极地物探船冰阻力预报及参数敏感性研究
发布时间：2021-10-09 23:59
北极航道随海冰范围和冰厚的减小表现出越来越高的商用价值,在北极航道开辟的大环境下,其资源勘探迫在眉睫,极地物探船也应运而生。由于极地物探船作业的特殊性,每年需往返于极地海域与其他开敞海域,其作业窗口期通常为夏季和秋季,但在临近作业窗口期结束时或返航途中极易遭受平整冰冰况,因此极地物探船仍需具有一定的破冰能力。极地海域的浮冰环境和平整冰环境下的不同冰况对船舶阻力会产生极大的影响,而阻力则影响极地物探船作业的拖带能力,这对物探船的经济性和效率起到决定性作用。因此开展极地物探船在浮冰环境和平整冰环境下的冰阻力预报及参数敏感性研究具有重要的工程意义,是极地物探船的设计及优化的核心关键问题。本文通过压力-面积曲线验证了本构模型为弹性断裂失效模型的冰材料,基于Voronoi图对随机分布和不规则几何形状的浮冰开展了参数化建模,并利用遗传算法对浮冰尺度概率分布开展了全局优化研究,最后采用非线性有限元软件LS-Dyna的流固耦合技术对物探船在浮冰环境和平整环境下的冰阻力预报及相关参数敏感性开展了数值模拟研究,并与相关经验公式进行了对比分析,为极地物探船的阻力性能研究提供参考。本文具体研究内容如下:1.根...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 北极资源概况与北极航道
1.1.2 物探船的发展与应用
1.2 冰阻力预报国内外研究进展
1.2.1 海冰定义
1.2.2 海冰分类及特征尺度
1.2.3 海冰材料特性试验研究现状
1.2.4 浮冰环境下的冰阻力国内外研究现状
1.2.5 平整冰环境下的冰阻力国内外研究现状
1.3 本文主要工作
1.4 本文创新点
第2章 非线性有限元理论及冰材料验证
2.1 LS-Dyna非线性有限元理论基础
2.1.1 显式时间积分算法
2.1.2 沙漏及其控制
2.1.3 动态接触算法
2.2 ISO理论标准曲线及冰锥挤压试验
2.2.1 ISO理论标准曲线
2.2.2 冰锥挤压试验
2.3 钢板挤压球头冰体数值模拟
2.3.1 钢板-球头冰体有限元模型
2.3.2 冰体破碎模式分析
2.3.3 压力-面积曲线验证
2.4 本章小结
第3章 浮冰区参数化建模及浮冰尺度概率分布对冰阻力的影响
3.1 基于Voronoi图的浮冰区参数化设计
3.1.1 Voronoi图理论及构建方法
3.1.2 参数化设计工具Grasshopper简介
3.1.3 浮冰区设计流程
3.1.4 浮冰MCD概率分布规律
3.2 基于遗传算法的浮冰MCD概率分布优化
3.2.1 服从幂函数的浮冰MCD概率分布规律
3.2.2 Galapagos遗传算法运算器
3.2.3 浮冰MCD概率分布优化
3.3 浮冰MCD概率分布规律对浮冰阻力的影响
3.3.1 流固耦合分析技术及ALE算法简介
3.3.2 物探船-浮冰环境有限元模型
3.3.3 网格尺寸对计算结果的收敛性分析
3.3.4 缓冲水域及浮冰-水面初始间距有效性分析
3.3.5 计算结果及分析
3.4 本章小结
第4章 物探船浮冰阻力参数敏感性及阻力成分研究
4.1 浮冰阻力冰厚敏感性研究
4.1.1 计算工况设置
4.1.2 计算结果及分析
4.2 浮冰阻力密集度敏感性研究
4.2.1 计算工况设置
4.2.2 计算结果及分析
4.3 浮冰阻力航速敏感性研究
4.3.1 计算工况设置
4.3.2 计算结果及分析
4.4 阻力成分对比分析
4.4.1 网格划分及边界条件
4.4.2 工况设置及计算结果分析
4.5 本章小结
第5章 物探船破冰阻力参数敏感性研究
5.1 物探船连续破冰有限元模拟
5.1.1 有限元模拟参数设置
5.1.2 计算结果及经验公式对比分析
5.1.3 冰层破坏模式分析
5.2 破冰阻力航速敏感性研究
5.2.1 计算工况设置
5.2.2 计算结果分析
5.3 破冰阻力冰厚敏感性研究
5.3.1 计算工况设置
5.3.2 计算结果分析
5.4 本章小结
总结与展望
全文总结
研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3427240
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 北极资源概况与北极航道
1.1.2 物探船的发展与应用
1.2 冰阻力预报国内外研究进展
1.2.1 海冰定义
1.2.2 海冰分类及特征尺度
1.2.3 海冰材料特性试验研究现状
1.2.4 浮冰环境下的冰阻力国内外研究现状
1.2.5 平整冰环境下的冰阻力国内外研究现状
1.3 本文主要工作
1.4 本文创新点
第2章 非线性有限元理论及冰材料验证
2.1 LS-Dyna非线性有限元理论基础
2.1.1 显式时间积分算法
2.1.2 沙漏及其控制
2.1.3 动态接触算法
2.2 ISO理论标准曲线及冰锥挤压试验
2.2.1 ISO理论标准曲线
2.2.2 冰锥挤压试验
2.3 钢板挤压球头冰体数值模拟
2.3.1 钢板-球头冰体有限元模型
2.3.2 冰体破碎模式分析
2.3.3 压力-面积曲线验证
2.4 本章小结
第3章 浮冰区参数化建模及浮冰尺度概率分布对冰阻力的影响
3.1 基于Voronoi图的浮冰区参数化设计
3.1.1 Voronoi图理论及构建方法
3.1.2 参数化设计工具Grasshopper简介
3.1.3 浮冰区设计流程
3.1.4 浮冰MCD概率分布规律
3.2 基于遗传算法的浮冰MCD概率分布优化
3.2.1 服从幂函数的浮冰MCD概率分布规律
3.2.2 Galapagos遗传算法运算器
3.2.3 浮冰MCD概率分布优化
3.3 浮冰MCD概率分布规律对浮冰阻力的影响
3.3.1 流固耦合分析技术及ALE算法简介
3.3.2 物探船-浮冰环境有限元模型
3.3.3 网格尺寸对计算结果的收敛性分析
3.3.4 缓冲水域及浮冰-水面初始间距有效性分析
3.3.5 计算结果及分析
3.4 本章小结
第4章 物探船浮冰阻力参数敏感性及阻力成分研究
4.1 浮冰阻力冰厚敏感性研究
4.1.1 计算工况设置
4.1.2 计算结果及分析
4.2 浮冰阻力密集度敏感性研究
4.2.1 计算工况设置
4.2.2 计算结果及分析
4.3 浮冰阻力航速敏感性研究
4.3.1 计算工况设置
4.3.2 计算结果及分析
4.4 阻力成分对比分析
4.4.1 网格划分及边界条件
4.4.2 工况设置及计算结果分析
4.5 本章小结
第5章 物探船破冰阻力参数敏感性研究
5.1 物探船连续破冰有限元模拟
5.1.1 有限元模拟参数设置
5.1.2 计算结果及经验公式对比分析
5.1.3 冰层破坏模式分析
5.2 破冰阻力航速敏感性研究
5.2.1 计算工况设置
5.2.2 计算结果分析
5.3 破冰阻力冰厚敏感性研究
5.3.1 计算工况设置
5.3.2 计算结果分析
5.4 本章小结
总结与展望
全文总结
研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3427240
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