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水射流的载荷特征及破冰过程数值模拟研究
| 论文题名： | 水射流的载荷特征及破冰过程数值模拟研究 |
| 关键词： | 海上结构物;冰区航行;水射流;载荷特征;破冰过程;数值模拟 |
| 摘要： | 在全球气温升高的背景下，极地通航能力增加，人类在冰区的活动越来越多。这也使得在极地地区运行的海上结构物产生极大的冰困风险，各种破冰方法是冰区工程研究的重要内容之一。本文根据水射流的载荷特征提出了水射流破冰方法，通过对水射流破冰进行数值模拟确定水射流破冰效果并验证这一方法的可行性。 本文对影响水射流载荷的砰击距离、速度、射流直径、前端形状等关键因素进行了详细研究，得出了各种因素对射流载荷及其分布的影响规律。验证了计及弹性后的流固耦合方法的准确性，对水射流与弹性板的相互作用进行了模拟。 使用离散元法实现了对可破碎冰板的数值模拟。本文使用颗粒离散元结合并行粘接模型构建了具有强度、弹性模量，可发生断裂的三维冰板，分析了模型中参数对整体结构强度的影响规律，根据规律对真实冰与离散元模型冰之间的强度和杨氏模量进行了匹配，确定了符合真实冰力学性能的离散元参数，为后续章节的水射流破冰中的冰模型设置提供了依据。 通过CFD-DEM耦合方法来实现的水射流破冰的数值模拟。通过单元间粘接键的断裂实现冰板的破坏，模拟了冰板在射流冲击作用下的响应。通过对水射流破冰过程的研究得到了对冰破碎模式的进一步认识，冰板既有沿半径方向生长的径向裂纹，也有沿圆周方向生长的环向裂纹，对碎冰的面积和数量的统计揭示了碎冰呈现两极分化特点，小碎块多大碎块少中间大小的碎块几乎没有，随射流速度的提升冰板的产生的碎块数量更多获得的动能也有增加。 |
| 作者： | 范子仪 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 薛彦卓;吴刚 |
| 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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