VANINO冰区航行纪实

本文通过介绍船舶在俄罗斯VANINO冰区航行实践,以及与冰区引航员的交流探讨,总结出在严重冰况下冰区航行的相关经验,包括对接近冰区的船舶提出警示、对冰量逐渐增大的冰区航行应果断舍弃传统的沿岸航行航法、提前向代理索取海上冰况图(sea ice condition chart)、走推荐航路等,并针对冰区船舶的航行靠离泊等方面提出了相关的注意事项,为船舶在俄罗斯冰区的安全航行提供经验参考。     

海难再次提醒我们注意冰区航行

结合“埃德蒙顿”号在白令海冰困遇难的教训,建议船舶应谨慎进入冰区;同时对从事冰区航行的船舶应做的准备、冰区航行的方法以及冰困后的救助措施进行了论述。     

冰的温度膨胀力研究

在寒冷地区,各类水工建筑物均会受到冰荷载的作用,而冰的温度膨胀力是其中一种对结构产生重要影响的荷载.例如,坐落于寒冷地区的水库建筑、海中固定式结构、防波堤和护岸等.这些结构形成了冰的约束边界,当外界环境温度(主要是气温)发生变化时,冰的温度场也发生变化,从而引起冰的应变,产生温度应力,并对结构产生温度膨胀力.冰的温度膨胀力受多种因素的影响,包括约束边界的形状、约束体的刚度、冰层的相对厚度、升温速率、冰的应变率等.冰的温度膨胀力已引起较为广泛的关注,本文对目前国际上对冰的温度膨胀力具有代表性的几种估算方法进行了介绍和简单的评价,为实际工程的设计提供了一些参考依据.     

动冰力模型实验模型律初探

模型律在冰力模型实验中发挥着重要的作用,它可以指导模型实验的进行并对实验的精确性有着极其重要的保证作用.针对动冰力模型实验的复杂性和重要性,动冰力模型实验的模型律成为当前冰工程实验中急待解决的问题.本文通过对冰与结构之间动力相互作用的现象、各种影响因素的讨论,总结了冰与结构动力相互作用造成的自激振动现象和目前常应用的动冰载荷普遍动力方程,概括性地总结了当前国内外冰工程试验室所做的动冰力模型试验的装备和原理,对相似理论和因次分析方法进行了的介绍,并在对以上问题的探讨的基础上对动冰力模型试验的模型律进行了探讨.     

非冻结模型冰-螺旋桨切削状态的试验研究

冰-螺旋桨的切削过程十分复杂，如何精确掌握冰桨作用模式和揭示冰桨作用机理对冰区螺旋桨理论研究和设计极其重要。本文介绍了利用冰桨切削试验平台开展的不同冰材料、螺旋桨尺度、切削深度、冰推送速度及螺旋桨转速时的冰桨切削试验研究，以及对螺旋桨冰载荷、遮蔽效应和冰桨作用模式进行的测量和分析。试验结果表明：通过高速摄像机对冰桨切削过程的捕捉证明了桨叶遮蔽效应的存在；相同切削深度时，螺旋桨尺度越大，桨叶受到的遮蔽效应越严重；冰桨切削深度越深，桨叶受到的遮蔽效应越严重，且螺旋桨中受到遮蔽效应的桨叶也越多；随着冰块推送速度的增加，模型冰的破坏模式由剪切断裂破坏逐渐向局部挤压破坏和剪切断裂破坏转变；极地船舶破冰航行过程中，可适当地提高螺旋桨转速，以减小螺旋桨受到的冰载荷，提高破冰能力。     

基于离散元方法的海冰数值模拟

介绍了海冰离散元模型的建立过程，通过模拟海冰与结构相互作用的过程来研究冰载荷的作用规律，并探讨海冰速度、海冰厚度以及结构直径对结构所受冰载荷的影响。结果表明，离散元方法可以较好地表现海冰破碎形式并能准确预测冰载荷，且冰载荷与3种影响因素都为正相关关系，其中海冰厚度对冰载荷的影响最为明显。     

