了分析,得到了破冰船破冰的過程及三種船艏的破冰阻力曲線。最后,在對全文進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上對未來的研究工作進(jìn)行了相應(yīng)的展望。
【關(guān)鍵詞】：冰載荷 有限元仿真 彎曲失效 破碎失效 UMAT 破冰船 破冰性能
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 研究背景和研究對象8-11
• 1.2 國內(nèi)外研究概況11-13
• 1.3 冰區(qū)船舶發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-16
• 2 冰的力學(xué)特性及ABAQUS自定義材料子程序UMAT分析16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 海冰的形成和晶體結(jié)構(gòu)16-18
• 2.3 海冰的力學(xué)特性18-21
• 2.4 用戶自定義材料子程序UMAT21-23
• 2.5 UMAT中的應(yīng)力更新算法23-24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 3 海冰的簡單彎曲失效25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 海冰的簡單彎曲失效理論分析25-28
• 3.3 冰的簡單彎曲失效有限元分析28-31
• 3.4 海冰與斜坡結(jié)構(gòu)的相互作用分析31-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 4 冰損傷數(shù)值模擬及冰載荷直接計(jì)算41-55
• 4.1 引言41-42
• 4.2 冰的橢球面破碎失效準(zhǔn)則42-45
• 4.3 冰載荷的直接計(jì)算45-47
• 4.4 冰損傷的數(shù)值模擬47-54
• 4.4.1 UMAT的定義及準(zhǔn)確性驗(yàn)證47-49
• 4.4.2 網(wǎng)格敏感性分析49-51
• 4.4.3 接觸問題研究51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 5 破冰船破冰性能分析55-74
• 5.1 引言55
• 5.2 破冰船的設(shè)計(jì)開發(fā)55-59
• 5.3 破冰船船艏的有限元模型59-60
• 5.4 冰的邊界條件60-62
• 5.5 冰尺寸的選擇62-64
• 5.6 破冰船破冰性能計(jì)算64-73
• 5.7 本章小結(jié)73-74
• 6 全文總結(jié)與展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 附錄 1 （攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄）79

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本文編號：825362