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破冰船在冰层中连续破冰的数值模拟与冰阻力预报
| 论文题名： | 破冰船在冰层中连续破冰的数值模拟与冰阻力预报 |
| 关键词： | 破冰船;连续破冰;冰阻力预报;数值模拟 |
| 摘要： | 近十几年来，随着全球气候变暖，北极冰层逐年融化，各国对连接欧洲、东亚和北美的北极航线的探索不断深入；与此同时，对北极地区油气和矿产资源的关注不断升温。极地冰区的通航和科学考察、资源勘探需依靠破冰船开辟航道，破冰航行。因此，准确模拟破冰船的连续破冰并预报该过程中破冰船所受的阻力，具有重要的理论和现实意义。 本学位论文建立破冰船与冰层的有限元数值模型，使用非线性有限元软件 LS-DYNA对破冰船在冰层中连续破冰进行数值模拟，对破冰船的冰阻力进行预报。 论文总结了海冰的分类和物理、力学性质，并根据海冰的性质和破冰过程中冰层破碎、弯曲的现象，建立了两种冰材料数值模型：六面体冰材料模型和粘单元模型。六面体冰材料模型可较好地模拟船舶与冰层碰撞时对冰体的挤压、破碎作用；粘单元模型可有效地模拟冰层的挤压破碎过程和弯曲失效过程。论文通过模拟冰锥挤压试验，并将模拟结果与试验数据进行对比，对冰材料数值模型进行了验证。 将六面体冰材料模型应用于破冰船在无限区域的冰层中连续破冰的数值模拟，结合经验公式的预报结果，对破冰船连续破冰时的冰阻力进行了数值分析。通过对不同冰层厚度和不同船首形状的破冰船连续破冰的数值模拟，研究了冰层厚度和船首形状对连续破冰的影响，并进一步验证了论文所采用的数值模拟方法的适用性。 采用粘聚单元法构建冰层有限元数值模型，模拟破冰船在冰层中的连续破冰，对破冰船的冰阻力进行了预报；通过对不同船速下的破冰船连续破冰的数值模拟，研究了船速对连续破冰的影响。同时，使用多种经验与解析公式，预报了破冰船所受冰阻力。通过将数值模拟和经验与解析公式计算所得的冰阻力与模型试验结果进行对比，验证了数值模拟方法和经验与解析公式预报方法的适用性和准确性。 |
| 作者： | 任奕舟 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 邹早建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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