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原文传递船舶与碎冰作用的水动力学分析

论文题名：	船舶与碎冰作用的水动力学分析
关键词：	破冰船;碎冰载荷;水动力学;仿真分析
摘要：	近年来，全球气温逐渐升高，北极海冰融化越来越剧烈，北极冰层的覆盖率逐年降低，这使得极区的通行逐渐成为可能，北极地区由于其优越的地理位置，成为十分具有战略意义的地区，近些年来受到各个国家越来越多的关注，同时北极还有丰富的石油，天然气，煤矿等自然资源，这些都使得北极研究成为热点问题。　　作为北极开发的载体，极区船舶在极区航行时，会受到冰载荷作用，极区运输船舶往往不需要具有很强的破冰能力，在破冰船领航的前提下，所面临的冰载荷主要是碎冰载荷。碎冰载荷会增大船体的航行阻力，同时碎冰与船体的碰撞还会对结构安全带来一定的风险，因此对于碎冰载荷的研究具有十分重要的意义。　　传统的碎冰载荷研究关注点在于船体与碎冰之间的固体力学作用，而把流体忽略或简化。但是有学者研究表明，碎冰情况下，流体的作用比较明显，对流体作用的忽略会导致计算的不准确。因此，本文关注船舶与碎冰作用时的水动力学问题。　　本文基于CFD（计算流体力学）和FEM（有限单元法）耦合的方法，搭建了适用于船冰计算的数值模型，通过FEM对碰撞进行模拟，通过CFD对整个物理过程的流场进行模拟。在计算模型搭建完成后，本文对其进行了验证，与其他学者进行的试验进行了验证，同时作者也进行了模型试验，作为计算模型的结果验证。在验证了数值模型的有效性后，本文分别对船体与单块碎冰、少量碎冰和碎冰场作用进行了数值仿真。其中，单块碎冰的研究目的是研究船体接近碎冰过程中，流场作用对碎冰以及船冰碰撞的影响，少量碎冰研究目的是研究碎冰间相互作用对碎冰运动的影响。研究发现，在船体与碎冰作用的情况下，流场的水动力学作用会对船冰作用产生一定的影响。因此本文建议在计算船舶碎冰载荷时，要适当考虑水动力学作用，才能得到较为准确的结果。
作者：	刘宁
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	张桂勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2021