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船冰碰撞的结构响应分析与局部结构优化
| 论文题名： | 船冰碰撞的结构响应分析与局部结构优化 |
| 关键词： | 船冰碰撞;有限元仿真;结构响应;应力应变 |
| 摘要： | 北极地区自然资源丰富，特别是天然气资源和石油资源，可以缓解人类对能源需求日益增长和陆地能源开发逐渐紧张的矛盾。成功通航的东北航道，能够使航行时间仅为原来的75%左右，降低了航运成本，提高了收益。但是东北航道地处北极地区，由于纬度较高、温度较低，充满各种形式的海冰，航行于此的船只，难免会和海冰接触碰撞，造成人员财产损失。 基于以上背景，本文研究东北航道海冰的年极值厚度，探究它的概率分布形式，并且通过计算得到其数学模型；同时使用有限元软件模拟冰区船舶与海冰碰撞，分析船舶结构与海冰碰撞后的动态响应和影响因素；在此基础上，对船舶局部结构进行优化，降低船冰碰撞对船舶造成的不利影响，提高船舶结构抗冰碰撞性能，在保障船舶安全的基础上，尽可能降低航运成本。 本文具体开展的研究工作如下： （1）海冰厚度的概率分布研究。使用数据分析软件通过东北航道2011年到2020年十年间冰厚数据，求得冰厚年极值，探究它的概率分布，确定冰厚区间频率与各重现年下的设计冰厚和年极值冰厚的概率分布均值。 （2）建立有限元船冰碰撞模型。利用IACS《极地冰级规范》进行PC4级冰区加强计算，求出加强后船舶构件尺寸，对加强后的极地油船与海冰碰撞模型，进行单元网格、船舶和海冰材料属性，时间步长以及接触面等参数的设置。 （3）船冰碰撞结构响应分析。使用动力学分析软件研究船冰碰撞过程，分别探究船舶在船首和船中与海冰碰撞的损伤机理，并通过设计多种工况，分析冰厚、速度、碰撞位置和角度等因素对碰撞产生的应力应变、碰撞力和能量等各种动态响应的影响规律，进而有效避免危险碰撞情况的发生，保障极地船舶安全。 （4）船舶舷侧结构抗冰碰撞性能优化。在研究船冰碰撞结构响应的基础上，分别从动力学和静力学两个方面，应用MIGA算法和NLPQL算法对极地油船舷侧结构抗冰碰撞性能进行优化。通过辅助优化软件建立船舶结构优化框架和近似模型，最后经过有限元分析证明优化的有效性及合理性，为提高极地船舶结构抗冰碰撞性能和降低船冰碰撞对船舶造成的不利影响提供新的思路。 |
| 作者： | 赵德明 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 张爱锋;甄春博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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