船首形状对船-冰碰撞性能的影响研究

基于冰的各向同性弹性断裂模型,分别以船首的初速度和冰的厚度为变量,采用LS-DYNA非线性有限元软件对不同船首形状与冰排碰撞问题展开数值模拟研究。研究结果表明,不同形状船首在相同工况下其破冰距离、受到的冰载荷以及能量变化有显著差异。前倾首、飞剪首的破冰能力比直立首、球鼻首强,随着船首初速度的增大、冰厚的增加,飞剪首的破冰能力逐步好于前倾首,球鼻首的破冰能力逐步好于直立首。本文研究对于航行于季节性冰区的船舶具有一定的指导意义。

基于SPH方法的船体海洋飞沫生成形态模拟

为了研究海洋飞沫的生成形态,采用光滑粒子法(SPH)的粒子捕捉技术,分析4种常见的船首特征对海洋飞沫轨迹的影响。研究发现,船首的设计在飞沫的生成和运动特性上起着决定性作用。球鼻艏和破冰艏通过镇压波浪减少飞沫的覆盖范围,而飞剪艏和前倾艏则利用其独特的流线型设计有效地对飞沫进行引流,但却导致飞沫的生成高度较高,覆盖范围较广。此外,研究还揭示了不同类型的飞沫(如崩波破碎、卷波和激散波破碎)在船首附近的工况和轨迹模式。研究结果可为船舶设计优化及防除冰技术提供重要理论支持。

考虑弹性形变的气垫船低速破冰仿真分析

论文重点探讨了气垫船在低速模式下的破冰机理与受力形式。采用理想化破冰假设,考虑气垫围裙的弹性形变,基于简化的环向裂纹法求解气垫船在全冰面上低速破冰过程中所受的冰力。基于公开发表的气垫船模型试验数据开展仿真分析,计算不同船首形状下的冰阻力,以此解释破冰气垫船船首形状多为扁平的原因。研究表明,在考虑气垫船弹性形变的情况下,载荷时历曲线呈现较强的震荡,表现出很强的非线性;在其他条件不变的情况下,船首形状越接近扁平,所受冰阻力越小。冰载荷分析对于设计气垫破冰船具有一定的应用价值。