基于黏聚单元法的圆柱结构与层冰作用数值模拟

针对破碎海冰块体在水中所受的浮力和阻力,提出了一种基于LS-DYNA二次开发的水作用简化模型,模拟水对海冰的浮力和阻力,生成水作用求解器。采用黏聚单元法构建层冰数值模型,利用该求解器对圆柱与层冰的相互作用进行数值模拟。在此基础上,以圆柱直径、碰撞速度和海冰冰厚为变量,分析其对水平冰力的影响,并对不同速度下碎冰堆积力占水平冰力的比值进行统计。结果显示,用开发的水作用求解器模拟的破碎海冰漂浮堆积现象与试验比较符合,水平冰力与圆柱尺寸、圆柱碰撞速度和冰厚均成正相关,计算结果与规范公式吻合较好。随碰撞速度的增加,碎冰堆积力的占比增加,层冰破坏力依然为水平冰力的主要成分。