冰区船艏部连续破冰模式下破冰阻力研究

发布时间：2023-04-01 16:51

　　冰阻力预报一直是冰区船航行性能研究中的一个热点,它关系到破冰能力与快速性评估、船型设计与优化、装机功率与推进系统配置等关键问题。而国内对冰阻力的研究尚处于初步阶段,无论是冰水池模型试验还是数值仿真都有很多核心技术亟待突破。本文以冰区船艏部连续破冰模式下的破冰阻力为切入点,开展冰水池模型试验和数值仿真研究,建立相关预报方法,为冰区航行船舶冰阻力优化、设计和评估提供技术支撑。首先针对典型船艏模型开展破冰阻力冰水池试验研究。以Waas艏为母型设计一型船艏模型,分别开展层冰试验、预切割(Pre-sawn)冰试验和敞水实验,同时测量船艏总冰阻力和各分块冰阻力,分析总冰阻力与分块冰阻力之间的关系,研究航速对破冰阻力的影响;采用水面和水下摄录像技术,捕捉冰的断裂模式和运动轨迹,研究船艏连续破冰的周期性运动过程,分析船艏与冰相互作用机理。其次基于离散元方法开展船艏破冰阻力数值计算研究。根据离散元方法的基本原理,引入元胞数组开发力传递模型,采用欧拉角法分析单元运动,结合MATALAB建立数值计算模型,自编程Bri-DEM程序。利用该程序对二维斜板破冰进行数值仿真,验证计算模型的合理性,同时研究不同冰单元...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 论文的背景和意义
    1.2 冰区航行船舶冰阻力预报研究
        1.2.1 模型试验研究
        1.2.2 数值计算研究
    1.3 船艏连续破冰过程与破冰阻力
        1.3.1 船艏连续破冰过程
        1.3.2 船艏破冰阻力
        1.3.3 冰阻力影响参数
    1.4 本文的主要工作
第二章 船艏破冰阻力冰水池模型试验研究
    2.1 引言
    2.2 冰水池与模型冰
        2.2.1 冰水池
        2.2.2 模型冰
    2.3 试验设计
        2.3.1 试验对象选取
        2.3.2 试验模型设计
        2.3.3 试验方法
    2.4 试验测试系统
    2.5 试验实施
        2.5.1 冰力学特性测量
        2.5.2 试验安装
        2.5.3 试验内容与工况
        2.5.4 数据采集与处理
    2.6 试验结果与分析
        2.6.1 船艏与冰相互作用现象
        2.6.2 船艏破冰阻力
        2.6.3 船艏分块阻力
        2.6.4 冰阻力分解与比较
    2.7 本章小结
第三章 基于离散元方法的破冰阻力数值计算研究
    3.1 引言
    3.2 离散元方法基本原理
    3.3 离散单元运动模型建立和求解
        3.3.1 单元间受力分析
        3.3.2 坐标变换和运动求解
        3.3.3 数值计算流程和编程实现
    3.4 二维斜板与冰层作用数值仿真
        3.4.1 离散元模拟与基本参数
        3.4.2 仿真结果分析与比较
        3.4.3 冰单元变化影响研究
    3.5 船艏模型破冰阻力数值计算
        3.5.1 船艏模型离散化
        3.5.2 冰层的离散化
        3.5.3 计算参数输入
        3.5.4 计算结果分析
    3.6 本章小结
第四章 数值计算与模型试验结果比较
    4.1 引言
    4.2 船艏破冰过程与效果比较
    4.3 破冰阻力比较分析
    4.4 多方案数值预报与分析
        4.4.1 船艏倾角
        4.4.2 冰厚
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间学术成果
致谢



本文编号：3777507