基于流固耦合方法的极地船型破冰性能研究

破冰性能是极地船舶总体性能的重要组成部分,开展极地船舶破冰性能理论研究对极地船舶的船型开发具有重大意义。论文选用带有塑性应变失效准则的弹性断裂失效材料模型模拟平整冰层,采用LS-Dyna流固耦合方法模拟极地船舶在极地无限冰区中连续破冰航行的场景,分析3种不同船型船舶的破冰性能差异。研究结果表明,在平整冰区连续破冰航行过程中,极地船舶所受冰载荷具有高度非线性震荡特征,船首与冰层直接作用区域的应力呈环状分布。直立型首和球鼻型首极地船型主要使冰层发生挤压破坏,而破冰型首极地船型能够有效引导冰层发生下压弯曲破坏,并最大程度地限制冰层的挤压破坏,其破冰性能优于其余两船型。     

新建极地科学考察破冰船的推进方式

极地科学考察破冰船主要承担执行极地科学考察和部分物资补给运输任务,首要功能是破碎水面冰层、开辟航道。船舶的破冰能力主要取决于船型设计、破冰方法以及推进方案等,其中影响船舶破冰方式和破冰能力的最关键因素是推进方案。在基本确定电力推进的基础上,研究比较不同电力推进方式在破冰船上应用的优缺点,并对新建极地科学考察破冰船的推进系统方案进行介绍。     

极地航行船舶冰带骨架系统规范设计研究

基于IACS极地船级(Polar Class)规范环境,以中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)正在研发的一型满足PC3级的万吨级极地自破冰科学考察船为研究对象,通过实际算例分析,重点论述冰级、骨架型式及参数、首部形状等对冰带区域骨架系统规范设计的影响。基于研究船型,对冰带舷侧骨架系统进行多方案比较分析,证明在冰带结构质量控制方面,横骨架式布置方案有其优势。     

极地破冰船艉部吊舱区域船体结构设计

以中国船舶及海洋工程设计研究(MARIC)设计的某PC3冰级且具有双向破冰能力的极地科考船为例,基于IACS URI规范和中国船级社(CCS)《钢制海船入级规范》相关条文,就该类船型艉部吊舱区域船体结构设计需重点关注问题如冰载荷作用下构件局部强度、骨架布置形式和冰带构件节点等展开讨论,阐明该区域结构设计要点,进而采用有限元分析手段对目标船艉部吊舱推进器支撑结构进行校核验证,为后续类似极地破冰船的艉部结构优化设计提供参考.     

极地船舶规范及其主要技术发展

通过梳理极地船舶国际公约、规范技术现状，分析中国船级社建立的极地航行船舶规范特点，并结合我国极地战略及发展需求，总结未来极地船舶规范的技术发展趋势。针对极地船舶破冰技术、防寒技术和航行及保障技术等重要关键技术问题，从船舶结构冰载荷技术、冰载荷作用下的结构强度计算、冰载荷激励下螺旋桨和轴系强度、极地船舶防寒设计与低温试验验证、极地操作能力评估和冰区操作船体监测技术等方面进行阐述，提出了发展建议，为未来我国极地船舶规范体系的自主构建提供技术支持。     

极地冰区船舶发展分析

分析了极地冰区船舶发展的背景,对极地航道、资源开发等因素等进行论述,认为发展极地冰区船舶是未来船舶行业发展的重要方向。研究了与极地航行船舶相关的规范、规则的发展情况,认为规范和规则对极地冰区船舶的运行安全和减少排放等要求日趋严格,各船级社对极地船舶的设计要求和验证方法逐渐统一。介绍了当今世界主要的破冰船船型及动力系统,并对极地冰区船舶的发展特点进行分析。     

极地甲板运输船轮机设计

随着北冰洋水域通航安全性的提高,极地航线的商机日益显露。该船具备破冰能力,满足极地环境冬季作业,是运输建设亚马尔半岛天然气工厂所需模块的关键船型。根据极地气候及水域环境对船舶航行的影响,分别对船舶推进、防冻系统和压载水系统进行介绍,提出了极地航行船的设计要点。相关设计经验可供日后类似的船型轮机设计参考。     

我国首艘自主建造极地科考破冰船——“雪龙2”号下水

正2018年9月10日,我国首艘自主建造极地科考破冰船"雪龙2"号下水。"雪龙2"号是全球首次采用双向破冰技术的船舶,对我国极地科考事业意义重大。(1)极大拓展我国极地。相较"雪龙"号,"雪龙2"号最大的特点是结构强度满足PC3要求,双向破冰,并且具有以2～3 kn航速、连续破1. 5 m冰+0. 2 m积雪的能力,为国际极地主流的中型破冰船型,且为全球第一艘采用艏、艉双向     

