冰材料模型与局部形状对船冰碰撞影响研究

发布时间：2017-10-19 18:33

  本文关键词：冰材料模型与局部形状对船冰碰撞影响研究

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【摘要】：随着北极夏季海冰的融化趋势越发明显,北方航线已经在夏季通航。然而,北极地区在夏季也有大量的冰山存在,因而船冰碰撞是船舶碰撞领域的研究热点之一。本文研究主要包含两部分内容:第一部分利用理想弹塑性材料模型模拟海冰在碰撞过程中的力学特性问题;第二部分利用该模型研究冰块的局部形状对于船冰碰撞特性的影响特点。本文首先利用理想弹塑性模型模拟冰在碰撞过程中的力学特性。用此材料模型模拟球型冰与船侧和船球鼻艏等不同位置的碰撞场景,研究在碰撞过程中碰撞力和耗散能的变化情况。结果表明此模型能够较好的模拟冰在碰撞过程中的力学特性。由于冰材料的复杂性,冰块的不同局部形状对船冰碰撞场景有一定影响。本文接下来研究不同局部形状的冰模型与船侧的碰撞场景,同时采用泡沫模型与理想弹塑性模型进行对比。研究结果表明,对于理想弹塑性模型,在不同的冰局部形状条件下,船冰碰撞的相互作用过程不同,碰撞力、能量分配与耗散情况等也有较明显差别。对于泡沫模型,不同形状的冰块对碰撞力和耗散能的影响较小。球型冰表现最为强硬,为最危险形状。本论文的研究成果对在极地地区航行的船舶结构设计,保证船舶的安全性问题,具有较为重要的作用。
【关键词】：船冰碰撞 冰材料模型 弹塑性模型 形状影响 数值仿真 泡沫模型
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景和意义11-14
• 1.2 船冰碰撞研究现状14-17
• 1.3 本文的主要工作和创新点17-20
• 第二章 冰材料性质20-31
• 2.1 冰的物理性质20-24
• 2.1.1 海冰的形成过程20-22
• 2.1.2 冰区条件22-24
• 2.1.3 海冰的物理因素24
• 2.2 冰的力学性质24-27
• 2.2.1 海冰的失效特性25-27
• 2.2.2 海冰强度27
• 2.3 冰载荷的计算规范27-29
• 2.3.1 Finnish-Swedish Ice Class Rules27-28
• 2.3.2 DNV Ice Class Rules28-29
• 2.3.3 IACS UR L1规范29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 碰撞理论与有限元方法31-42
• 3.1 碰撞理论31-33
• 3.1.1 内部机理研究和外部机理研究31-32
• 3.1.2 船冰碰撞的设计范畴32-33
• 3.2 有限元计算理论33-35
• 3.2.1 非线性问题与积分算法33-34
• 3.2.2 有限元计算理论基础34-35
• 3.3 LS-DYNA理论基础35-41
• 3.3.1 LS-DYNA显式积分35-37
• 3.3.2 接触理论37-38
• 3.3.3 LS-DYNA沙漏理论38-40
• 3.3.4 LS-DYNA时间步的控制40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 各向同性理想弹塑性冰材料模型42-65
• 4.1 各向同性理想弹塑性模型42-55
• 4.1.1 冰材料弹塑性模型42-47
• 4.1.2 半隐式径向回归算法47-54
• 4.1.3 嵌入LS-DYNA程序54-55
• 4.2 弹塑性模型验证55-63
• 4.2.1 单单元模型测试55-56
• 4.2.2 球型冰-刚性板碰撞验证冰材料模型56-61
• 4.2.3 冰材料模型参数敏感性分析61-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 船冰碰撞数值仿真65-79
• 5.1 船侧-冰块碰撞数值仿真65-73
• 5.1.1 碰撞场景参数设置65-67
• 5.1.2 碰撞结果分析与讨论67-73
• 5.2 船首-冰块碰撞数值模拟73-77
• 5.2.1 碰撞场景参数74
• 5.2.2 碰撞结果分析与讨论74-77
• 5.3 本章小结77-79
• 第六章 冰块局部形状对于船冰碰撞特性的敏感性分析79-104
• 6.1 泡沫模型模拟冰材料79-81
• 6.2 冰与船侧碰撞81-103
• 6.2.1 形状敏感性分析数值模拟参数设置82-84
• 6.2.2 计算结果84-98
• 6.2.3 其他碰撞场景参数的敏感性分析98-102
• 6.2.4 数值计算分析与讨论102-103
• 6.3 本章小结103-104
• 第七章 结论与展望104-106
• 7.1 结论104
• 7.2 展望104-106
• 参考文献106-109
• 致谢109-111
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文111-113

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