极地船型冰区强弱构件冰载荷分配

为了探究极地船型冰区结构横骨架式次要构件(骨材)与主要支撑构件(PSM)之间连接构件处的冰载荷分配规律,提出适用于骨材与PSM间连接构件处载荷的工程实用化计算方法。基于国际船级社协会极地船级规范中的设计冰载荷,提出横骨架式构件在设计冰载作用下由骨材承载分配至PSM处的载荷的工程实用化计算方法;将《散货船和油船共同结构规范》(HCSR)中的强弱构件间载荷分配方法拓展应用于极地船型冰区骨材与PSM间冰载荷分配中,在某极地科考船舯部冰带区有限元模型外板上施加设计冰载荷,根据舷侧横骨架式典型节点的应力计算出骨材与PSM间连接构件处的冰载荷值。计算结果表明,通过数值计算得到的载荷值与采用工程实用化计算方法得到的载荷值基本一致,HCSR中强弱构件间载荷分配方法可应用于极地船型中,横骨架式由骨材承载分配至PSM处的冰载荷工程实用化计算方法有效,研究结果可为后续极地船型冰区结构连接构件结构设计提供设计输入。

极地吊舱推进船舶回转性能的离散元分析

吊舱推进装置在极地船舶中被广泛应用,其转舵模块可以带动螺旋桨摆动从而产生任意方向的推进力,使船舶操纵更为灵活。提出了一种吊舱推进船舶冰区操纵的离散元方法,对具有吊舱推进装置的冰区船舶破冰过程进行了数值模拟。以“雪龙2”号破冰船为研究对象,计算分析了船舶定速直航时的冰阻力,并通过与Lindqvist经验公式的对比验证了冰阻力计算的合理性。在此基础上进一步对船舶在不同冰厚、不同吊舱转向角下的回转破冰运动进行了离散元模拟,分析了回转半径与船长比值随冰厚的变化规律。计算结果表明:船舶的回转性能随冰厚的增大而降低,并随吊舱转向角的增大而显著提高。

极地船舶与浮体结构物力学问题研究综述

北极航道的开发和极地资源的勘采为船舶与海洋工程装备设计制造提供了良好的发展契机,但极地极端载荷环境所引起的复杂力学问题也相应地提出了巨大的挑战。为此,本文首先梳理极地航行船舶与浮体结构物涉及的基础力学问题,回顾并讨论国内外在相关力学问题方面的研究进展和技术难点,对于极区波浪传播的理论模型,分析了质量荷载模型,弹性薄板模型,粘性层模型和粘-弹性模型的优缺点和适用性;对于海冰力学行为的数值方法,阐述了有限元法(FEM)和离散元法(DEM)的数值模拟进展;对比了冰区船舶的自由航行和约束船模实验等。本文为航行船舶与浮体结构物的研发提供了一定的参考。

大型运输船极地平整冰区航行阻力的模型试验

针对一艘在极地海域内以船艏破冰方式航行的运输船,进行了平整冰条件下船舶航行阻力的模型试验。试验测试以拖曳船模在冰水池内行进的方式进行,试验观测针对多种船速展开,观测内容包括:平整冰排在船艏前的破坏模式、冰排沿船体舷侧的破坏模式、碎冰沿船体的运动状态以及船体航行总阻力。试验测试中包含两种主要的冰况条件,即船体独立在平整冰条件下的航行和在有破冰船开道的航道碎冰条件下航行。试验测试结果表明,船体在平整冰中航行时,由船肩处引发的大面积弯曲破坏将导致极值阻力的出现;船体在碎冰航道中航行时,部分大尺寸的碎冰块在漂移过程中将遭遇航道边缘的阻碍而发生重叠,并将导致航道边缘冰排的再次破坏。此外,两种冰况条件下船体航行阻力均值与极值均随航速的上升而增大,而平整冰条件下的航行阻力整体高出航道碎冰条件下的阻力两倍以上。

极地船舶冰带区域关键节点研究

结合某极地物探船的舷侧结构和冰载荷的作用特点,选取艏部冰带区域的4类典型节点,分别研究各节点的不同形式和设计尺寸。在局部有限元模型中逐步添加8种形式的节点子模型,通过比较各种节点在冰载荷作用下的结构响应,筛选出最优的节点形式,同时完成冰带区域结构强度分析。研究成果可供其他极地船舶冰带区域关键节点的设计与建造参考。

极地船舶用低温钢耐磨性的研究进展

介绍了国内外极地船舶用低温钢的发展情况,综述了国内外极地船舶用低温钢的低温摩擦学和耐磨冰区漆的摩擦学研究进展,为国内极地船舶用低温钢材料开发与耐磨性研究提供了参考与借鉴。

《极地水波动力学》课程建设与教学方法探讨

随着我国"冰上丝绸之路"的推进,作为近北极国家,加强极地船舶与海洋工程装备的研发,对我国实现海洋强国战略的宏伟目标意义重大。因此,《极地水波动力学》作为极地装备研发的基础课程应运而生。本文将从课程建设与教学方法两个方面进行探讨,以期待为新时期极地装备研发培养后备人才。

极区船舶及海洋结构冰荷载的离散元分析

冰荷载是影响极区船舶及海洋结构振动响应和疲劳寿命的重要因素。针对海冰的离散特性,分别采用具有黏结-破碎效应的球体单元、扩展圆盘单元以及基于闵可夫斯基和方法的扩展多面体单元构造海冰离散单元模型,分析了船体、固定式、自升式以及浮式海洋结构的冰荷载特性及分布规律。此外,为计算海冰作用下海洋结构的振动响应,建立了相应的冰激结构振动的离散元-有限元模型。在上述基础上自主研发了基于图像处理单位(GPU)并行算法的海冰离散元软件(Ice DEM),实现了对船舶以及海洋平台结构冰荷载离散元分析的大规模计算。