极地航行船舶概念设计多目标优化方法研究

随着北冰洋海冰的融化,北极航线因其带来的巨大商业利益而变得越来越重要。因此,高效环保的绿色极地航行船舶研发显得尤为迫切。本文围绕极地航行船舶的冰/水动力特性,提出了以破冰航行效率作为衡量破冰能力的技术指标,进行了破冰航行效率的理论推导,建立了以破冰航行效率、EEDI和相对回转直径为目标函数的综合性能多目标优化模型,并以一艘油船为例开展了优化研究,为进一步确定极地船舶的主尺度和船型优化提供了方法。     

北极船型破冰来

极地船舶建造市场正成为世界造船业的竞争新"高地"。北极航线破冰而出,极地船舶建造也随之升温。然而,在北极地区航行的船舶面临着许多极地地区特有的风险。由于低温,从甲板机械、应急设备到海水吸入口的许多船舶组件的效能降低。一旦结冰,船体、推进系统和附属设施都将被迫承载额外的负荷。因此,穿越北极航线的船舶与普通远洋船舶有着不小差异。那么,目前极地船舶的设计、建造领域呈现出怎样的格局?未来哪些船型将更适合在北极航     

北极航道“苏醒”，造船业前景如何？

近年来,北极航线破冰而出,不少公司看准机遇,纷纷试水北极航道,尝试能源运输。与此同时,极地船舶建造也随之升温。一时间,北极航线成为炙手可热的“黄金水道”,也给世界造船业带来无限畅想。那么,目前极地船舶的设计、建造领域呈现出怎样的格局？未来哪些船型将更适合在北极航行？中国如何抓住此次契机？     

极地破冰科考船建造关键技术

为系统性解决未来中国极地船舶建造工艺瓶颈，该文总结了“雪龙2”号建造过程中“冰、寒、科考”的一系列工艺技术难题，从总装厂建造工艺出发，梳理了破冰结构建造、御寒技术设计及极地科考设备安装调试等方面的关键点，取得了极地破冰科考船建造关键技术的突破；提出了结构建造技术优化、防寒系统设计等方面要点；初步构建起面向极地破冰科考船全寿命周期的精细化建造工艺技术体系，并就重型破冰船开展了建造技术预研攻关，提出了下一步研究方向。     

MARIC中标3000总吨级破冰调查船

<正>4月18日,中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)在国家海洋局北海分局3 000总吨级破冰调查船设计招标中成功中标,获得一型破冰调查船的设计订单。该项目是国家海洋局北海分局用于黄海和渤海海域破冰,进行冰区海洋环境监视、海冰测量以及兼顾冰区救助等任务计划新建的一型多用途破冰科考调查船,夏季可进行深远海调查(包括极地冰区调查作业)。该船在船舶首尾双向破冰、科考调查作     

极地自破冰科学考察船防寒设计研究

针对当前我国在极地船舶防寒设计技术方面较为薄弱的现状,通过梳理相关规范对于防寒设计的要求,明确船舶在低气温区域航行时,遭受积雪和冰冻等影响后可能存在的风险,理清船舶防寒设计需要考虑的各类对象,研究分析各类防寒措施的分类及其应用范围,并且明确了涉及推进操作以及人员与船舶安全等方面的设计对象和常规工作相关的设计对象之间应用防寒措施的区别;基于上述研究形成了极地自破冰科学考察船相对完整的防寒设计方案,为我国后续新造极地破冰船的设计与建造提供参考。     

极地船连续破冰阻力数值模拟研究

连续破冰是自破冰型极地船舶中最常用的破冰模式,连续破冰阻力精确计算是极地船舶航行性能预报和船型优化设计的基础。论文提出一种基于预设冰网格技术的连续破冰阻力数值模拟方法,预先对船体水线附近的线型进行分层离散及对冰场进行方形网格离散,通过几何计算和受力分析数值模拟连续破冰进程及产生的破冰阻力分量。进一步考虑连续破冰阻力与运动耦合效应,在时域内建立船体6自由度运动微分方程,数值求解获得连续破冰阻力时间历程结果。利用该数值模拟方法计算获得了一艘PC3级极地油船连续破冰阻力时间历程结果,并将冰阻力有义值与对应的模型试验结果进行了对比。研究表明,数值模拟获得的连续破冰阻力时历结果能够反映连续破冰进程,数值模拟获得的冰阻力有义值与模型试验结果的误差在12%以内。论文的数值模拟方法能够高效、精确地模拟连续破冰进程及冰阻力,具有一定的工程应用价值。     