也谈冰区航行——冬季加拿大圣劳伦斯河之行

有同行曾经介绍过冰区航行的经验,我们做船长的看了以后受益匪浅。对大多数船长来说很难遇到冰区航行的机会,而遭遇暴风雪袭击使船艏和前部几个舱严重结冰,在其后又遇到冰困的情况更属罕见。笔者曾经遇到过这样一次,在此将整个过程作一介绍,并作进一步探讨,供同行们参考。     

北冰洋冰区航行的船舶操纵

船舶在北冰洋上航行遭遇的最大困难是冰区航行,处理不当可能会造成船毁人亡的海难事故.此文介绍船舶驾驶人员应了解的冰区航行的特点和掌握冰区航行船舶的操作方法,以安全通过北冰洋冰区,优质地完成营运和科考任务.     

盐水柱状模型冰弯曲强度试验分析

冰区航行船在平整冰层中破冰航行时,弯曲破坏是主要的破坏形式,因而弯曲强度的研究具有重要的工程意义.本文依托室内冰水池的试验条件,结合原位悬臂梁方法对盐水柱状模型冰的弯曲强度进行了一系列试验研究,测量了模型冰的密度、温度、盐度等基础特性和不同试验条件下的弯曲强度,分析了加载速率对模型冰弯曲强度的影响,确定了冰样尺寸对模型冰弯曲强度的作用,讨论了回温时间、失效时间和弯曲强度之间的关系.本系列试验可为模型冰力学特性的相关研究提供参考.     

冰区航行中船体结构冰压力分布特性的离散元分析

冰区船舶表面冰压力分布规律是其结构安全预警和冰载荷监测的重要辅助信息.本文采用基于GPU(Graphics Processing Unit)并行和粘结-破碎模型的离散元方法模拟平整冰在不同冰况条件下的破碎过程,进而获得船体结构表面的冰压力分布和大小.在冰压力的计算中,考虑时间上的累积效应,即累积最大值和累积平均值,从多个角度分析了船体结构表面的冰压力危险区域和冰压力分布特性.通过船体结构直行破冰的离散元模拟,分析了船体结构的总体冰载荷和局部冰压力.为验证本文方法在船体结构冰压力分析中的可靠性,根据冰载荷的IACS规范计算了船体结构与大块浮冰自由碰撞过程,对比分析了碰撞点上的冰压力.计算结果表明,离散元计算结果与规范对比误差保持在6.7％～18.1％之间.本文方法为冰区船舶的设计研发提供了可靠的分析手段,其计算结果可为船体结构的冰区航行安全预警和冰载荷监测提供合理的辅助决策信息.     

基于VUMAT的海洋结构物撞冰行为数值仿真

对海洋结构物撞冰行为和冰载荷特性进行研究.基于ABAQUS通用有限元软件平台开发理想弹塑性冰材料VUMAT用户子程序;根据Tsai-Wu屈服准则和经验失效准则,采用完全隐式向后欧拉回映算法实现冰材料应力和应变的更新,并通过单个单元的压缩和拉伸试验验证该子程序的可行性.采用已开发的冰材料VUMAT子程序模拟刚性直立圆柱结构以不同速度撞击平整冰排,研究海冰的损伤过程,并分析碰撞速度对结构物承受冰载荷的影响.模拟刚性勺型破冰艏冲撞式破冰场景,并研究冰层厚度对冰载荷的影响.     

冰区船首部连续破冰模式下破冰阻力模型试验研究

在众多冰区航行船舶冰阻力预报的方法中,冰水池模型试验是最为准确和可靠的一种方法.论文依托中国船舶科学研究中心小型冰水池,设计了一条破冰船船首模型,开展了不同航速下的层冰试验和预切割冰试验,研究冰阻力与速度的相关性.通过船首模型总冰阻力和不同部位冰阻力的精细测量,提取冰阻力的不同成分,分析总冰阻力与各分量之间的关系.利用...     

