船-冰碰撞中考虑温度影响的冰体材料本构模型研究

近年来随着全球气候变暖加剧，海冰消融速度加快，北极航道的全面开通成为可能。北极地区环境恶劣，即使在夏季浮冰和冰山也广泛存在，对极地船舶结构安全性产生了严重的威胁，船-冰碰撞问题也越来越受到国内外学者的关注。但是，由于海冰材料复杂的物理和力学特性，目前对海冰以及冰载荷的研究仍然面临诸多困难，其中对其本构关系的合理准确描述一直是影响相关问题计算分析的关键因素。本文结合国内外海冰实验数据，考虑温度的影响，建立了基于多曲面屈服准则的海冰材料本构模型，通过二次开发编写材料本构子程序并嵌入有限元软件LS-DYNA材料模型中。以此为基础，建立典型工况船-冰碰撞场景，分析了船体结构与冰体结构的损伤变形特点。本文研究成果可为极地船舶的结构设计制造与安全性评估提供参考。     

我国海冰工程研究回顾

20世纪60年代末，我国在结冰的渤海海域发现了油气资源，进而促进了海冰问题的研究，相继开展了大规模海冰调查、海冰生消与运动、海冰物理力学行为、冰荷载、抗冰结构设计及海冰管理等方面的研究，并进行了全方位的国际合作与交流。我国的海冰研究成果不仅保障了渤海油气开发的建设与运行，而且对于目前在黄海和渤海冰区的风电场基础设施建设也提供了强有力的技术支持。文中将从冰区海洋资源开发的角度，回顾我国海冰研究历程。     

北极海区“永盛”轮东北航线关键水域冰情

根据"永盛"轮北极首航路线,对航线上的关键水域进行识别和分析。利用2010—2014年的海冰密集度数据产品,通过对航线通航窗口和通航季节航线海冰密集度标准差进行分析,识别影响"永盛"轮航线航行安全的3个关键水域依次为东西伯利亚海、维利基茨基海峡和喀拉海及拉普捷夫海靠近北冰洋的水域。这些水域的主要特征是通航时间短,其中东西伯利亚海、维利基茨基海峡和喀拉海还表现出在通航季节海冰范围动态变化大。研究结果包含航线可通航性的定量化数据,有关研究方法和结果可供北极商业航线的选择及评价参考。     

水动力对海冰-结构物相互作用影响的研究

海冰与极地船舶碰撞是影响船舶航行和作业安全的重要因素。由于碰撞发生在水面附近,水动力作用不可忽视,需考虑结构物-冰-水的耦合作用。论文进行了海冰与固定圆柱体之间水动力相互作用的试验,并改变海冰的速度、尺寸和形状这3个参数用CFD-FEM方法进行数值模拟,分析冰所受水动力与碰撞力峰值的差以及碰撞过程中冰附加质量的变化。研究结果表明：数值计算结果与试验数据吻合较好;在海冰-结构物碰撞过程中,水动力对冲击力辐值的影响随海冰速度的增大而增大,随海冰尺寸和截面多边形边数的增加而减小;在冲击力峰值附近区域,海冰附加质量呈先增大后减小的态势。     

锥体海洋平台结构冰荷载的离散单元分析

在冰区油气开发中,锥体结构可以有效降低冰力,避免强烈的冰激振动,是目前渤海油气平台的主要结构形式。为研究海冰与锥体结构的相互作用过程,文章建立了适用于模拟海冰破碎特性的离散单元模型。该模型将海冰离散为若干个具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰弯曲试验确定了单元间的粘接强度;然后对海冰与锥体结构的作用过程进行了数值计算,获得了相应的动冰荷载及冰振响应;在此基础上讨论了不同锥角影响下冰荷载及结构振动响应的变化规律。结果表明,水平方向冰荷载及结构冰振响应随锥角的增加明显增加,而竖直方向冰荷载则显著降低。该离散单元模型还可进一步应用于不同类型抗冰结构的冰荷载分析,有助于解决冰区结构物的抗冰结构设计和冰致疲劳分析。     

基于离散元模型的冰阻力数值研究

为了研究船舶冰阻力的预报方法,采用离散元模型对冰区航行船舶在平整冰中航行的冰阻力进行数值计算。船体结构由三角形网格离散,同时利用具有粘结-破碎特性的球体单元、三维拓展圆盘和拓展多面体单元构造海冰的离散元模型,并考虑拖曳力和浮力对海冰的影响。本文基于离散元方法,计算船模受到的总的冰阻力,研究海冰厚度、弯曲强度和航行速度对冰阻力的影响,并与Lindqvist经验模型计算的冰阻力进行了分析比较。研究结果可为冰区航行船舶冰阻力预报以及初步设计优化提供参考。     

基于SPH方法的连续式破冰数值模拟

根据海冰的力学性质,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立海冰本构模型,模拟冰锥实验并与实验结果对比,对冰材料模型准确性进行验证.利用显式动力分析软件LS-DYNA模拟破冰船连续式破冰,得到了海冰的损伤变形和破冰阻力,同时研究了船舶航速和海冰厚度等参数对冰载荷的影响.分析研究表明:应用SPH方法建立的海冰模型能够真实的反映海冰的力学性能,对连续式破冰过程实现较为准确的模拟,为船冰碰撞的数值模拟提供了新思路.     

