船体板架-模型冰碰撞模型试验与数值仿真

船-冰碰撞时船体的结构响应是极地船舶结构安全性研究的关键问题。制备非冻结模型冰、采用合理的缩尺比构建船体板架模型、基于合理的监测方法进行模型试验,试验完成后通过数据处理对结果进行分析;再利用相同的结构模型参数进行数值仿真,对比2种船冰碰撞研究方法。结果表明:各测点最大应力以及碰撞力吻合较好,验证了非冻结冰模型与板架力学模型的合理性,数据监测及处理方法的正确性以及所采用的数值模拟方法的准确性。

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。

采用圆环劈裂试验测定盐水柱状模型冰抗拉强度

抗拉强度是海冰最基本的力学参数之一,也是极地船舶和海工结构冰载荷研究的基本输入条件。鉴于抗拉强度的完整圆盘劈裂试验中部分圆盘裂纹明显偏离加载直径,且试样加载端易较早产生剪切裂纹,为此本文采用圆环劈裂试验开展盐水柱状模型冰抗拉强度测定研究。首先基于离散单元法开展圆环劈裂数值试验,分析圆环试样的断裂过程以及圆环试样的峰值载荷与孔径比的关系,发现采用Hobbs公式计算材料抗拉强度存在适用范围的限制。随后在中国船舶科学研究中心小型冰水池开展盐水柱状模型冰的圆环劈裂物理试验,以验证数值模拟得到的结论,并测定盐水柱状模型冰的抗拉强度。研究表明,圆环劈裂试验也是一种测量盐水柱状模型冰材料抗拉强度的有效方法。

DUT-1非冻结合成模型冰的弯曲强度

简介了DUT 1非冻结合成模型冰的功能 .给出DUT 1模型冰的弯曲强度的测试装置和设备 .讨论该模型冰在不同加载速度下的破坏方式和发生峰值弯曲强度的条件 .通过悬臂梁上弯和下弯实验结果 ,说明DUT 1模型冰的各向同性 ,检验了浸水模型冰性能的稳定性和模型冰湿密度对峰值弯曲强度的效应 .

DUT-1非冻结合成模型冰物模技术及应用

基于渤海海冰的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经 验,较成功地研制出一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料——DUT-1模型冰. 该模型冰采用聚丙烯粉、水泥、塑料微珠等材料,加入一定量的水,由特制的搅拌机搅拌均 匀倒入模具后成型制成. 利用DUT-1模型冰材料,在实验室常温波流水槽中进行了冰排在波 浪作用下的断裂、冰排对直桩及锥体结构物作用的物理模型试验. 通过对试验现象的观察、 对实验结果的综合分析、对相关理论及经验公式计算结果的比较,证明DUT-1非冻结合成模 型冰材料物模实验技术有较好可靠性.

DUT-1合成模型冰的弯曲强度和弹性模量实验分析

依据渤海海冰物理和力学特征值和国内水池实验室能力 ,以 1∶1 0～ 1∶30比尺要求 ,发展了DUT 1合成模型冰。文中简介该模型冰的理想参数、成分和制备过程。就其弯曲强度和弹性模量进行系统的实验分析。通过 5 0 0多次弯曲实验 ,获得该模型冰在不同加载速度下的破坏方式 ,各向同性证据和弯曲强度为 35～ 6 5kPa和弹性模量平均 5 3MPa的结果。并且得到弯曲强度和弹性模量在实测湿密度范围内呈递增关系 ,浸水模型冰性能稳定时间超过 4h ,弹性模量与弯曲强度之比 82 %超过 2 0 0 0。

非冻结合成模型冰的动摩擦系数

本文介绍非冻结 (DUT 1 )合成模型冰的主要性能和实验动摩擦系数 .通过实验测试了DUT 1合成模型冰浸水后与浸水模型冰断面之间 ,同铝板、刷漆木板、有机玻璃板表面之间的滑动摩擦力 .获得浸水模型冰之间的内聚力为 4～1 4Pa,内摩擦角为 2 4～ 2 6°.平均动摩擦系数为 0 4 9,它与天然海冰、河冰的动摩擦系数范围相同 ,也与几种合成模型冰的一致 .还得到DTU 1模型冰与铝板的平均摩擦系数是 0 37;与刷漆木板是 0 5 7;与有机玻璃板是 0 38,所有的动摩擦系数都随正压应力、运动速度的增加而降低 .

非冻结合成模型冰物理模拟冰作用力的试验技术

基于渤海海冰的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经验,研制了一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料,被命名为DUT 1模型冰.该模型冰采用聚丙烯粉、塑料微珠、水泥等材料加入一定量的水由特制的搅拌机搅拌均匀倒入模具后成型制成.通过实验室常温波流水槽中进行的冰排对直桩、锥体及斜面墙结构作用的物模实验的现象观察、结果综合分析、相关理论及经验公式计算结果比较,验证了DUT 1模型冰试验技术的可靠性.在此基础上,进行了冰排对半圆型防波堤结构的作用、冰排与锥体结构动力相互作用的物理模型试验研究,展现了DUT 1模型冰的应用前景.

