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层冰弯曲破坏的四边形块体离散单元模型研究
| 论文题名： | 层冰弯曲破坏的四边形块体离散单元模型研究 |
| 关键词： | 层冰;破冰船;弯曲破坏;四边形块体;离散单元模型 |
| 摘要： | 层冰的弯曲破坏是极区层冰最主要的破坏方式之一，本文采用四边形离散单元模型对层冰-船艏相互作用过程和波浪作用下冰板弯曲断裂过程进行了研究。 首先采用凸四边形重叠面积算法建立了四边形离散单元间的接触算法，以及基于网格搜索的邻居检索算法。在四边形单元接触算法建立的基础上，引入具有黏结-破碎特性的离散元黏结模型模拟层冰的破坏过程，通过悬臂梁端部受载荷数值试验研究了离散单元数量对计算精度的敏感性。 然后基于四边形单元黏结模型，对破冰船与层冰的相互作用过程进行了模拟，计算结果表明在与破冰船的作用过程中，层冰的破碎具有随机性，层冰的平均破碎长度会随着船舶航速的增大而减小，随着冰厚的增大而增大。船舶与层冰作用的冰力曲线呈现出较强的“脉动”特征，冰阻力随着冰厚、航速的增大而增大。 最后建立了冰板与波浪的单向作用耦合模型，分析了浮冰板和一端固定的冰板在波浪作用下的断裂特性，重点讨论了冰板断裂的断裂波高及其影响因素。发现浮冰板断裂极限波高随着相对冰长的增加呈下降趋势。对于相对冰长小于1的浮冰，断裂极限波高随着相对冰长的增大而减小;相对冰长大于1时，浮冰块断裂极限波高随着相对冰长的增大略微增高;冰长比值等于1时，浮冰板的极限断裂波高最小，此时冰板最容易发生断裂。对于一端固定的冰板在波浪的作用下断裂的极限波高随着相对冰长的变化不明显。对于一端固定的浮冰板，在相同相对冰长条件下，极限断裂波高会随着冰厚的增大而增大。 |
| 作者： | 张凡 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 狄少丞;王安良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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