极区油船与冰碰撞的非线性有限元仿真研究

发布时间：2017-04-27 18:05

  本文关键词：极区油船与冰碰撞的非线性有限元仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,人们对冰覆盖水域的航行越来越感兴趣,比如在有丰富石油和天然气资源的北极水域。这就需要能够适用于冰区航行的大型运输船舶,但是关于此类船舶的设计经验却很缺乏。IACS和各国船级社都在努力制定出合理的极区船舶设计标准来完成极区船舶的结构优化和建造。然而到目前为止,还鲜有关于大型船舶在北极水域操作的经验,无法详细的了解船与海冰之间的相互作用过程。所以,我们有必要通过仿真模拟研究来获得足够详细的用来描述船与冰相互作用过程的资料,以便辅助研究极区船舶的结构优化和建造。本文主要针对极区油船与海冰的相互作用过程展开研究,主要内容包括：1.介绍了北极地区相关领域的研究现状及规范,并且对北极航区的海冰现状、航道现状和航行经济性进行了详细的阐述。2.深入探究了冰载荷理论计算方法,阐述了船舶与冰的相互作用情形和非线性有限元仿真方法,并且对基于能量平衡原理的冰载荷模型进行了详细的介绍。3.根据油船主要参数和国际船级社的《极地冰级规范》对普通油船进行了冰区加强,并根据相关模型参数分别建立了船首-海冰碰撞有限元模型和船中-海冰碰撞有限元模型,确定了求解参数和相应工况。4.详细的描述了船舶与海冰的相互作用过程及船舶在这个过程中的应力、应变、变形情况和能量变化。并且探究了碰撞角度、碰撞速度、碰撞位置以及海冰面积对这个碰撞过程的影响。
【关键词】：北极冰区 船-冰相互作用 碰撞 有限元仿真
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U662;U674.133.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 北极研究现状11-12
• 1.2.2 冰区船舶发展现状12-13
• 1.2.3 冰载荷及船-冰碰撞仿真研究现状13-14
• 1.3 极地航行船舶相关规范14-17
• 1.3.1 IACS《极地冰级规范》14-15
• 1.3.2 其他规范15-17
• 1.4 本文主要工作17-18
• 第二章 北极航区现状18-26
• 2.1 北极海冰18-22
• 2.1.1 海冰物理性质19-20
• 2.1.2 海冰力学性质20-22
• 2.2 北极地区航道22-24
• 2.2.1 北极点航道23
• 2.2.2 西北航道23
• 2.2.3 东北航道23-24
• 2.3 北极航行经济性24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 冰载荷理论计算方法研究26-43
• 3.1 船-冰相互作用26-30
• 3.1.1 船舶与冰相互作用情形27-28
• 3.1.2 典型船舶与冰相互作用情形28-30
• 3.2 基于能量平衡原理的冰载荷模型30-38
• 3.2.1 理论基础30-31
• 3.2.2 设计冰载荷模型计算31-34
• 3.2.3 船-冰接触原理34-38
• 3.3 非线性有限元仿真方法38-41
• 3.3.1 非线性有限元仿真方法的发展38-39
• 3.3.2 显式动力分析方法39-40
• 3.3.3 显式非线性动力分析一般流程40-41
• 3.4 非线性有限元程序MSC.Nastran SOL700简介41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 船舶有限元模型建立43-68
• 4.1 油船模型主要参数43
• 4.2 有限元模型参数43-47
• 4.2.1 模型范围43-45
• 4.2.2 坐标系45
• 4.2.3 单元45-46
• 4.2.4 材料参数46-47
• 4.3 有限元模型建立47-51
• 4.3.1 船首-海冰碰撞有限元模型49-50
• 4.3.2 船中-海冰碰撞有限元模型50
• 4.3.3 各部分详细有限元模型50-51
• 4.4 基于IACS《极地冰级规范》的冰区加强51-59
• 4.4.1 船首结构冰区加强52-57
• 4.4.2 船中结构冰区加强57-59
• 4.5 接触的定义59-61
• 4.6 求解参数设定61-63
• 4.6.1 速度设置61
• 4.6.2 质量设置61
• 4.6.3 角度设置61-62
• 4.6.4 时间设置62
• 4.6.5 约束设置62-63
• 4.7 碰撞位置选择63-64
• 4.7.1 船首区域63-64
• 4.7.2 船中区域64
• 4.8 工况设定64-67
• 4.9 本章小结67-68
• 第五章 碰撞仿真结果及分析68-83
• 5.1 标准工况下碰撞仿真结果68-75
• 5.1.1 结构变形68-70
• 5.1.2 应力和应变70-72
• 5.1.3 碰撞过程分析72-74
• 5.1.4 海冰面积影响分析74-75
• 5.2 不同工况对比分析75-81
• 5.2.1 碰撞角度影响75-77
• 5.2.2 碰撞速度影响77-79
• 5.2.3 碰撞位置影响79-81
• 5.3 本章小结81-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读学位期间公开发表论文89-90
• 致谢90-91
• 作者简介91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 白响恩;王建忠;肖英杰;;中国船舶首次穿越北极东北航道纪实[J];航海技术;2013年01期

2 秦琦;;冰区油船技术的最新发展[J];中国船检;2011年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 徐洪祥;不同锥体结构抗冰性的计算研究[D];天津大学;2007年

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本文编号：331139