航行于碎冰区船舶冰载荷研究

发布时间：2020-06-17 03:14

【摘要】：随着北极冰盖面积逐年缩小,北极航线全面开通的可能性大大提高,极地船舶航行问题受到广泛关注。相对于破冰船、科考船等特定任务型船舶,冰区加强运输船这类商用型船舶在全球资源供给、经济增长、交通运输等方面影响更大。为了保证冰区加强运输船在冰区航行的安全,如何准确迅速地预报船舶所受的冰载荷和操纵性能等问题亟待解决。为此,本文针对碎冰区航行船舶的冰阻力和操纵性能进行了研究。首先,分析了碎冰区船舶受到的各项力和力矩,并基于MMG分离模型思想,建立了船舶在平面内运动的三自由度数学模型,并模拟了船舶的回转运动。然后,为了研究船舶直航状态下的冰载荷与航速、碎冰密集度之间的关系,采用LS-DYNA有限元软件对船舶在碎冰区的运动过程进行数值模拟,观察并分析了船舶与碎冰的接触特点和运动状态。对冰载荷数据进行研究,获得了冰阻力与船舶航速以及碎冰密集度之间的变化规律。采用数学拟合的方法,得到了船舶冰阻力与速度、密集度之间的函数表达式,并结合船舶运动数学模型,研究分析了船舶在碎冰区直航时船舶的安全航速范围,为船舶的安全航行提供了数据参考。最后,对碎冰载荷的特点进行分析,发现其与流体阻力具有相类似的特点。参考流体阻力的研究思路和PMM试验研究方法,对船舶的纯横荡运动和纯首摇运动这两种特定船舶运动形式进行了数值模拟,获得了横向力和首摇力矩。通过模拟结果进行处理,拟合得到了船舶所受的横向力和首摇力矩的表达式,为后续研究船舶回转运动等操纵性问题奠定了基础。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661

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本文编号：2716991