北极冰区船舶碎冰阻力数值仿真研究

发布时间：2020-06-12 14:04

【摘要】：随着北极冰区的逐渐融化,人们对北极的兴趣也越来越浓厚。无论是科考船舶对北极的调查研究、资源的开发利用,还是商用船舶进行货物的贸易运输,这一切都离不开冰区船舶这一载体。由于航道内是冰水混合物,所以船舶避免不了与航道内碎冰产生相互作用,碎冰会增加船舶航行的阻力,这不仅会增加油耗和成本,同时也会增加航行的危险系数,严重影响船舶的航行性能。这就需要对冰区船舶的航行性能展开研究,然而目前我国对于冰区船舶的研究无论是从理论还是从工程上都尚处于初步阶段。因此,本文的主要目的是探究各种因素对船舶碎冰阻力的影响。对冰区船舶碎冰阻力的研究方法一般包括经验公式、数值仿真、模型试验等几种方法。经验公式需要经过多年的实地实时观测,然后按统计学知识总结归纳;模型试验需要在专门的冰试验水池中进行,试验条件较为苛刻;数值仿真方法整体操作性更强,更容易实现。本文主要利用ANSYS、LS-DYNA通过数值仿真的方法研究冰区船舶碎冰阻力,船冰结构与流体之间的相互作用采用的是流固耦合算法。通过柱状结构与单块碎冰的碰撞模拟,探究多种因素对柱状结构物与单块冰碰撞力的影响。通过模拟探究发现:摩擦系数越大,结构物与冰块之间得碰撞合力越大;碰撞速度越大,法向碰撞力越大;随着冰块厚度的增加,法向碰撞力呈增大趋势;对于各向同性断裂材料,截断失效压力的值越大,法向碰撞力越大。通过船艏与碎冰的碰撞仿真计算,探究了各种因素对碎冰阻力的影响。最终得出的结论是:在其他因素相同的情况下,随着航行速度的增大,碎冰阻力均值呈线性增加的趋势,随着碎冰覆盖率的增大,碎冰阻力均值呈现逐渐增加的趋势,随着碎冰尺寸的增大,碎冰阻力均值也呈现出逐渐增加的趋势。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661

【参考文献】

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本文编号：2709638