基于反向方法的船体冰载荷研究

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

极地海冰物理和力学性质的工程应用——以南极冰上卸货为例

我国自20世纪80年代开始极地海冰研究，在海冰的自然科学研究方面取得了丰富成果，但相关工程应用研究发展相对缓慢。随着极地航运价值的日益显现，我国愈发重视极地海冰工程性质的研究。海冰物理和力学性质是关键的海冰工程参数，决定了冰工程的合理设计和安全运维。该文利用2019年中国第36次南极考察在普里兹湾固定冰区提取的完整冰坯，在低温实验室开展了不同温度下的海冰三点弯曲试验，获得了海冰弯曲强度和有效弹性模量。文中将海冰弯曲强度、有效弹性模量与海冰孔隙率建立关系，利用弯曲强度下包络线和有效弹性模量上包络线评估了南极普里兹湾固定冰的承载力，为南极冰面卸货提供了安全保障。该研究利用海冰物理参数获取海冰力学参数，进而设计冰层承载力，为海冰工程应用提供了有益思路。     

北冰洋航线的破冰之路

近年来,随着全球变暖的步伐不断加速,北冰洋海冰开始大面积消失。据科学家称,自2002年以来,北极地区海冰夏季最小覆盖面积逐年减小,平均每年减小10％以上。美国国家冰雪数据研究中心预测,如果这一趋势持续下去,北极地区很可能在未来20～30年内迎来“无冰”的夏季。在此背景下,北冰洋航线开始浮出水面,并日益受到各国关注。     

《中华人民共和国物权法》有关条款在船舶物权登记中的应用

为明确《中华人民共和国物权法》实施对于船舶物权登记工作的指导作用,从船舶物权登记的性质、登记机关的审查义务和赔偿责任、共有船舶的处分原则、船舶价值评估和登记规费征收以及新船舶登记制度的创设等6个方面分析《物权法》有关条款在船舶物权登记实践中的应用,认为《物权法》的实施对船舶物权登记产生重要影响,船舶登记机关应及时转变观念。     

渔检发展凸显体制困局——访中国渔业船舶检验局局长周彤

近年来,百万艘渔船安全问题始终是中国水上难以驱散的阴霾.随着国际国内对生命和环境保护的日益重视,中国渔船安全更是备受关注.作为渔船安全的第一道防线,中国渔船检验现状如何?     

换填法垫层厚度的优化设计

换填法地基处理设计关键是确定垫层的厚度。鉴于传统的设计方法存在不足,文章提出了一种改进的方法,经算例验证该法能更好地确定最佳垫层厚度,同时能适应不同的安全要求,具有较大的灵活性。     

Q25型牵引车油门操纵机构的改装

Q25型牵引车油门操纵机构主要由油门踏板、摇臂总成、拉杆、连杆等组成，通过控制调速器摇臂实现柴油机的调速，见图1。     

潜艇模块化的生命力设计研究

文章讨论了实施模块化方法建造潜艇的意义,对潜艇模块化体系的生命力作了初步的论述,提出近期可能实现的功能模块.     

浙江省刺网渔船尾气排放调查研究

文章介绍了浙江省国内海洋捕捞渔船现状,阐述了尾气产生机理,对刺网渔船尾气排放进行实船检测,并对测量数据进行了分析对比,提出了下一步改进的对策及建议。     

天津港焦炭码头卸车坑地下连续墙渗漏水原因分析

通过对天津港南疆焦炭码头卸车坑地下连续墙的结构特点、施工过程、修补措施及当地的特殊的地质条件等因素的分析,综合考虑了各因素对地下连续墙的影响,从而客观地评价了地下连续墙渗漏水的成因,为选择适当的防渗漏材料提供了科学依据。     

马来西亚砂捞越州沿岸波浪实测资料的应用

介绍在波浪资料缺乏的情况下，利用过往船舶随机观测到的散落于大面积海域的波浪数据来满足工程设计要求的实例。     

虚拟样机技术在气垫船推进系统特性研究中的应用

由于气垫船的结构特点,传统的研究方法不适于气垫船推进系统特性研究.本文将现代虚拟样机技术引入气垫船推进系统特性研究中,对气垫船船体和轴系建模及船体-推进系统的耦合方法进行了比较研究.并应用本文提出研究方法,对某型气垫船推进轴系进行了动态支承力的仿真研究.     

不确定动荷载作用下的地基固结度估算

为了得到不确定动荷载作用下的地基固结度,通过工程实例,采用反分析法对不确定动荷载作用后地基的固结度进行了估算,并进行了现场验证。结果表明估算结果是可靠的,可供类似工程借鉴。