基于多目标优化算法NSGA Ⅱ的极地穿梭油轮型线设计

[目的]随着北极丰富油气资源的不断开采,需要大量满足极地航行要求的船舶。[方法]将非支配排序遗传算法(NSGA Ⅱ)应用于船体型线优化设计,提出极地船舶多目标优化方法。以船舶无冰静水阻力以及冰区航行阻力为优化目标,通过极地船舶排水量以及船舶能效设计指数EEDI两项标准进行船型筛选,快速实现满足冰区船舶装载量与EEDI排放要求的船型优化。以常规6.5万吨穿梭油轮为研究对象,采用全参数化建模方式,通过极地船舶多目标优化方法分别对3种不同艏部形式的船型进行优化,[结果]优化后的船型均满足冰区IA级航行要求,其中无冰静水阻力最大减小约12.94%,冰区最小推进功率最大减小约27.36%,[结论]有效验证了基于NSGA Ⅱ的极地船舶多目标优化方法的可行性与合理性。     

基于FEM/SPH耦合方法的极地运输船舶冰阻力预报研究

冰阻力是极地运输船舶动力需求分析和船型优化设计阶段的重要参考指标.本文基于有限元理论,采用粘聚单元法构建海冰数值模型,开展冰样单轴压缩和三点弯曲试验过程模拟,验证了该模型满足海冰数值计算的要求.在此基础上,以某极地运输船舶为研究对象,采用有限元/光滑粒子流体动力学耦合算法,通过罚函数接触算法传递有限元网格与水粒子之间接触状态和作用力,考虑船舶破冰过程中船/冰/水耦合作用,模拟破冰过程裂纹产生和扩展、冰块翻转与滑移等现象,并进行了冰阻力预报.     

极地运输船货舱区舷侧冰带骨架系统优化

本文以中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)研发的某20 000吨级PC5级极地多用途运输船为目标船型,建立货舱区计算模型。基于IACS URI规范关于冰载荷及相应计算工况的要求,进行冰载作用下中部冰带区域舷侧结构有限元分析。在此基础上,集成Isight/Nastran对目标区域冰带骨架系统进行优化设计。以目标区域冰带结构重量最轻为目标函数,以结构合成应力、板格屈曲限制以及其他相关规范尺度要求为约束条件,重点对冰带骨架系统进行分级优化设计。具体优化方案为:基于货舱区舷侧冰带结构,初步设定四型骨架系统布置方案;采用多岛遗传算法(MIGA)分别对各个方案进行优化;最后对四型优化后的方案进行对比分析,综合评估得出适用于目标船型的相对最优方案。本文所得出的结论有力地指导了目标船型开发工作,所总结得出的优化思路、解决途径可进一步扩展应用至高冰级极地船型。     

极地双向破冰船艉部线型适应性分析北大核心CSCD

[目的]为保证极地双向破冰船的破冰航行能力,需重点开展该类船舶的艉部线型设计。[方法]通过调研大量现役极地船舶和梳理现行规范,研究吊舱推进单元的冰载荷作用模式以及冰在船舶作用下的破坏过程,进而开展吊舱推进式极地船舶艉部线型的关键设计特征参数分析与适应性分析。[结果]研究结果表明,艉封板倾角将直接影响破冰时船体作用于海冰的水平分力和垂直分力,可适当增加该倾角以有效引导海冰的弯曲断裂;W型艉封板横剖线型可以调和流场优化与碎冰外排效率之间的矛盾;吊舱安装底座可以发挥一定的破冰作用,但将影响吊舱流场;艉鳍对船尾流场和碎冰外排也存在较大影响。[结论]研究成果可为吊舱推进式极地船舶艉部线型的适应性优化设计提供参考。     

极地破冰型阿芙拉油船的线型设计

为开发PC6冰级的阿芙拉油船线型,总结归纳极地水域航行船舶规则中对PC型极地航行破冰船舶的要求,探究破冰线型的基本特点。在常规Aframax油船线型的基础上,设计两型不同形式的满足PC6要求的线型,按照规范计算包括原线型在内的三型线型的有效冰载荷,计算各线型在开敞水域设计航速下的快速性,对比计算结果,综合分析,确定满足要求的PC冰级Aframax油船线型。