大型油船冰区加强结构设计研究

介绍芬兰-瑞典冰级规范和主要船级社规范对冰级和冰带区域的划分,分析冰载荷及其作用原理。以10.99万吨AFRAMAX成品/原油船为载体,研究结构布置形式及高、低位冰区水线等冰区加强设计难点和对策,指出冰区加强设计中应注意的有关问题,提出冰区航行船舶设计时应遵循的原则,得出IA冰级符号将使船体结构增重1.05%的结论。     

海冰基础知识及船舶冰区航行的注意事项

海冰是冬季影响港口作业、海上运输、船舶安全的重要因素,作者介绍了海冰的类型及特点、中国海域海冰发展周期及冰情特征,最后就船舶在冰区航行的准备工作及注意事项加以总结,以期对冬季船舶防冰、抗冰工作提供帮助和参考。     

冰水池模型试验内容对比

针对国内外冰池的试验能力进行对比,并对冰区船冰水池模型试验中的阻力试验、自航试验和操纵性试验进行梳理总结,利用设计经验,对冰区船设计中需要进行的冰水池模型试验关键点进行分析,为相关冰区船设计的工程人员冰水池模型试验规划提供参考。     

冰载荷空间分布对舷侧结构响应的影响

极区船舶与浮冰发生碰撞时,冰载荷压力并不均匀,主要分布于结构与浮冰接触的中心区域,这与冰区加强区域结构设计和强度校核采用均布压力作为设计载荷并不一致.参考真实压力分布,以实测压力分布形式离散模拟冰载荷,形成考虑空间分布的冰载荷加载方法.建立舷侧结构有限元模型,分别以均布和考虑空间分布的离散方式将基于能量法计算所得冰载荷作用于舷侧,同时考虑不同浮冰形状和作用位置对空间分布的影响.结果 表明,冰载荷的空间分布对结构响应结果的影响较大,其中浮冰形状为楔形,且作用位置为板格中心的加载工况最为显著.研究过程与结论可为极区船舶设计考虑船冰相互作用时的冰载荷加载方式提供参考.     

浅谈冰区航行安全及操纵

概要介绍了冰的形成、种类和漂移，以及进入冰区前的准备，重点论述了冰区航行安全及操纵要点。     

冰区航行船舶冰阻力研究方法综述

船舶在冰区航行时的冰阻力性能一直是国内外关注和研究的重点。冰阻力的研究主要集中在经验方法、数值模拟和实验研究三个方面。同时,由于冰区船舶在航行过程中频繁地与冰层或浮冰产生碰撞,海冰的材料结构和力学性质对冰阻力的研究有重要影响。文章从冰的物理力学特性出发,简要回顾几种重要的冰本构关系模型及其适用性;并从经验方法及试验与数值模拟相结合两个角度,回顾和讨论浮冰区和平整冰区中船舶的冰阻力性能研究进展;最后,基于研究现状提出尚需进一步解决的问题。文章旨在介绍冰区船舶冰阻力性能的研究进展,望能为后续冰阻力研究提供参考。     

四季通用冰区灯浮标开发与应用浅析

本文对北海海区冰情进行了简要介绍,总结归纳了海冰对常规灯浮标以及航标管理工作的影响,在分析四季通用冰区灯浮标的性能要求和现有冰标的航标效能现状的基础上,指出了四季通用冰区灯浮标的研发思路和应用前景。     

船-冰碰撞下冰材料有限元数值方法研究进展

浮冰碰撞下极地船舶结构响应研究是当今的热点话题.由于冰体是一种包含着固体冰、卤水、气体以及杂质等较为复杂的天然复合材料,其力学性质受盐分、杂质等成分含量,以及温度、应变率和形成年份等因素影响较大,开发准确有效的冰体材料本构模型以及有限元数值模拟方法是船-冰相互作用研究的关键难点问题.本文总结了几种常见的冰体有限元数值材料模型,如各向同性弹性失效材料模型、弹塑性材料模型、损伤材料模型以及可压碎泡沫型材料模型等;此外,选取了三种模型实验工况,开展了与实验场景相对应的不同冰材料模型下有限元数值模拟,对比分析了各自冰材料模型的特点以及应用局限;最后,总结了用于船-冰碰撞数值模拟的冰材料模型准确性和可行性评估方法,以便给今后所开发的冰材料数值模型提供验证手段.