船体结构冰荷载的离散元数值计算及船体冰激振动测量分析
发布时间：2023-05-13 20:13
进入21世纪后,全球经济发展迅速,人类活动区域逐渐由陆地扩展到海上。经济全球化带动了世界航运事业发展。而北极航道作为未来海上运输的重要通道,越来越受到人们的重视。为了保证船体在冰区航行的安全性和稳定性,有必要对船体冰荷载以及船体局部冰激振动进行相应研究。海冰是一种物理力学性质极为复杂的材料,这导致它与船体相互作用过程中冰荷载会受到海冰类型、厚度、强度等因素的影响。此外,船体结构形式、航速等也会对冰荷载产生重要影响。本文首先介绍了国内外学者对于船体和海洋其他结构物的冰荷载的研究,对国内外冰荷载的研究方法和进展进行了总结。发现离散单元法能够较好的模拟海冰与船体发生接触后的破碎现象。因此本文主要采用离散单元法进行船体结构冰荷载的研究,并对离散单元法进行了简要介绍。根据海冰的物理力学性质,本文采用离散单元法建立了海冰模型和结构模型,并对该海冰单元之间的接触模型、粘结模型、断裂模型、水动力模型等力学模型以及三角形结构单元与海冰单元之间的接触模型进行了说明。运用该离散元模型对“雪龙”号在平整冰区的航行过程和海冰与螺旋桨的相互作用过程进行了数值模拟计算。统计了船体在冰区航行过程中船体局部冰压力分布和...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 破冰船的简介与发展趋势
1.2.2 船体结构及其他海上结构物冰荷载的研究进展
1.3 离散元方法简介
1.3.1 离散元方法的本构关系
1.3.2 离散元方法的计算流程
1.4 本文主要研究内容
2 海冰与船体结构相互作用的离散元模型
2.1 海冰的概述
2.1.1 海冰类型
2.1.2 海冰物理性质
2.1.3 海冰力学性质
2.2 海冰离散元模型
2.2.1 单元间的接触模型
2.2.2 单元间的平行粘结模型
2.2.3 单元间的断裂模型
2.2.4 海冰单元水动力模型
2.3 船体结构离散元模型
2.3.1 三角形结构单元
2.3.2 颗粒单元与结构单元接触判断
2.4 本章小结
3 船体在冰区航行过程中的离散元模拟
3.1 破冰船模型
3.2 船体在冰区航行过程中离散元模拟与冰荷载分析
3.2.1 离散元方法的数值模拟
3.2.2 船体在冰区航行过程中的冰荷载分析
3.3 影响冰荷载大小的因素
3.3.1 海冰厚度对于冰荷载的影响
3.3.2 船舶航速对于冰荷载的影响
3.4 船体在冰区航行过程中局部冰压力分布
3.5 船体在冰区航行过程中的线荷载分析
3.5.1 典型区域的线荷载时程分析
3.5.2 船体周围线荷载分布
3.5.3 船舶航速对于线荷载的影响
3.5.4 海冰厚度对于线荷载的影响
3.6 本章小结
4 海冰与螺旋桨相互作用的离散元分析
4.1 螺旋桨模型
4.2 海冰与螺旋桨铣削作用下的离散元模拟与冰荷载分析
4.2.1 铣削作用过程中局部冰压力的变化
4.2.2 铣削作用过程中螺旋桨冰荷载变化
4.2.3 进速比与铣削厚度对于螺旋桨冰荷载的影响
4.3 海冰与螺旋桨冲击作用离散元模拟与冰荷载分析
4.3.1 冲击作用过程中局部冰压力的变化
4.3.2 冲击作用过程中螺旋桨冰荷载变化
4.3.3 冲击速度与冰块尺寸对于螺旋桨冰荷载的影响
4.4 本章小结
5 船体局部冰激振动测量与分析
5.1 船体局部振动测量方案
5.1.1 振动加速度测量
5.1.2 船体航速和海冰冰厚的测量
5.2 加速度传感器安装位置
5.3 船体在无冰区与冰区航行过程中船艏处振动对比
5.3.1 船体在无冰区航行过程中的振动分析
5.3.2 船体在冰区航行过程中的振动分析
5.4 船体在冰区航行过程中振动规律的研究
5.4.1 采用冲撞式破冰方法进行航行过程中船体振动变化规律
5.4.2 采用连续式破冰方法进行航行过程中船体振动变化规律
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3816442
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 破冰船的简介与发展趋势
1.2.2 船体结构及其他海上结构物冰荷载的研究进展
1.3 离散元方法简介
1.3.1 离散元方法的本构关系
1.3.2 离散元方法的计算流程
1.4 本文主要研究内容
2 海冰与船体结构相互作用的离散元模型
2.1 海冰的概述
2.1.1 海冰类型
2.1.2 海冰物理性质
2.1.3 海冰力学性质
2.2 海冰离散元模型
2.2.1 单元间的接触模型
2.2.2 单元间的平行粘结模型
2.2.3 单元间的断裂模型
2.2.4 海冰单元水动力模型
2.3 船体结构离散元模型
2.3.1 三角形结构单元
2.3.2 颗粒单元与结构单元接触判断
2.4 本章小结
3 船体在冰区航行过程中的离散元模拟
3.1 破冰船模型
3.2 船体在冰区航行过程中离散元模拟与冰荷载分析
3.2.1 离散元方法的数值模拟
3.2.2 船体在冰区航行过程中的冰荷载分析
3.3 影响冰荷载大小的因素
3.3.1 海冰厚度对于冰荷载的影响
3.3.2 船舶航速对于冰荷载的影响
3.4 船体在冰区航行过程中局部冰压力分布
3.5 船体在冰区航行过程中的线荷载分析
3.5.1 典型区域的线荷载时程分析
3.5.2 船体周围线荷载分布
3.5.3 船舶航速对于线荷载的影响
3.5.4 海冰厚度对于线荷载的影响
3.6 本章小结
4 海冰与螺旋桨相互作用的离散元分析
4.1 螺旋桨模型
4.2 海冰与螺旋桨铣削作用下的离散元模拟与冰荷载分析
4.2.1 铣削作用过程中局部冰压力的变化
4.2.2 铣削作用过程中螺旋桨冰荷载变化
4.2.3 进速比与铣削厚度对于螺旋桨冰荷载的影响
4.3 海冰与螺旋桨冲击作用离散元模拟与冰荷载分析
4.3.1 冲击作用过程中局部冰压力的变化
4.3.2 冲击作用过程中螺旋桨冰荷载变化
4.3.3 冲击速度与冰块尺寸对于螺旋桨冰荷载的影响
4.4 本章小结
5 船体局部冰激振动测量与分析
5.1 船体局部振动测量方案
5.1.1 振动加速度测量
5.1.2 船体航速和海冰冰厚的测量
5.2 加速度传感器安装位置
5.3 船体在无冰区与冰区航行过程中船艏处振动对比
5.3.1 船体在无冰区航行过程中的振动分析
5.3.2 船体在冰区航行过程中的振动分析
5.4 船体在冰区航行过程中振动规律的研究
5.4.1 采用冲撞式破冰方法进行航行过程中船体振动变化规律
5.4.2 采用连续式破冰方法进行航行过程中船体振动变化规律
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3816442
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