基于离散元模型的冰阻力数值研究

发布时间：2021-04-10 00:39

　　为了研究船舶冰阻力的预报方法,采用离散元模型对冰区航行船舶在平整冰中航行的冰阻力进行数值计算。船体结构由三角形网格离散,同时利用具有粘结-破碎特性的球体单元、三维拓展圆盘和拓展多面体单元构造海冰的离散元模型,并考虑拖曳力和浮力对海冰的影响。本文基于离散元方法,计算船模受到的总的冰阻力,研究海冰厚度、弯曲强度和航行速度对冰阻力的影响,并与Lindqvist经验模型计算的冰阻力进行了分析比较。研究结果可为冰区航行船舶冰阻力预报以及初步设计优化提供参考。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(11)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

颗粒之间的平行粘结模式Fig.1Parallelbondingmodebetweenparticles

程的离散元模拟中，是根据给定速度计算船体在冰区中的运动情况。为了能够更好地对船体的运动受力情况进行研究，规定x轴正方向指向船首，y轴正方向指向左舷，z轴正方向垂直向上。2船体在平整冰中航行的离散元分析在船-冰相互作用的数值计算中，将冰层离散为表1船模船型参数Tab.1Shiptypeparametersofshipmodel船型参数SnowDragon模型船长L1665.36船宽B22.60.73设计吃水T80.27排水体积1766017.65图1颗粒之间的平行粘结模式Fig.1Parallelbondingmodebetweenparticles图2船体的离散元方法Fig.2Thediscreteelementmodelofship第42卷刚旭皓，等：基于离散元模型的冰阻力数值研究·15·

的平均值。由于边界设置为三面固定边界，未模拟船体驶出冰区时的冰阻力变化。2.1航速对冰阻力的影响为分析破冰过程中航速的影响，分别将航速设置表2离散元模拟的主要参数Tab.2Mainparametersofdiscreteelementsimulation参数数值参数数值冰区面积/m220×15海冰颗粒间的回弹系数0.3海冰密度/kg·m–3920船-冰之间摩擦系数0.1水密度/kg·m–31024船-冰之间回弹系数0.3弹性模量/Pa4.75×107拖曳力系数0.6海冰颗粒间摩擦系数0.2切向/法向刚度系数0.3表3冰厚变化时的计算结果Tab.3Calculationresultswhenthicknesschanges冰厚/m航速/m·s10.0460.0940.1410.1880.2820.376冰阻力/kN0.01648.349.358.263.469.871.30.032117.6122.9135.9141.8145.9167.6表4弯曲强度变化时的计算结果Tab.4calculationresultswhenflexuralstrengthchanges弯曲强度/kPa航速/m·s–10.0460.0940.1410.1880.2820.376冰阻力/kN1680.1kN89.8kN92.4kN98.3kN114.8kN129.9kN25117.6kN122.9kN135.9kN141.8kN145.9kN167.6kN图3船体在平整冰中航行的过程Fig.3Processofhullsailingthroughflatice图4X，Y，Z方向冰阻力曲线Fig.4IceresistancecurveinXdirection,YdirectionandZdirection·16·舰船科学技术第42卷

【参考文献】：
期刊论文
[1]海冰与直立结构相互作用的离散单元数值模拟[J]. 季顺迎,狄少丞,李正,毕祥军.  工程力学. 2013(01)



本文编号：3128608