极地破冰船的新型破冰结构研究

发布时间：2020-10-24 09:40

　　 最近这十年，随着陆地资源被不断的开采，一些油气资源也变得越来越少，因此，人们把目光投向了两极地区，所以极地海洋资源的合理开发和利用也逐渐提上了日程，对极地进行科学考察也不断发展，破冰船显示出了它的重要地位，主要任务是开辟新航道、进行极地救援和物质运输等。为此，提高破冰船的破冰能力，开发新船型就变得尤为重要。本文以某航行于冰覆盖水域的破冰船船艏部为研究对象，确定破冰船与冰相互作用工况，依据能量平衡原理，采用冰载荷模型来计算设计冰载荷。 主要工作内容有以下几个方面： 1、总结并分析冰载荷的主要研究方法，确定利用MSC.Patran/Dytran软件进行冰载荷的数值模拟。通过对破冰桩破冰过程的数值模拟分析，与试验结果进行对比分析，确定此种分析方法的可行性；再通过对不同工况下的情况进行模拟分析，得出冰载荷作用的一般规律； 2、基于“冲撞式”破冰法以及有限元仿真法的原理，研究数值仿真技术在破冰船冲撞冰层中的关键技术，确定适于本文的研究方案，对冰层的破碎过程进行分析，确定冰载荷的变化趋势等，选取不同的撞击速度、撞击角度以及冰层厚度，研究这些参数的不同对破冰船破冰能力的影响； 3、通过以上的研究分析，提出了一种新型的破冰船破冰结构形式，把双桩结构应用到破冰船上，从而增强破冰船的破冰能力。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：U674.81
【部分图文】：

2.2.2.1 海冰的抗压强度当整个冰层与直立的海上结构物相互作用时，若结构物的强度非常大，则冰层断裂破碎发生挤压破坏，此时，衡量结构物所受的冰载荷的一个最重要的参数就是海冰的抗压强度。海冰的温度、盐度和冰龄，是决定海冰的抗压强度的重要参数。通常，新生成的冰的抗压强度较大，盐度较高的海冰的抗压强度则比较小，所以淡水冰比海冰要坚硬。假如人在河冰上面可以行走的安全厚度为5厘米，那么在海冰上则需要有7cm的厚度。当然，冰的抗压强度也随着冰温的升高而降低。一般来说，弹塑性材料是一种应变率敏感性材料，而冰作为一种典型的弹塑性材料，它的破坏与其应变率（加荷速率）有着密切的关系。当加荷速率增快时，抗压极限强度就明显的降低，加荷速率快慢不同，抗压强度可相差 2～3 倍。也就是说，当潮流流速较小时，相对于结构物对冰层的加荷速率越小，这时，冰层的抗压极限强度就较大。图 2-4是某海冰区 S型冰的应变率关系图。

速率的变化情况。当加载速率比较缓慢时，海冰处于延性破坏范围内，度随着应力率的增大而增大，海冰发生明显的裂纹扩展过程；随着加载海冰的弯曲强度将达到最大值[20]；之后，随着加载速率的增大，海冰的降很快，由于这一阶段的加载速率较快，海冰处在脆性破坏区，裂纹一刻破坏，几乎不会出现裂纹扩展的过程。

（3）膨胀挤压作用。冻结在结构物周围的冰层，由于受到温度巨变的影响而引起膨胀，从而对结构物产生挤压作用；（4）附着冰引起的竖向力。结构物周围的海冰因温度下降而结成一体，冻结成的冰盖层因潮流和风的变化而移动，产生对结构物的拖曳力。由于水位的波动而产生垂直作用力（水位下落时冰的重力，水位上涨时冰块产生的浮力）；在以上几种海冰与结构物作用的形式中，对海洋结构物危害最大的，受关注最多的是第一种作用方式。当冰排与结构物相互作用，冰结构继续运动时，冰对结构是作用力逐步加大，当作用力增大到一定值时，冰排自身发生破坏，此时，结构物的受力也达到了极值。同时，冰排的破坏类型也制约了冰力的变化。所以，破坏类型及过程，决定着冰排与结构物作用的形式、过程以及力的大小。
【参考文献】

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本文编号：2854302