气垫载荷在带裂缝冰面运动的水弹性响应

气垫船在冰面上运动会激起冰面产生水弹性波。在特定条件下,此水弹性波使得冰层内部的应力达到最大值,甚至超过冰层的极限承载应力而发生破坏。为此,该文研究了冰面裂缝对于气垫载荷引起的冰面水弹性响应的影响。基于弹性薄板假设和势流理论,建立了气垫载荷在带裂缝冰面上运动的理论数学模型。在模型求解上,采用边界元法对流体域进行求解,冰面边界条件通过有限差分法和引入虚构点满足。随后,分析了气垫载荷在不同速度运动下的冰面水弹性响应,研究了气垫载荷以不同速度运动时引起的冰面变形和应力分布,针对裂缝与气垫载荷的相对位置对气垫载荷破冰能力的影响进行了数值模拟,分析了气垫载荷引起的冰面水弹性响应变化规律。通过与气垫载荷在无限大冰面上运动的结果进行对比,结果表明,裂缝离载荷中心大于4倍载荷宽度时,载荷附近的冰面响应受裂缝的影响较小;裂缝离载荷中心的距离为1倍载荷宽度时,裂缝处会发生应力放大现象,且裂缝处的最大应力会超过气垫载荷正下方冰板的最大应力。