非冻结合成模型冰与直桩作用的物理模拟技术

介绍了大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室研制的 DUT- 1非冻结合成模型冰材料的性能及相应的试验设备。给出了模型冰对直桩作用的物理模拟试验的主要结果 ,并利用国内外直桩结构冰荷载经验公式对 DUT-

细粒酒精模型冰单轴压缩强度特征试验研究

介绍细粒酒精模型冰的单轴压缩强度试验研究的方法和结果．试验采用两种试样，即长方形和哑铃形．对长方形试样发生不同破坏模式发生的条件，即试样尺寸、加载速度和压头与试样接触面摩擦等效应进行了详细讨论．描述了细粒酒精模型冰单轴压缩强度的基本特征，并比较了两种试样的试验结果．

细粒酒精模型冰的特征长度和变形模量

描述了细粒酒精模型冰特征长度和变形模量的测试理论基础和方法，给出了实际测量结果并对该方法存在的问题进行了讨论。简述了试验过程中发生蠕变的事实并给出最佳试验砝码质量和试验方法。另外，还给出了特征长度、变形模量与冰密度和未冻液体含量的试验关系。

DUT-1模型冰的物理性能和弹性模量

一种自行研制的非冻结合成模型冰,命名为DUT-1模型冰。从材料物理性能角度出发,简单阐明该合成模型冰制作程序,详细描述其成分、级配、结构和密度。根据密度变化范围和浸水后的密度稳定性,推断其力学指标的稳定性和能够进行物理模拟实验的时间范围。讨论了实测弹性模量与吸水率、湿密度的关系。

细粒酒精模型冰的弯曲强度试验研究

基于不同制冰条件和厚度的细粒酒精模型冰层原位悬臂梁弯曲强度试验，给出细粒酒精模型冰弯曲强度；分析了考虑和不考虑浮力效应对弯曲强度的差异；利用向上和向下弯曲强度结果给出该模型冰各向同性的证据；得到该冰弯曲强度与其密度、冰内未冻液含量和制冰过程可控制因子（冰地室内温度、升降温时间、冰厚）的关系，并作为定量控制模型冰质量的基础。

细粒酒精模型冰力学性能综合评述

简要介绍现行几种模型冰质量评价指标。对细粒酒精模型冰的特征进行了归纳和分析。阐明细粒酒精模型冰历史资料的可靠性，从模型冰变形模量与弯曲强度的关系和压缩强度与弯曲强度的关系，以及其它物理和力学参数入手。

细粒酒精模型冰的物理性质研究

依据实测数据 ,给出酒精溶液冻结温度和制冰过程中冰池大厅气温、冰表面附近气温、冰温和溶液温度 .介绍模型冰密度、冰内未冻液体含量的实测方法和结果 .

预测细粒酒精模型冰物理和力学参数的实验关系

依据模型冰物理性质控制其力学性质的原则 ,利用能量平衡观点建立了冰内未冻结液体含量同制冰过程中的冰池温度、降温及升温时间、模型冰厚度 (喷雾时间×流量 )的理论关系 ,以其量纲表达式作为预测模型冰物理和力学参数的综合控制指标 ;通过系统测量酒精溶液冰点温度、冰池大厅气温、模型冰温度、冰内未冻液含量、冰密度、冰压缩强度、冰弯曲强度和冰变形模量 ,获得了不同冰点温度模型冰的物理和力学参数同该综合控制指标的实验关系 ;

细粒酒精模型冰物理力学性质评价的新指标

依据酒精细粒模型冰制冰过程中的物理本质和控制细粒酒精模型冰物理力学性质的物理本质，建立了一项适合于喷雾技术细粒模型冰性质评价综合指标．阐明了这一评价指标的物理意义，并给出这一指标与细粒酒精模型冰物理力学性质参数的关系．

非冻结可破碎模型冰的实验设计与分析

船–冰模型试验按模型冰的种类可分为冰水池中的冻结模型冰试验和常规拖曳水池中的非冻结模型冰试验,但目前常规拖曳水池试验使用的模型冰不能满足破碎条件。本文在总结冰水池冻结模型冰特点和船–冰模型试验模型率的基础上研发出一种新的非冻结模型冰。根据国际拖曳水池会议推荐的试验方法对该非冻结模型冰进行单轴压缩和三点弯曲试验。结果显示在缩尺比1:30的情况下,该非冻结模型冰可以用于船–冰相互作用试验。

冰区航行船斜航操纵性非冻结模型冰试验研究

针对某冰区航行船开展碎冰区的斜航操纵运动试验研究,将传统水动力与非冻结模型冰试验技术相结合,形成了一套完善的非冻结模型冰的船体操纵性水动力试验技术。通过对试验中船冰作用力的回归,获取了船体操纵性位置导数。研究结果表明:随着漂角的增大,船体水动力及冰水动力呈增加趋势;随着碎冰密集度的增加,船体冰水动力增加。船体斜航操纵性冰水动力导数可为实船操纵运动仿真提供数据支撑。

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。