船舶抗冰碰撞舷侧结构加强方案及优化设计

本文介绍了船-冰碰撞数值仿真中涉及的关键技术,以船舶肩部舷侧区域与棱角冰发生碰撞作为计算工况,对所选船舶舷侧与冰体碰撞进行数值仿真,根据舷侧响应特征指出其进行结构加强的必要性.由此提出几种舷侧常规加强方案,通过分析各自与冰体接触区域船体外板上受到的平均应力以及碰撞过程中船体结构发生塑性破坏的程度,指出结构仍然存在的问题以及后续加强的方向.最后,设计了2种新型舷侧结构并对其进行优化,验证了其具有较优的抗冰碰撞性能,得到了抗冰碰撞舷侧结构设计的相关结论.     

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。     

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。     

Trapped waves within the blocking frequency under compressed sea ice and two-dimensional current

The existence of trapped modes due to a horizontal submerged rigid cylinder placed below a compressed ice-covered surface is shown to exist within the frequency band of wave blocking by employing linearized water wave theory and with the inclusion of the effects of a two-dimensional current and the obliqueness of the propagating wave. A new modified multipole expansion method catering to the multiple propagating modes is proposed. The impact of different choices of propagating modes at a fixed frequency within the above-mentioned band on the trapped modes is detailed. Multiple trapped modes whose number depends on the direction and magnitude of the current exist within the frequency band. Out of the three choices of current types considered, while two of them result in the generation of trapped modes for all three possible choices of the propagating wave, the remaining one shows that only one propagating mode can generate a trapped wave. A break in the continuous spectrum of the trapped mode frequency due to the wave blocking and at the point of inflexion is presented. There exists a region of angle of propagation within which an abundance of the trapped mode is shown. The surface profiles for different angles of propagation and choices of propagating modes are illustrated graphically. The trapped modes associated with a higher angle of propagation decay at a faster rate.     

基于流凌演进数值模拟的可视化方法

针对流凌演进三维可视化技术在冰冻河流可视化仿真方面不足的问题，结合MIKE21与ArcGIS软件，提出一种基于流凌演进数值模拟结果的可视化方法。通过模型构建、网格划分、边界条件确定，开展流凌演进数值模拟与分析，建立面向可视化的流凌演进数值模拟结果提取方法，实现流凌演进三维可视化仿真场景与数值模拟的可视化数据融合。基于空间数据库与属性数据库，建立的流凌演进仿真模拟系统，可全方位展示流凌演进过程中地形、水流、堤防结构物等仿真模拟结果。     

极地物探船冰载荷有限元计算方法

采用LS-DYNA有限元软件建立极地物探船的船-水域-海冰有限元模型，计算得到该型船在设计破冰厚度和设计航速下的冰载荷量和冰载荷时程曲线，并进一步研究冰体单元尺寸对冰载荷计算结果的影响。研究表明，冰载荷最大值随冰体有限元单元尺寸减小而减小。对比相关冰载荷经验公式计算结果，最终确定合理的冰体单元尺寸。研究结果对极地物探船的结构设计和结构安全性评估具有重要意义。