基于浮冰区参数化设计的船舶冰阻力数值模拟

本文参照真实冰区环境下浮冰尺度(MCD)概率分布规律,基于遗传算法运算器Glapagos,采用Grasshopper参数设计工具对Voronoi图进行全局优化,建立了符合自然环境的浮冰区模型,采用LS-DYNA流固耦合方法对船舶在浮冰区航行的参数影响情况进行了研究。研究发现:船肩附近的浮冰滑移现象最为显著,船艏附近的浮冰破碎现象则更为明显;船体受浮冰的冲击频率随浮冰密集度的提高呈明显增大趋势,而受冰厚影响较小;浮冰载荷波动的剧烈程度与影响因素(浮冰密集度、浮冰厚度和航速)正相关;相比大尺度浮冰,小尺度浮冰具有较高频率的冲击载荷、较大的载荷脉冲宽度和成分占比更高的摩擦阻力,这对浮冰阻力起到了明显的加强作用;浮冰阻力具有一定的随机性,但一般随浮冰密集度、冰厚和航速的增加而增加。

极地物探船破冰阻力数值仿真及试验研究

由于极地物探船作业的特殊性,极地海域冰况对物探船阻力会产生较大的影响。开展极地物探船冰阻力性能研究对船型开发具有重大意义。本文利用数值仿真方法和冰池模型试验方法研究极地物探船在平整冰区的航行过程,并对比分析2种研究方法的试验现象和结果。研究表明:数值仿真方法可以较为准确地反映出极地物探船在平整冰区的航行过程和冰层的破碎形式;数值仿真结果在定性上与模型试验结果比较符合,在定量上与模型试验结果之间存在可接受误差。在冰阻力预报研究领域,数值仿真方法具有重要的参考意义。

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。