极地船连续破冰阻力数值模拟研究

连续破冰是自破冰型极地船舶中最常用的破冰模式,连续破冰阻力精确计算是极地船舶航行性能预报和船型优化设计的基础。论文提出一种基于预设冰网格技术的连续破冰阻力数值模拟方法,预先对船体水线附近的线型进行分层离散及对冰场进行方形网格离散,通过几何计算和受力分析数值模拟连续破冰进程及产生的破冰阻力分量。进一步考虑连续破冰阻力与运动耦合效应,在时域内建立船体6自由度运动微分方程,数值求解获得连续破冰阻力时间历程结果。利用该数值模拟方法计算获得了一艘PC3级极地油船连续破冰阻力时间历程结果,并将冰阻力有义值与对应的模型试验结果进行了对比。研究表明,数值模拟获得的连续破冰阻力时历结果能够反映连续破冰进程,数值模拟获得的冰阻力有义值与模型试验结果的误差在12%以内。论文的数值模拟方法能够高效、精确地模拟连续破冰进程及冰阻力,具有一定的工程应用价值。

连续破冰模式下破冰船的冰力研究

由于破冰船航行区域及工作任务的特殊性,对于海冰与船体的相互作用越来越受到重视。在一定理想化假设的基础上对破冰船在直行情况下的连续破冰模式运用数值方法进行模拟,然后得到破冰船破冰过程中的冰力时历曲线,并分析了相关破冰参数对连续破冰作用下破冰形状及平均冰力的影响程度。模拟结果表明:冰厚、破冰速度与离散间隔都对破冰半径和冰力有一定的影响;而冰厚则是影响破冰形状及冰力最为关键的因素;得到的连续破冰形状基本符合实际,可以为后续研究破冰船在冰区航行时的运动及破冰能力提供基础。

连续破冰模式下极地破冰船艏部冰载荷计算方法研究

极地破冰船在破冰过程中的冰载荷预报是破冰船设计过程中亟待解决的问题。论文根据能量守恒原理提出了连续破冰模式下冰载荷的分析方法;运用非线性有限元软件模拟破冰船的连续破冰过程,获得不同冰厚和不同船速下的船艏碰撞力时历曲线。通过理论计算及数值仿真结果的对比分析,证实作者提出的连续式冰载荷理论计算公式和数值仿真方法的可行性。计算方法及计算结果对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。

平整冰中破冰船操纵性能初步预报方法

为了对平整冰环境中破冰船的操纵性能进行预报分析,本文把冰力作为外力计入船舶的操纵运动方程中。基于经验方法对连续破冰过程中船舶的冰阻力进行估算,建立船舶横荡、纵荡、艏摇三自由度运动方程。模拟结果与实尺度破冰船AHTS/IB Tor Viking II的冰试验数据进行对比,得出船舶的直航速度误差为0.35%,回转直径误差为8.06%。因此,可以认为本文建立的操纵性预报方法可以较好地预报平整冰条件下破冰船的直航性能和回转性能。